集成电路的设计和制造能力评估报告

报告发现
1.传统集成电路产品的制造能力
       调查要求制造公司报告其在2003年到2006年期间的制造能力。上报数据的49家美国公司,在2006年经营着90多间制造传统集成电路产品的工厂。
       这些公司(45家)几乎都可以制造技术节点在10000纳米到250纳米之间的集成电路产品。约半数美国公司(22家)可以制造技术节点在250纳米到65纳米之间的集成电路产品。还有6家公司可以制造尺寸小于65纳米的集成电路产品;只有3家公司具备45纳米和32纳米集成电路的商用量产制造能力。
       这49家制造公司中的大多数公司都是使用以下3种标准硅材料来制造集成电路产品:体硅(35家公司)、绝缘体上硅(19家公司)、硅锗(11家公司)。能够使用7种非标准材料制造一些高性能IC产品的公司已经大幅减少。例如,只有15家公司可以使用砷化镓制造集成电路,另外只有11家公司可以使用氮化镓制造集成电路。能够使用更多特殊材料,如锑化物(7家),蓝宝石上硅(4家)和碳化硅(3家)来制造集成电路的公司越来越少。许多非标准材料的IC产品在国家安全设备的应用中发挥着重要作用,而此类产品的制造能力都掌握在一些中小型公司的手中。
       主要的集成电路量产能力都集中在使用4英寸(21家公司)、6英寸(35家公司)和8英寸晶圆(25家公司)制造IC产品的工厂中。8个基本来自于大型公司的美国制造商报告了其经营的14间可以使用12英寸晶圆制造集成电路的工厂。能够使用2英寸或3英寸晶圆制造集成电路的机构都只是中小型公司。美国的制造公司可以生产一系列品种广泛的集成电路产品,从内存产品,微处理器到专用集成电路(ASICs)的定制,甚至是现场可编程门阵列(FPGAs)元件,无论公司的规模大小,都可以完成这些集成电路产品的生产。
2.抗辐射集成电路产品的制造能力
       除了传统IC产品,调查还要求制造公司给出其在2003年到2006年间抗辐射集成电路产品的制造能力。8 49家美国制造公司中的26家表示可以产生一种或多种类型的抗辐射集成电路产品;其中有16家公司可以制造单粒子效应的抗辐射IC产品;15家公司可以产生耐辐射IC产品;12家公司可以产生抗辐射加固IC产品;还有8家公司可以制造抗辐射中子加固IC产品。大多数加固型制造能力还是掌握在中小型公司中,即上述的8家公司和12家公司,而具有这种能力的大型公司只有6家。
       9家制造公司报告称曾经从事过所有4种类型的抗辐射IC产品的制造工作,但目前已经不再从事这类业务。这些公司中的大多数(4家)属于大型公司。
       28家制造公司表示愿意为美国政府制造抗辐射集成电路产品。其中有15家公司目前从事抗辐射IC产品的制造业务。大多数公司(25家)对美国政府的耐辐射IC产品生产业务有兴趣。
       26家制造公司的抗辐射IC产品生产能力在很大程度上都集中在以下3类技术节点上:10000纳米到1000纳米(14家公司),1000纳米到250纳米(19家公司),250纳米到65纳米(16家公司)。4家公司中,有3家是大型公司,可以制造小于65纳米的抗辐射IC产品。
       体硅是制造商生产抗辐射IC产品中最常用的标准半导体材料,报告中有21家公司制造的IC产品都是使用这种材料。还有11家公司使用绝缘体上硅,5家公司使用硅锗材料。但只有不到6家公司可以使用非标准材料,如氮化镓来制造抗辐射集成电路产品,而这些公司都不属于大型制造商。
       抗辐射IC产品的制造能力主要还停留在工厂的4英寸(14家公司),6英寸(18家公司)和8英寸(12家公司)晶圆IC量产上。只有3家公司称可以使用12英寸晶圆来制造抗辐射产品,它们都属于大型集成电路制造商。
       26家公司中,有21家可以制造定制抗辐射专用集成电路产品。而其他类型的抗辐射集成电路设备的制造能力都不强。在各种IC设备的制造上,各类型制造公司的能力参差不齐。
3.制造公司对传统产品的设计能力
       报告还要求制造公司给出其在2003年到2006年间的IC设计能力。报告数据显示,49家公司中有45家在2006年具备集成电路产品的内部设计能力,虽然这种能力因公司和工厂设备而异。
       32家制造公司可以设计技术节点在10000 nm到1000 nm之间的IC产品,36家公司可以设计1000 nm到250 nm之间的IC产品,还有32家公司可以设计250 nm到65 nm之间的IC产品。9个制造商可以使用前沿技术节点(45 nm和32 nm)设计集成电路产品。以上的设计能力大部分掌握在6个大型IC制造商的手中。
       制造商的设计能力主要集中在以下标准硅材料的使用上:体硅(37家公司),绝缘体上硅(26家公司)或硅锗(17家公司)。制造商对非标准材料IC产品的设计能力有所下降。例如,49家公司中的13家称可以使用砷化镓进行IC产品的设计,而只有3家公司可以使用锑化物进行产品设计。
       美国制造商的IC设计产品种类繁多,如定制芯片,存储设备和处理器等等。超过70%的受访制造商能够设计混合信号集成电路和定制ASIC产品。有17个制造商可以设计静态随机存储器(SRAM),但只有4家制造设计公司可以生产动态随机存储器(DRAM)。有16个制造商可以设计非易失存储器。
4.制造公司对抗辐射集成电路产品的设计能力
       除了传统集成电路产品,调查还要求制造公司确定其在2003年到2006年间的抗辐射集成电路产品设计能力。49家制造企业中的31家设计过一种或多种类型的抗辐射IC产品:18家公司可以设计单粒子效应抗辐射IC产品;14家公司可以设计耐辐射IC产品;10家公司可以设计抗辐射加固IC产品,9家公司可以设计抗辐射中子加固IC产品。这些制造商中,有15家是中型公司,8家是小型公司,还有8家是大型公司。
      这4种抗辐射集成电路产品的设计能力大部分都掌握在中小型公司手中。只有5家大型公司可以设计单粒子效应集成电路产品,2家公司可以设计耐辐射集成电路产品,1家公司可以设计抗辐射加固集成电路产品,还有2家公司可以设计抗辐射中子加固集成电路产品。中小型公司对这4种抗辐射产品的设计能力几乎相同。21家公司有设计抗辐射集成电路的经验,但目前已经不开展此类业务。8家公司不再设计单粒子效应抗辐射产品、耐辐射产品和抗辐射中子加固IC产品,还有6家公司不再设计抗辐射加固IC产品。
34家公司愿意为美国政府设计抗辐射产品,其中包括12家并无此类产品设计经验的公司。各类型公司对美国政府抗辐射IC产品的设计业务都有兴趣。
       这31家制造公司在不同技术节点的抗辐射产品设计上,能力大相径庭。15家公司可以设计尺寸在10000 nm到1000 nm之间的IC产品;22家公司可以设计1000 nm到250 nm之间的IC产品;还有24家公司可以设计250 nm到65nm之间的IC产品。7家公司,多数是大型公司,可以设计65nm以下的抗辐射集成电路产品。
制造公司的抗辐射IC产品设计能力主要集中在标准半导体材料上。反馈的31家公司中,有23家公司可以使用体硅作为设计材料;13家公司可以使用绝缘体上硅作为设计材料;还有10家公司可以使用硅锗作为设计材料。
       制造公司使用非标材料设计抗辐射集成电路的能力有限。中小型公司是非标准材料抗辐射IC产品设计的唯一供应商。
       31家制造商设计的抗辐射集成电路产品种类繁多。报告称,23家公司可以设计定制ASIC产品。相比之下,9家公司可以设计标准单元ASIC产品,还有8家公司可以设计结构化ASIC产品。各公司的抗辐射门阵列IC设计能力不同。16家公司可以设计一次性电子可编程门阵列(EPGA)产品,9家公司可以设计FPGA产品。14个制造商可以设计抗辐射SRAM产品,但只有1家公司可以设计DRAM集成电路。
5.无晶圆厂公司对传统产品的设计能力
       美国的无晶圆厂公司只负责产品设计,它们报告了公司2003年到2006年的设计能力。106家公司公布的数据显示,它们在2006年设计的集成电路产品多种多样。无晶圆厂公司绝大多数(65家)都是小型公司,还有27家中型企业,14家大型公司。
       这106家受访公司的设计能力涵盖所有技术节点。然而,大多数的设计能力都集中在2个技术范围上:51家公司可以设计1000 nm到250 nm之间的产品,76家公司可以设计250 nm到650 nm之间的产品。21家公司可以设计技术节点在10000nm到1000nm之间的产品。23家公司表示可以设计技术节点在65nm以下的产品。上述大部分的设计能力(71%)都掌握在大型无晶圆厂公司的手中。
      多数无晶圆厂公司的设计能力主要集中在3种标准硅材料上:体硅(88家公司),绝缘体上硅(13家公司)或硅锗(19家公司)。只有少数无晶圆厂公司有能力使用非标准材料设计一些高性能集成电路产品。7家公司可以使用砷化镓设计集成电路,11家公司可以使用氮化镓设计集成电路。能够使用更多特殊材料,如锑化物(7家)、蓝宝石上硅(4家)或碳化硅(1家)来制造集成电路的公司越来越少。
      美国无晶圆厂公司可以设计出多种IC设备。在这106家受访公司中,有63家可以设计混合信号技术设备,有57家可以设计定制ASIC产品。28家公司可以设计微处理器。还有少数无晶圆厂公司可以设计内存产品。例如,有16家公司可以设计SRAM产品,8家公司可以设计非易失存储器,还有7家公司可以设计DRAM产品。
6.无晶圆厂公司对抗辐射集成电路产品的设计能力
       除了传统集成电路产品,设计公司还给出了2003年到2006年抗辐射产品设计能力的报告。在106家无晶圆厂公司中,只有19 家可以设计抗辐射产品:14家公司能够设计单粒子效应抗辐射IC产品,9家公司可以设计耐辐射IC产品,8家公司可以设计抗辐射加固IC产品,还有6家公司可以设计抗辐射中子加固IC产品。
       这些公司的规模分别是:8家小型公司,6家中型公司,5家大型公司。其中的4家小型公司,6家中型公司和4家大型公司可以设计单粒子效应抗辐射集成电路。1家小型公司,6家中型公司和2家大型公司可以设计耐辐射产品;1家小型公司,5家中型公司和1家大型公司可以设计抗辐射加固集成电路。有6家公司可以设计中子加固集成电路,包括2家小型公司,3家中型公司和1家大型公司。
       5家公司报告称设计过抗辐射集成电路,但目前已经不开展此类业务。这些公司主要是小型公司,虽然有的大型公司也有这4种抗辐射元件的设计经验。中型公司并无此类设计经验。
       23家公司几乎都是中小型公司,它们表示愿意为美国政府设计抗辐射产品。其中包括9家无此类设计经验的公司。
       这19家无晶圆厂公司可以设计的抗辐射集成电路产品多种多样,涵盖了所有的技术节点。然而,其设计能力一般集中在2种技术范围上:13家公司可以设计技术节点在1000nm到250nm之间的产品,17家公司可以设计250nm到65nm之间的产品。9家公司可以设计10000 nm到1000 nm之间的IC产品。还有9家公司可以设计65 nm以下的IC产品,这9家无晶圆厂公司包括1家小型公司、3家中型公司和5家大型公司。
       无晶圆厂公司设计的抗辐射集成电路产品主要集中在标准半导体材料上。19家公司中的16家可以使用体硅设计产品,7家可以使用绝缘体上硅设计产品,还有3家可以使用硅锗设计产品。使用非标准材料设计抗辐射集成电路的无晶圆厂公司非常有限。大部分集中在中型公司。
       这19家无晶圆厂公司的抗辐射IC产品设计能力都很不错。其中的大多数公司都是大中型公司。能够设计定制专用集成电路产品的公司最多,共有15家。相比之下,只有6家公司可以设计标准单元ASIC产品,还有5家公司可以设计结构化ASIC产品。抗辐射门阵列IC设计的能力分布不一。13家公司可以设计一次性电子可编程门阵列(EPGAs),9家公司可以设计现场可编程门阵列(FPGA)。8家公司可以设计抗辐射SRAM产品,但只有4家公司可以设计DRAM产品。
7.利用率
       2003年到2007年,美国制造工厂的平均利用率呈现总体平稳增长的态势。大型公司的工厂利用率从2004年的78%上升到2006年的90%,但2007年又下降到81%。2007年,中型公司的利用率从72%上升到82%。相对于这些大公司的上升水平,小型公司的利用率涨幅较小,从2004年的47%上升到2006年的52%,2007年又下降到50%。
       在美国,大部分的IC晶圆加工能力都掌握在大型制造商手中。2007年,美国晶圆的最大产量达到291,262片/周。其中,中型公司的产量也占据了一部分,约为54,811片初制晶圆/周。小型公司的产量比较低,约为11,947片初制晶圆/周。
       与2006年相比,到2011年,美国的晶圆加工厂将不到2个(净值)。中型公司预计将关闭3家晶圆加工厂,而大型公司预计将关闭4家工厂。小型公司预计将关闭2家工厂。同时,这些制造商表示将在美国建立至少7家新的制造工厂;其中包括小型制造商将增设的至少4家新工厂。
8.国家安全产品的制造与设计
       2007年,受访的49个集成电路制造商中有23个曾经制造过国家安全相关的产品。918家公司报告称,此类工作现在仅占其公司业务的10%或以下。19家公司表示愿意接受国家安全相关产品的生产业务。受访的49家公司中有15家表示不愿意接受国家安全应用的IC产品制造业务。其他11个制造商在报告中说,如果能满足适当的经济条件,他们愿意接受国家安全应用的IC订单。18家制造公司也从事国家安全相关产品的集成电路设计工作,此类业务约占其总业务量的50%以上。16家制造公司表示,如果有机会,他们也会承接国家安全相关产品的IC设计工作。另外15家公司表示它们对此类业务不感兴趣。
       106家无晶圆厂公司中的14家目前正在为国家安全相关产品进行IC设计工作。其中,有5家公司投入了一半以上的生产能力在此项目上。40家无晶圆厂设计公司现在并不从事国家安全应用的IC产品开发工作,但表示会考虑承接此类项目。
       有9家制造公司是国防部认可的受信供应商。10还有15家制造公司和6家无晶圆厂公司正在申请或计划申请成为美国政府认证的受信供应商。11家制造公司和18家无晶圆厂公司经过自我评估,认为自身符合国防部受信供应商的要求,但尚未申请认证。
有些公司无意于承接国家安全相关集成电路产品的制造和设计工作,它们要么没有足够的专项知识,要么不理解项目的相关要求或成本支出。还有一些公司担心与联邦机构合作的流程过于复杂,国家安全项目的订单量和项目变数也难以确定。
9.制造公司生产职能的表现和外包
美国IC制造商保留了7个重要的内部集成电路制造步骤(掩模制备,前端晶圆制造,后端晶圆制造,晶圆测试,电路测试,包装,最终测试),虽然其中的掩模制备和包装步骤占比很小。
制造公司合作的美国本土供应商很少,这些供应商一般只能接到7个关键制造步骤中的6个来做。但超过71%的制造公司,即35家企业都会把掩模制备的工序交给美国本土供应商来做。
在美国之外,制造公司往往喜欢搞外包项目。它们把各制造步骤外包给外国的非附属工厂,而非外国的自有/自营工厂;虽然这些公司仍然会使用大量外国自有工厂来完成一些特定的IC产品制造步骤。只有5家制造公司利用非美国自有/自营工厂来做掩模制备这道工序,而其他17家公司都利用外国非附属工厂来做这一步骤。因为使用自有工厂做掩模制备的制造公司太少,所以制造公司的业务在很大程度上只能依赖于国内加工和国外外包这两种方式。
除了继续保持国内加工能力外,制造公司的外包业务还可以横跨各技术节点。1000nm到250nm,250nm到65nm的制造业务最为常见。在6家可以制造65nm以下产品的制造公司中,有5家公司已经把这一技术节点的制造步骤外包了出去。
大部分制造步骤(88%)都外包给了亚洲地区,尤其是台湾和中国大陆。还有6%外包给了欧洲地区,3%外包到加拿大和墨西哥地区。
大多数美国制造公司希望到2011年保持实力,可以在美国本土自行完成这7个集成电路制造步骤。预计通过内部生产完成这7个制造步骤的公司数量略有减少。到2011年,大多数制造商预计会维持或提高其各步骤的制造能力,而掩模制备是各公司唯一不打算去提升技术能力的步骤。
到2011年,打算把制造步骤交给美国本土供应商承接的公司数量预计将保持稳定。然而,外包制造步骤的整体水平预计会增加。
10.制造公司设计职能的表现和外包
超过一半的美国制造商可以凭借其国内工厂完成如下7个关键集成电路设计职能(数字应用,模拟测试,RTL设计(寄存器传输级设计),电路合成,物理布局,功能验证,测试向量生成)。多数制造公司不会把任何设计步骤外包给美国供应商,但20家公司却不同程度地将设计职能外包给了外国地区。但这些公司中的大多数选择外包给自有/自营外国工厂。报告中,选择外包给非附属外国工厂的制造商还是相对较少的。
中国和印度是制造商选择外包设计工作的黄金地段,虽然法国,日本,台湾也有大量的外包业务。制造商对欧洲各地区/国家的设计业务外包也越来越普遍,占到了总外包业务的35%。
从2006年到2011年来看,即便不保留所有的国内集成电路设计能力,相信大多数美国制造商仍将保留其大部分设计职能。有3家公司承认到2011年会消减数字应用,模拟测试和电路合成的设计职能;18家制造商计划到2011加强其内部设计能力。15家制造商计划到2011年,增加美国和非美国地区一个或多个设计职能的外包。
11.无晶圆厂公司设计职能的表现和外包
在106家无晶圆厂公司中,有81家公司有能力凭借其国内工厂完成以下7个主要的设计步骤(数字应用,模拟测试,RTL设计,电路合成,物理布局,功能验证,测试向量生成)。有21家无晶圆厂公司将部分设计工作外包给了美国本土供应商,主要外包的步骤是模拟测试和测试向量生成这两项。
在报告中,有49家无晶圆厂公司将一个或多个设计职能外包给非美国地区,但多数是外包给自有/自营的外国工厂。约20%的公司将一个或多个设计步骤外包给非附属的外国工厂。此外,约20%的公司选择将设计步骤一部分外包给外国自有/自营工厂,另一部分外包给外国非附属工厂。美国无晶圆厂公司选择外包的国家主要有:印度、台湾、中国、英国、以色列和加拿大。
在报告中,这81家公司都希望到2011年,能继续保有全部7种设计步骤的自有设计能力。近50%的无晶圆厂公司希望到2011年自身的设计能力可以显著增强。大多数无晶圆厂公司将保留或扩大现有的设计水平。很多公司也计划从现在开始到2011年,扩大外包的设计步骤量。
12.行业财务绩效
49家集成电路制造公司和106家受访的无晶圆厂公司的净销售额在2003年到2006年中稳步增长。合并净销售额在四年中从814亿美元增长到1160亿美元,年均增长19.3%。
在这四年中,制造商总计占据了平均净销售额的75%。净销售额从2003年的620亿美元增加到2006年的835亿美元,年均增长10.6%。在此期间,10家大型公司占据了IC制造商净销售额的90%;5家大型制造商成为美国集成电路产业的主导,在2006年产生了6520万美元的净销售额,即所有受访大型公司净销售额的86%。20家中型公司在2006年的净销售额占全行业的9%,19家小型IC制造商则约占1%。
106家无晶圆厂IC公司的净销售额从2003年的193亿美元迅速增加到2006年的328亿美元。和IC制造商一样,14家大型无晶圆厂公司成为其市场细分的主导,在2006年产出了90%的净销售额。27家中型公司2006年的净销售额为29亿美元,不到全行总额的9%。65家小型公司报告的总净销售额为5亿美元。
这四年中,制造商和无晶圆厂公司的平均合并流动比率为2.77。11这一数据意味着该行业的整体资产已超出其负债的两倍,理论上可以利用其现有资源偿付债务。其合并流动比率从2003年的2.88下降到2006年的2.71。
制造公司的平均流动比率为2.56。其合并流动比率从2003年的2.75下降到2006年的2.38,这反映出一些大型公司表现的下滑。小型制造公司的流动比率则从2003年的2.65上升到2006年的3.79。
无晶圆厂公司的平均流动比率为3.37。其合并流动比率从2003年的3.26增加到2006年的3.51。流动比率的提高源于大中型无晶圆厂公司财务业绩的提升。小型无晶圆厂公司的流动比率则从2003年的4.73下降到2006年的2.7。
研发及相关就业
从2003年到2006年,制造公司和无晶圆厂公司的研发支出大幅增加,从148亿美元增涨到199亿美元,涨幅达到34%。报告显示,制造商在2006年产生的研发支出达到199亿美元,占总支出的71%。
制造商的研发支出从2003年的111亿美元上升到2006年的141亿美元,涨幅达到28%。大部分的研发支出来自前5家主要企业。其2006年的研发支出达到108亿美元,约占报告中,141亿总研发经费的76%。
2006年,制造商的4项研发总支出总计达到了141亿美元,其中的66亿美元(49%)都投入在产品开发中,还有39亿美元支出来自5家大型公司。2006年,过程开发的支出约占总研发支出的28%。
无晶圆厂公司的研发支出从2003年的38亿美元增加到2006年的58亿美元。2006年,无晶圆厂IC设计公司的研发投资达到58亿美元,其中的45亿美元(79%)来自十大无晶圆厂设计企业。2006年,中型无晶圆厂公司的研发支出为14亿美元。小型公司的研发支出为7700万美元,即总研发支出的1%。
2006年,无晶圆厂公司的4项研发支出达到58亿美元,其中的31亿美元(55%)投入在产品开发中。应用研究也得到了大量的研发支持,其2006年的研发经费占总支出的38%。
2006年,制造公司和无晶圆厂公司的研发支出中有95%来自于母公司和/或企业内部的资源。2006年,来自美国私人实体公司的外部资金总计占研发资金的2.3%;来自外国投资者的资金约占1.9%。2006年,联邦和地方政府给予的IC研发经费不到总研发经费的1%。
2003年到2006年,制造公司和无晶圆厂公司聘请的研发人员数量大幅增加,总就业职位从83,000个增加到95,000个。制造商的聘用占据了研发就业的绝大部分,行业职位从2003年的60,000个增加到2006年的67,000多个,增幅达到12%。研发就业主要集中在大型制造公司,其2006年提供的职位达到57,000个。
无晶圆厂公司的研发人员数量从23,000多人增加到近28,000人。大多数提供研发就业的无晶圆厂企业都属于大型公司,在2006年雇佣了将近22,000人。
     2006年,美国制造公司和无晶圆厂公司对非美国地区的研发投入达到31亿美元,约占总研发支出的16%。在2003年到2006年间,非美国资金以平均19%的速度增涨。制造公司2006年的非美国支出达到21.9亿美元,占总研发支出的66%;无晶圆厂公司在美国以外的研发支出总计为8.8亿美元。2006年,非美国地区的研发支出集中在以下5个国家:以色列(7.28亿美元),印度(4.64亿美元),德国(3.86亿美元),法国(2.7亿美元) 和马来西亚(1.9亿美元)。

原文始发于:集成电路的设计和制造能力评估报告


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