半导体设计和制造：尖端技术的能力取胜

关于芯片微缩的争论正变得越来越激烈，半导体公司需要一种新的战略，从芯片的大小到供应链问题。

半导体是科学和技术的无名英雄，在幕后为从玩具、智能手机到汽车和恒温器等无所不包的东西提供动力。近年来，它们为人工智能和机器学习等突破性技术的出现做出了贡献，这些技术改变了我们的生活和工作方式。要把数字革命提升到更高的水平，就需要更先进的芯片，具备更强大的计算和存储能力。

随着新冠肺炎危机对供应链的破坏和地缘政治紧张局势的加剧，半导体企业越来越有兴趣获得尖端技术的端到端设计和制造能力。" 许多国家的政府都有同样的兴趣，并试图支持自己的半导体市场。但新的晶片厂和大规模的研发项目需要数十亿美元的投资，这对尖端技术的生产至关重要。这些领域的错误、成本控制松懈或需求低于预期，可能会严重降低公司的投资回报，甚至消失。领先的芯片设计和制造还需要在研究、供应链、人才和知识产权保护方面提供强有力的支持，以及利用政府政策的能力。虽然半导体公司可能在其中一些任务上做得很好，但很少有公司具备全面的顶级能力。

考虑到建立工厂基础设施和提高员工技能需要更长的时间，半导体公司需要一个长期战略来实现卓越的设计和制造，这需要考虑到制造问题、设备成本和提高内部能力。

半导体设计和制造的复杂性和成本正在逐渐增加

在过去十年里，对尖端技术领导地位的需求已从模糊的目标转变为对半导体企业的绝对需求。摩尔定律正在放缓。随着复杂性的增加，芯片上的结构尺寸有所缩小。

只有少数公司有能力设计和制造节点尺寸高达 14 纳米的先进芯片，因为在设计、研发、缩放和其他工艺方面需要大量的技术和投资。与此同时，对这些芯片的需求正在飙升。在一些主要的市场领域，包括人工智能和机器学习，由于它们结合了强大的性能和低功耗，低于 14 nm 的芯片至关重要。

除少数人外，每个人都面临着一个困难的市场

半导体行业技术进步的稳定记录创造了一种得不偿失的模式，如果你能在几个领域脱颖而出，那就太好了。如果一家公司的产品或服务略好于竞争对手，它通常占整个行业收入的很大一部分，甚至绝大部分。这种现象在从设备生产到芯片制造的整个价值链中都很明显。挑战巨头可能很难赶上，因为先进企业往往会在几年内引领技术发展。

我们分析了 2015 年至 2019 年期间 254 家半导体公司产生的经济利润，"吃得饱" 的影响变得显而易见（表 1)。我们的分析涵盖了所有行业参与者，从设备和材料供应商到为不同终端市场生产的专门芯片公司。我们发现，在从 2008 年金融危机中复苏的同时，许多公司的经济利润也出现了强劲增长，尽管它们的利润率与过去相似。

在此次调查中，几家制造商尤其引人注目，因为它们的经济利润极高。这些顶级企业大多专注于尖端技术，并继续追求更小、更高效的半导体。一般而言，顶级企业专注于一个产品部门或价值链中的一个步骤，因为要在研发和制造领域取得并保持领导地位，需要付出大量努力。

某一特定企业 -- 或某一地区的一群企业 -- 可能成为专业知识的中心。

英特尔 -- 主导着台式机和笔记本电脑 CPU 市场。

高通，智能手机系统芯片市场的强者。

台积电，芯片生产的领先者。

ASML- 光刻机是唯一的一台。

三星 -- 内存市场处于领先地位。

NVIDIA-- 主导着美国的显卡市场。

此外，几乎所有用于半导体制造的特殊化学品都来自日本。日本和韩国公司生产大部分硅芯片。

尽管专业化带来了竞争优势，但这也意味着半导体企业和相关企业高度相互依存。如今，没有哪一家本土市场或公司具备设计和制造端到端半导体所需的全部能力。如果供应链出现严重中断，类似今年的危机所造成的中断，可能会出现生产瓶颈，一些芯片可能会供不应求。