2019 年 2 月，也就是疫情爆發(fā)的前一年，SIA(美國半導體行業(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，半導體是世界第四大貿易產品，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“基礎設施”的聲明，證實了需求量很大的半導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)百萬次復雜操作的能力及其能源效率使半導體成為幾乎每個行業(yè)的關鍵組成部分，推動了全球經濟。

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

　　半導體對于電子和制造業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療保健、基礎設施、娛樂、電信、運輸、能源管理、軍事系統(tǒng)和航天等領域的高計算應用至關重要。

　　多個行業(yè)的支柱

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

　　僅就 Covid 護理而言，測試設備、氧氣監(jiān)測器和幾乎所有生命支持系統(tǒng)都依賴于半導體。此外，跨國家分發(fā)疫苗、獲得基于應用程序的認證、無人機運送生命支持藥物、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。

　　市場研究預測表明，網絡集成無線醫(yī)療保健設備、可穿戴設備和器官的 3D 打印以及搭載半導體的醫(yī)療設備將成為確保未來提供新的和創(chuàng)造性的醫(yī)療保健方式的關鍵因素。2020年全球汽車半導體市場規(guī)模為481.3億美元，預計到2026年將達到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體 IC 用于各種汽車產品，例如導航控制、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 多個具有最新技術功能的芯片。在當前大流行強制“遠程一切”的情況下——無論是商務、學習、娛樂還是與朋友和家人的交流，半導體支撐著維護通信網絡所需的技術基礎設施，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、半導體驅動的設備和技術，組織能夠順利地將其運營轉移到網上，并允許個人不受干擾地遠程安全工作。這種數(shù)字化轉型為半導體行業(yè)開辟了一個充滿機遇的新世界

　　芯片上的“游樂設施”

　　新興技術，尤其是物聯(lián)網、人工智能、增強現(xiàn)實和擴展現(xiàn)實以及區(qū)塊鏈在各行各業(yè)中越來越突出。隨著這些應用在各個領域獲得越來越多的關注，對專用傳感器、集成電路、改進的內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和關鍵的公民基礎設施。為此，他們需要將市政基礎設施的幾乎所有方面與各種設備連接起來，而這些設備又將與個人相連。這種相互連接的基礎設施將由半導體供電。

　　第 5 代移動網絡旨在連接幾乎所有人和所有事物，即機器、物體和設備;提供峰值數(shù)據(jù)速度;實現(xiàn)超低延遲;更高的可靠性;海量網絡容量;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的核心，具有更小節(jié)點和更高效率的尖端半導體芯片將提供關鍵、快速、高性能的計算。

　　半導體技術的進步

　　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。它們用于中央處理單元、圖形處理單元、人工智能等應用以及電視、空調、汽車、高速列車、衛(wèi)星、工業(yè)機器人、電梯和無人機等產品。

　　半導體技術的進步見證了 5 nm技術的推出，該技術比前幾代芯片更小、速度更快。

　　IBM 最近推出了世界上第一個 2 nm芯片制造技術(比當今許多筆記本電腦和手機中使用的主流 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。

　　芯片生產復雜

　　芯片生產本身是一個復雜的過程，涉及多個國家/地區(qū)的依賴關系。從芯片設計到采購基本原材料，再到為不同行業(yè)定制的半導體的制造、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 的專有技術和能力取決于專業(yè)的全球領導者，如英特爾、臺積電和三星以及其他一些公司。

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

　　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、強大的基礎設施和熟練的人力方面處于領先地位。臺灣地區(qū)也是半導體組裝、封裝和測試功能的領導者，緊隨其后的是中國大陸和馬來西亞，這些服務的技能和資本密集度相對較低。

　　全球芯片危機

　　COVID-19 危機導致全球芯片普遍短缺，引發(fā)了全球半導體供應鏈中的漏洞，許多對我們日常生活至關重要的技術和產品已面臨風險。

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

　　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)以及與中國大陸貿易方面的地緣政治不確定性不斷增加。

　　前進的道路

　　好消息是，臺積電、英特爾、格芯等幾家代工廠正在投資數(shù)十億美元升級設備和建設新生產線，以滿足需求激增和供應短缺的“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，在未來三年內撥款 1000 億美元以提高產能。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)模制造半導體芯片的計劃。該國向在該國設立制造單位的每家半導體公司提供超過 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到 5G 設備的產品。去年 12 月，印度邀請芯片制造商就在該國設立制造單位或收購此類制造單位提出“興趣表達”。

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

　　很明顯，半導體正在改變我們現(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管理模式，在不久的將來，半導體將在大多數(shù)國家獲得“關鍵基礎設施”的地位。