2019 年 2 月，也就是疫情爆發(fā)的前一年，SIA(美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會)宣布，僅 2018 年一年，芯片的銷量就創(chuàng)下了“超過 1 萬億顆”的記錄。華爾街日報最近的一份報告指出，半導(dǎo)體是世界第四大貿(mào)易產(chǎn)品，僅次于原油、成品油和汽車。

　　緊隨其后的是美國總統(tǒng)拜登將芯片明確稱為“基礎(chǔ)設(shè)施”的聲明，證實了需求量很大的半導(dǎo)體芯片是新的通用貨幣這一事實并無歧義。它們執(zhí)行數(shù)百萬次復(fù)雜操作的能力及其能源效率使半導(dǎo)體成為幾乎每個行業(yè)的關(guān)鍵組成部分，推動了全球經(jīng)濟(jì)。

　　如今，一部智能手機(jī)的計算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過美國宇航局 1969 年將人類送上月球所使用的計算機(jī)。更重要的是，幾乎所有的新興技術(shù)，如人工智能、云計算、量子計算、先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈應(yīng)用、比特幣挖礦、5G、物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛汽車、無人機(jī)、機(jī)器人、游戲和可穿戴設(shè)備都由這些離散技術(shù)驅(qū)動。但高度復(fù)雜的半導(dǎo)體。根據(jù) Juniper Research 的最新報告，僅物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量，到 2021 年底就將達(dá)到 460 億。這些設(shè)備中的每一個都將由半導(dǎo)體供電。

　　半導(dǎo)體對于電子和制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療保健、基礎(chǔ)設(shè)施、娛樂、電信、運輸、能源管理、軍事系統(tǒng)和航天等領(lǐng)域的高計算應(yīng)用至關(guān)重要。

　　多個行業(yè)的支柱

　　從最重要的醫(yī)療保健開始——半導(dǎo)體是臨床診斷、治療和康復(fù)后干預(yù)應(yīng)用不可或缺的一部分。諸如磁共振成像 (MRI) 機(jī)器、起搏器、血壓監(jiān)測器、血氣分析儀、無線患者監(jiān)護(hù)儀和呼吸機(jī)等半導(dǎo)體設(shè)備每天都在挽救生命。通過使用支持芯片的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，一些手術(shù)程序正在發(fā)生革命性的變化。

　　僅就 Covid 護(hù)理而言，測試設(shè)備、氧氣監(jiān)測器和幾乎所有生命支持系統(tǒng)都依賴于半導(dǎo)體。此外，跨國家分發(fā)疫苗、獲得基于應(yīng)用程序的認(rèn)證、無人機(jī)運送生命支持藥物、向 Covid 作戰(zhàn)室提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流——這些都依賴于硅晶片。

　　市場研究預(yù)測表明，網(wǎng)絡(luò)集成無線醫(yī)療保健設(shè)備、可穿戴設(shè)備和器官的 3D 打印以及搭載半導(dǎo)體的醫(yī)療設(shè)備將成為確保未來提供新的和創(chuàng)造性的醫(yī)療保健方式的關(guān)鍵因素。2020年全球汽車半導(dǎo)體市場規(guī)模為481.3億美元，預(yù)計到2026年將達(dá)到1291.7億美元。

　　汽車制造商正在整合需要具有卓越可靠性的功率二極管和穩(wěn)壓器的汽車電氣系統(tǒng)。具有不同功能的汽車半導(dǎo)體 IC 用于各種汽車產(chǎn)品，例如導(dǎo)航控制、信息娛樂系統(tǒng)和碰撞檢測系統(tǒng)。一輛現(xiàn)代互聯(lián)的自動駕駛汽車可以輕松擁有 3,000 多個具有最新技術(shù)功能的芯片。在當(dāng)前大流行強制“遠(yuǎn)程一切”的情況下——無論是商務(wù)、學(xué)習(xí)、娛樂還是與朋友和家人的交流，半導(dǎo)體支撐著維護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)所需的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，而不是傳統(tǒng)的實體環(huán)境。

　　在這次大流行期間，借助數(shù)字、半導(dǎo)體驅(qū)動的設(shè)備和技術(shù)，組織能夠順利地將其運營轉(zhuǎn)移到網(wǎng)上，并允許個人不受干擾地遠(yuǎn)程安全工作。這種數(shù)字化轉(zhuǎn)型為半導(dǎo)體行業(yè)開辟了一個充滿機(jī)遇的新世界

　　芯片上的“游樂設(shè)施”

　　新興技術(shù)，尤其是物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、增強現(xiàn)實和擴(kuò)展現(xiàn)實以及區(qū)塊鏈在各行各業(yè)中越來越突出。隨著這些應(yīng)用在各個領(lǐng)域獲得越來越多的關(guān)注，對專用傳感器、集成電路、改進(jìn)的內(nèi)存和增強的處理器的需求正在增加。

　　世界各地的許多智慧城市都致力于為其公民大幅改善城市服務(wù)和關(guān)鍵的公民基礎(chǔ)設(shè)施。為此，他們需要將市政基礎(chǔ)設(shè)施的幾乎所有方面與各種設(shè)備連接起來，而這些設(shè)備又將與個人相連。這種相互連接的基礎(chǔ)設(shè)施將由半導(dǎo)體供電。

　　第 5 代移動網(wǎng)絡(luò)旨在連接幾乎所有人和所有事物，即機(jī)器、物體和設(shè)備;提供峰值數(shù)據(jù)速度;實現(xiàn)超低延遲;更高的可靠性;海量網(wǎng)絡(luò)容量;更高的可用性和更統(tǒng)一的用戶體驗。作為這一下一代技術(shù)的核心，具有更小節(jié)點和更高效率的尖端半導(dǎo)體芯片將提供關(guān)鍵、快速、高性能的計算。

　　半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步

　　中低端和中高端集成電路 (IC) 制造之間的分界線是 12/16 nm和 7 nm制程技術(shù)。它們用于中央處理單元、圖形處理單元、人工智能等應(yīng)用以及電視、空調(diào)、汽車、高速列車、衛(wèi)星、工業(yè)機(jī)器人、電梯和無人機(jī)等產(chǎn)品。

　　半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步見證了 5 nm技術(shù)的推出，該技術(shù)比前幾代芯片更小、速度更快。

　　IBM 最近推出了世界上第一個 2 nm芯片制造技術(shù)(比當(dāng)今許多筆記本電腦和手機(jī)中使用的主流 7 納米芯片快 45%，能效提高 75%) ，該行業(yè)正在尋求在未來解鎖更高的性能和能源效率。

　　芯片生產(chǎn)復(fù)雜

　　芯片生產(chǎn)本身是一個復(fù)雜的過程，涉及多個國家/地區(qū)的依賴關(guān)系。從芯片設(shè)計到采購基本原材料，再到為不同行業(yè)定制的半導(dǎo)體的制造、組裝、測試、封裝、存儲和最終交付，該過程可能涉及 1000 多個步驟和 70 個國家邊境口岸。目前，執(zhí)行從 alpha 到 omega 的專有技術(shù)和能力取決于專業(yè)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，如英特爾、臺積電和三星以及其他一些公司。

　　在當(dāng)前的全球形勢下，美國憑借其世界一流的大學(xué)和工程人才以及市場驅(qū)動的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，提供了大部分研發(fā)密集型活動，如電子設(shè)計自動化、核心知識產(chǎn)權(quán)、芯片設(shè)計以及先進(jìn)的制造設(shè)備和資金投入。

　　中國臺灣、中國大陸和韓國等地區(qū)在晶圓制造、需要大量資本投資的功能、強大的基礎(chǔ)設(shè)施和熟練的人力方面處于領(lǐng)先地位。臺灣地區(qū)也是半導(dǎo)體組裝、封裝和測試功能的領(lǐng)導(dǎo)者，緊隨其后的是中國大陸和馬來西亞，這些服務(wù)的技能和資本密集度相對較低。

　　全球芯片危機(jī)

　　COVID-19 危機(jī)導(dǎo)致全球芯片普遍短缺，引發(fā)了全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的漏洞，許多對我們?nèi)粘Ｉ钪陵P(guān)重要的技術(shù)和產(chǎn)品已面臨風(fēng)險。

　　造成這種短缺的主要原因包括前幾年對晶圓產(chǎn)能的投資不足、Covid-19 大流行導(dǎo)致供應(yīng)鏈中斷、人工智能和電動汽車等新技術(shù)的需求不斷增加以及對在家工作 (WFH) 產(chǎn)品的需求增加。

　　除此之外，還有臺灣地區(qū)的干旱(世界上一些最大和最先進(jìn)的高科技鑄造廠的水資源配給依賴于用水密集型制造工藝)以及與中國大陸貿(mào)易方面的地緣政治不確定性不斷增加。

　　前進(jìn)的道路

　　好消息是，臺積電、英特爾、格芯等幾家代工廠正在投資數(shù)十億美元升級設(shè)備和建設(shè)新生產(chǎn)線，以滿足需求激增和供應(yīng)短缺的“功能-豐富”的芯片。

　　臺積電最近公布了該行業(yè)有史以來最大的投資，在未來三年內(nèi)撥款 1000 億美元以提高產(chǎn)能。英特爾公司承諾為亞利桑那州的兩個站點提供 200 億美元，并表示今年將有進(jìn)一步的投資承諾。到 2030 年，韓國三星電子公司已撥出 1160 億美元的投資，以實現(xiàn)芯片生產(chǎn)的多元化。

　　作為其“印度制造”計劃的一部分，印度也在敲定大規(guī)模制造半導(dǎo)體芯片的計劃。該國向在該國設(shè)立制造單位的每家半導(dǎo)體公司提供超過 10 億美元的現(xiàn)金。本地制造的芯片將被指定為“可信來源”，可用于從閉路電視攝像機(jī)到 5G 設(shè)備的產(chǎn)品。去年 12 月，印度邀請芯片制造商就在該國設(shè)立制造單位或收購此類制造單位提出“興趣表達(dá)”。

　　這一切都是為了實現(xiàn)半導(dǎo)體制造的自給自足，確保更好地控制數(shù)據(jù)安全，防止世界各國被現(xiàn)有半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的特定成員勒索贖金。

　　很明顯，半導(dǎo)體正在改變我們現(xiàn)代、快速發(fā)展的世界的游戲規(guī)則。很明顯，半導(dǎo)體行業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)。更明確的是，目前世界各國政府都處于危機(jī)管理模式，在不久的將來，半導(dǎo)體將在大多數(shù)國家獲得“關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施”的地位。