為什麼半導體生產難，只有少數公司生產？

大家都知道，我們購買的幾乎所有電子設備都使用了半導體芯片。 他們進入計算機、智能手機、小工具、汽車、飛機、醫療設備、軍事系統等等。 目前世界正面臨全球半導體芯片短缺的問題，這引發了為什麼不能有更多的公司進入半導體芯片生產的問題。 讓我們通過本文深入了解半導體行業，了解哪些複雜性不允許許多公司進入該行業。

為什麼半導體芯片出現在新聞中？

2021 年，全球芯片短缺的消息屢見不鮮，蘋果、特斯拉、塔塔汽車和三星電子等公司不得不急需半導體芯片。 共有169個行業受到短缺的影響，其中汽車行業受到的打擊最為嚴重。

有幾個因素導致了這種全球短缺。 他們之中有一些是：

• 大流行期間在家工作所需的電子產品需求激增
• 由於封鎖限制導致勞動力短缺
• 台灣乾旱
• 中美貿易戰。

半導體芯片存儲讓各國意識到芯片製造只集中在少數幾個東亞國家。 因此，今年世界各國紛紛提出建設這些半導體芯片產能的計劃，以實現自給自足並減少進口依賴。 印度將花費約 300 億美元來發展半導體供應鏈生態系統。 美國也在考慮實施 CHIPS for America 法案，為芯片製造和政府支持半導體巨頭提供 520 億美元。 該法案旨在為美國半導體製造廠的建設、擴建或現代化提供財政援助。

半導體芯片行業-歷史與現在

1958 年，德州儀器 (TI) 的電子工程師傑克·基爾比 (Jack Kilby) 創造了第一塊集成電路，它是現代微芯片的鼻祖。 這是20世紀偉大的革命性發明。 半導體產業起步於 1960 年左右，到 1966 年銷售收入突破 10 億美元大關。2022 年，全球半導體芯片產業預計將達到 6000 億美元左右。 但世界上能夠製造半導體芯片的公司很少，能夠從中獲利的公司就更少了。 讓我們通過深入研究半導體芯片行業及其製造過程來了解為什麼會這樣。

半導體行業的模式和主要參與者

半導體行業由來自台灣、美國、韓國、中國大陸、日本和荷蘭的公司主導，這些國家的半導體製造有政府支持、發達的基礎設施和規模經濟。

該行業基於一種模型，即製造、設計和開發分佈在世界各地的不同公司及其子公司之間。 台積電和格羅方德等代工公司只參與製造。 AMD、Nvidia 等無晶圓廠半導體公司將生產外包給第三方製造廠，只設計設備。 英特爾和三星等集成設備製造商 (IDM) 製造（內部）、設計和銷售集成電路產品。

該行業的主要參與者是台積電（Foundry）、三星電子（IDM）、英特爾（IDM）和高通（Fabless）。

代表前 8 家半導體公司、其類型和國家/地區的表格。

僅台灣台積電就製造了很大比例，即全球50%以上的半導體。 它是世界上最大的鑄造廠。 蘋果是最大的芯片消費國，而兩大無晶圓半導體公司英偉達和高通只是台積電的客戶。 台積電的競爭對手三星宣布投資 3550 億美元製造 3nm 芯片以擊敗台積電。

製造半導體芯片的過程

半導體芯片是使用半導體矽製成的。 製造半導體芯片的過程涉及超過 59 種設備和不同的步驟，需要重複這些步驟才能在芯片中創建層。 一個芯片可以由多達 100 層組成，這意味著必須以相同的數量重複這些步驟。

從沙子中提取的矽晶片被轉化為晶體管，這些晶體管構成了一組稱為芯片的電路的基礎。 以下步驟概述了在半導體芯片中創建層的過程 -

• 第一步是在晶圓上塗上感光化學品和耐光材料。
• 然後在第二階段進行光刻，在光刻機內將塗覆的矽晶片暴露在紫外線下。 光線穿過包含芯片藍圖的掩模到晶圓上以打印圖案。 這個過程使得在單個矽晶片上構建數百個芯片成為可能。
• 然後暴露在光線下的區域會變硬，而未暴露的柔軟區域會被熱氣體蝕刻掉。
• 下一步涉及使用離子氣體來修改通過添加一些雜質創建的層的導電特性，然後最後在晶體管之間鋪設金屬鏈接，從而創建一個完整的層。

將重複所有這些步驟以創建後續層。

為什麼我們不能生產更多的芯片來滿足飆升的需求？

如果存在芯片短缺，那麼為什麼不讓更多公司進入半導體芯片生產領域，縮小供需差距呢？ 好吧，要知道這個問題的答案，我們首先需要了解製造芯片和半導體行業的複雜性。

是什麼讓製造半導體芯片如此復雜？

雖然芯片在尺寸上是一個小東西，但它涉及到最複雜和最昂貴的過程。 這是使任何公司都難以進入該行業的因素清單-

• 它需要土地、許可證、自然基礎設施、電力、複雜的機器和超過 2 年的交貨時間來建立超級昂貴的製造廠和製造這些芯片的工廠。 2021 年，三星宣布計劃於 2024 年在德克薩斯州開設一家價值 170 億美元的芯片工廠。
• 製造芯片也是一個複雜的過程，需要相當長的時間。 將原始矽片變成最終放入設備的芯片需要將近 3 個月的時間。
• 製造過程是原子級的，需要昂貴的工廠設備。
• 此外，將矽放入芯片製造機的房間必須絕對無塵。 一粒灰塵可能會浪費所有的努力和數百萬美元。
• 半導體芯片生產涉及生產或設計它們的公司以及提供所需技術、材料和機械的公司的複雜網絡。

俄烏戰爭如何對行業產生更大影響？

用於生產芯片的光刻中的激光器需要氖。 去年，全球用於芯片製造的霓虹燈消費量約為 540 公噸。 俄烏戰爭加劇了全球芯片短缺，因為世界上一半以上的霓虹燈僅由兩家烏克蘭公司生產——Ignas 和 Cryin，這兩家公司不得不關閉其業務。 因此，這將對半導體行業產生強烈影響。 此外，俄羅斯的鈀金供應也可能因戰爭而受到影響。 汽車排氣系統中應用的催化轉換器所必需的鈀的短缺可能會通過汽車製造商對芯片的需求減少，間接對半導體行業產生潛在影響。

結論

半導體代工廠需要數十億美元的巨額資本投資和相當長的時間才能成立。 此外，這些代工廠無法以非常快的速度生產芯片，因為製造過程也需要時間並且需要昂貴的設備。 這一切都讓任何一家公司都很難進入這個行業，即使任何一家公司這樣做了，他們也很難與大魚競爭並獲得利潤。 這就是為什麼當談到半導體芯片製造商時，我們只會聽到少數幾個隨著時間的推移在該行業獲得巨大市場份額的名字。

常見問題

半導體芯片是由什麼製成的？

半導體也稱為集成電路 (IC) 或微芯片，由純矽製成。

誰是最大的半導體芯片製造商？

台灣台積電是最大的半導體芯片製造商。

最值得投資的5家半導體公司是什麼？

台積電 (TSMC)、英特爾 (INTC)、英偉達 (NVDA)、超微 (AMD)、美光 (MU)。