Halbleiterindustrie - Semiconductor industry

Export elektronischer integrierter Schaltkreise nach Ländern ab 2016, nach HS4-Handelsklassifizierung.
Export von diskreten Halbleitern ab 2016, von United Nations Harmonized Commodity Description and Coding Systems 4

Die Halbleiterindustrie ist die Ansammlung von Unternehmen, die sich mit dem Design und der Herstellung von Halbleitern und Halbleiterbauelementen wie integrierten Schaltkreisen befassen . Es entstand um 1960, als die Herstellung von Halbleiterbauelementen zu einem rentablen Geschäft wurde. Die jährlichen Halbleiter - Umsatz in der Branche hat sich auf über seit gewachsen $ 481 Milliarden als 2018. Die Halbleiterindustrie ist in die treibende Kraft hinter dem breiteren drehen Elektronikindustrie , mit einem jährlichen Leistungselektronik einen Umsatz von £ 135  Milliarden Euro ( $ 216 Milliarden ) ab 2011, Der Jahresumsatz der Unterhaltungselektronik soll bis 2020 2,9 Billionen US-Dollar erreichen, der Umsatz der Technologiebranche 2019 voraussichtlich 5 Billionen US-Dollar erreichen und der E-Commerce 2017 über 29 Billionen US-Dollar erreichen .

Das am weitesten verbreitete Halbleiterbauelement ist der MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor oder MOS-Transistor), der 1959 von Mohamed M. Atalla und Dawon Kahng in den Bell Labs erfunden wurde . Die Skalierung und Miniaturisierung von MOSFETs war die primäre Faktor für das rasante exponentielle Wachstum der Halbleitertechnologie seit den 1960er Jahren. Der MOSFET, der 99,9 % aller Transistoren ausmacht , ist die treibende Kraft der Halbleiterindustrie und das am häufigsten hergestellte Bauelement der Geschichte, mit geschätzten insgesamt 13 Sextillionen (1,3 × 10 22 ) MOSFETs, die zwischen 1960 und 2018 hergestellt wurden .  

Branchenstruktur

Die globale Halbleiterindustrie wird von Unternehmen aus den USA , Taiwan , Südkorea , Japan und den Niederlanden dominiert .

Zu den einzigartigen Merkmalen der Branche gehört ein kontinuierliches Wachstum, jedoch in einem zyklischen Muster mit hoher Volatilität. Während das aktuelle 20-jährige durchschnittliche Wachstum der Halbleiterindustrie in der Größenordnung von 13% liegt, geht dies mit einer ebenso überdurchschnittlichen Marktvolatilität einher, die zu erheblichen, wenn nicht sogar dramatischen zyklischen Schwankungen führen kann. Dies erforderte ein hohes Maß an Flexibilität und Innovation, um sich ständig an das schnelle Tempo der Marktveränderungen anzupassen, da viele Produkte mit eingebetteten Halbleiterbauelementen oft einen sehr kurzen Lebenszyklus haben.

Gleichzeitig ist die Rate der ständigen Preis-Leistungs-Verbesserungen in der Halbleiterindustrie atemberaubend. Infolgedessen vollziehen sich die Veränderungen auf dem Halbleitermarkt nicht nur extrem schnell, sondern antizipieren auch Veränderungen in den Industrien, die sich langsamer entwickeln. Die Halbleiterindustrie ist weithin als wichtiger Treiber und technologischer Wegbereiter für die gesamte Elektronik-Wertschöpfungskette anerkannt.

Die Branche basiert auf dem Foundry-Modell , das aus Halbleiterfabriken (Foundries) und Designoperationen für integrierte Schaltungen besteht, die jeweils zu separaten Unternehmen oder Tochtergesellschaften gehören. Einige Unternehmen, die als Hersteller integrierter Geräte bekannt sind , entwickeln und produzieren Halbleiter. Das Gießereimodell hat zu einer Konsolidierung unter den Gießereien geführt. Ab 2021 können nur drei Firmen die fortschrittlichsten Halbleiter herstellen: TSMC aus Taiwan, Samsung aus Südkorea und Intel aus den USA. Ein Teil davon ist auf die hohen Kapitalkosten für den Bau von Gießereien zurückzuführen. Die neueste Fabrik von TSMC, die 3-nm-Prozesshalbleiter herstellen kann und 2020 fertiggestellt wurde, kostete 19,5 Milliarden US-Dollar.

Intel erwägt, einen Teil der Produktion an TSMC auszulagern. Derzeit können nur 10-nm-Halbleiter hergestellt werden, während TSMC und Samsung beide 5 nm produzieren können. GlobalFoundries , ein in den USA ansässiges Unternehmen, verwendet einen 12-nm-Prozess für seine fortschrittlichsten Chips aufgrund der schnell steigenden Entwicklungskosten kleinerer Prozessknoten.

Halbleiterumsatz

Verkaufserlöse

Jährlicher Halbleiterumsatz (1987–2018)
Jahr Umsatz (nominal) Umsatz (Inflation) Ref
2018 $481.090.000 $495.82.000.000
2017 $420.390.000.000 $443.850.000.000
2016 $345.850.000.000 $372.940.000.000
2015 $335.170.000.000 $365.940.000.000
2014 $335.840.000.000 $367.140.000.000
2013 $305.580.000.000 $339.500.000.000
2012 291.560.000.000 $ $328.670.000.000
2011 $299.520.000 344.580.000.000 $
2010 $298.320.000.000 $354.040.000.000
2009 226.310.000.000 $ $273.000.000.000
2008 $280.000.000.000 $337.000.000.000
2007 $255.600.000.000 $319.000.000.000
2006 $247.700.000.000 $318.000.000.000
2005 227 000 000 000 $ $301.000.000.000
2004 213 000 000 000 $ 292.000.000.000 $
2000 $204.000.000.000 $307.000.000.000
1995 $144.000.000.000 $245.000.000.000
1992 $60.000.000.000 $111.000.000.000
1990 $51.000.000.000 $101.000.000.000
1987 $33.000.000.000 $75.000.000.000
Umsatzverteilung 2017
Industriesektor Einnahmen Marktanteil Ref
Speicher 124 Milliarden US-Dollar 30%
Logik 102,2 Milliarden US-Dollar 25%
Mikroprozessor 63,9 Milliarden US-Dollar 16%
Leistungshalbleiter 36,8 Milliarden US-Dollar 9%
Gesamt 420,39 Milliarden US-Dollar 100%
Umsatzverteilung 2008
Halbleitertyp Einnahmen Marktanteil Ref
Chip mit integrierter Silizium- MOS-Schaltung 250 Milliarden US-Dollar 89,3%
Verbindungshalbleiter 20 Milliarden US-Dollar 7,1%
Leistungstransistoren 10 Milliarden US-Dollar 3,6%
Gesamt 280 Milliarden US-Dollar 100%

Marktanteil

Marktanteil Halbleiter (1980–2005)
Halbleitertyp 2008 2005 2000 1995 1990 1987 1985 1982 1980
Silizium- MOSFET >90% 90% 88% 84% 74 % 64 % 59% 55% 53%
III-V-Halbleiter <7% 4% 4% 2% 1% 1% 1% 1% 1%
Silizium- BJT <3% 6% 8% 14% 25% 35% 40% 44% 46%
MOSFET- Marktanteil (1985–2000)
MOSFET- Herstellungsprozess 2003 2000 1990 1987 1985 1982
CMOS 99% 99% 88% 61% 47% 22%
PMOS und NMOS 1% 1% 12% 39 % 53% 78%
Marktanteil von Mikroprozessoren (2005)
Industriesektor Marktanteil
Computer und Peripheriegeräte 32,3%
Unterhaltungselektronik 21,2%
Telekommunikationsgeräte 16,5%
Industrieelektronik 14,3%
Verteidigungs- und Raumfahrtindustrie 11,5%
Verkehrstechnik 4,2%

Größte Unternehmen

Größte Halbleiterunternehmen (jährliche Halbleitervertriebsleiter)
Rang 2020 2018 2017 2011 2006 2000 1995 1992 1990 1986 1985 1975
1 Intel Samsung Samsung Intel Intel Intel Intel NEC NEC NEC NEC TI
2 Samsung Intel Intel Samsung Samsung Toshiba NEC Toshiba Toshiba Toshiba TI Motorola
3 TSMC SK Hynix TSMC TSMC TI NEC Toshiba Intel Hitachi Hitachi Motorola Philips
4 SK Hynix TSMC SK Hynix TI Toshiba Samsung Hitachi Motorola Intel ? Hitachi ?
5 Mikron Mikron Mikron Toshiba NS TI Motorola Hitachi Motorola ? Toshiba
6 Qualcomm Broadcom Broadcom Renesas Renesas Motorola Samsung TI Fujitsu ? Fujitsu
7 Broadcom Qualcomm Qualcomm Qualcomm Hynix NS TI ? Mitsubishi ? Philips
8 Nvidia Toshiba TI NS Freescale Hitachi IBM Mitsubishi TI ? Intel
9 TI TI Toshiba Hynix NXP Infineon Mitsubishi ? Philips ? National
10 Infineon Nvidia Nvidia Mikron NEC Philips Hyundai ? Matsushita ? Matsushita
Große Halbleiterunternehmen
Name Land Herstellertyp Hardwareprodukte
Samsung-Elektronik  Südkorea IDM NAND-Flash- Speicher, DRAM , CMOS-Sensor , HF-Transceiver , OLED- Display, SSD
Intel  Vereinigte Staaten IDM
TSMC  Taiwan Pures Spiel
SK Hynix  Südkorea IDM
Mikron  Vereinigte Staaten IDM DRAM, NAND-Flash, SSD, NOR-Flash , Managed NAND, Multichip-Pakete
Qualcomm  Vereinigte Staaten Fabless
Broadcom  Vereinigte Staaten Fabless
Kioxia  Japan IDM
Texas Instruments (TI)  Vereinigte Staaten IDM
Analoge Geräte  Vereinigte Staaten IDM Verstärker, Datenwandler, Audio- und Videoprodukte, HF und Mikrowelle, Sensoren, MEMS
Mikrochip  Vereinigte Staaten IDM Mikrocontroller und analoge Halbleiter
NXP  Niederlande IDM
MediaTek  Taiwan Fabless
Infineon  Deutschland IDM Mikrocontroller und Leistungshalbleiterbauelemente
Bosch  Deutschland IDM
STMicroelectronics  Frankreich / Italien  IDM
Sony  Japan IDM
ARM  Vereinigtes Königreich Fabless
AMD  Vereinigte Staaten Fabless
Nvidia  Vereinigte Staaten Fabless
Renesas  Japan IDM
GlobalFoundries  Vereinigte Staaten Pures Spiel
ON Semiconductor  Vereinigte Staaten IDM
UMC  Taiwan Pures Spiel
Apfel  Vereinigte Staaten Fabless
IBM  Vereinigte Staaten Fabless
Mitsubishi Electric  Japan IDM Leistungshalbleiterbauelemente
Imaginationstechnologien  Vereinigtes Königreich Fabless
Graphcore  Vereinigtes Königreich Fabless
Turm Halbleiter  Israel IDM
Xilinx  Vereinigte Staaten Fabless
SMIC  China Pures Spiel

Anmerkungen:

  • Reine Gießereien – Sie sind auf Gießereidienstleistungen spezialisiert. Sie können Dritten Designdienstleistungen sowie Masken- ( Fotomasken- ) Herstellungs-, Halbleiterverpackungs- und Testdienstleistungen anbieten oder auch nicht, die auch an andere Unternehmen ausgelagert werden können. Ein Beispiel ist TSMC, das Design-, Test- und Verpackungsservices anbietet, TCE Phtomasks, das nur Maskenherstellungsservices anbietet, und ChipMOS, das nur Verpackungs- und Testservices anbietet.
  • IDMs ( integrierte Gerätehersteller ) – Sie können Foundry-Services anbieten oder auch nicht.
  • Fabless- Lieferanten – Sie bieten keine Gießereidienstleistungen an. Sie können Dritten Designdienstleistungen anbieten oder nicht.

Gerätelieferungen

Halbleiterbauelemente ( schätzungsweise Millionen hergestellte Einheiten)
Jahr Optoelektronik Sensor / Aktor MOSFET
1960–2001 ? ? 2.900.000.000.000.000
2002 23.164 1.654
2003 28.955 2.482
2004 38.056 3.310
2005 44.675 4.137
2006 55.429 4.137
2007 67.839 4.136
2008 76.939 4.964
2009 91.003 4.964
2010 97.622 6.619
2011 110.031 8.273
2012 129.886 11.583
2013 131.541 14.064
2014–2015 ? ? 10.10.000.000.000.000
2016 217.200 17.376
2017–2018 ? ?
1960–2018 1.112.340+ 87.699+ 13.000.000.000.000.000

Integrierte Schaltkreise

Integrierte Schaltungschips ( schätzungsweise Millionen hergestellte Einheiten)
Jahr MOS-Speicher MPU / MCU Analog Logik ASIC ASSP Gesamt
1960–1991 ? 15.000 ? ? ? ? 350.000
1992 3.706
1993 4.060
1994 4.938
1995 6.092
1996 6.206
1997 7.155 ? ? ? ? ? 60.100
1998–1999 ? ? ? ? ? ? ?
2000 ? ? ? ? ? ? 89.100
2001 ? ? ? ? ? ? ?
2002 9.100 6.619 24.819 11.582 2.482 23.992 78.594
2003 10.755 6.618 30.611 14.064 1.655 25.646 89.349
2004 13.237 9.100 33.092 14.064 1.654 33.092 104.239
2005 15.719 8.273 37.229 14.891 2.481 38.056 116.649
2006 18.201 10.755 43.020 18.200 2.482 45.501 141.600
2007 23.992 12.409 48.811 18.201 3.309 45.502 156.000
2008 25.646 12.410 49.639 18.200 1.655 47.156 154.706
2009 28.128 11.582 43.020 14.892 2.482 43.847 143,951
2010 33.919 16.546 57.084 19.028 1.654 57.911 189.800
2011 33.919 17.374 56.256 19.028 1.655 58.738 186.970
2012 34.747 17.373 57.084 17.373 1.655 57.083 185.315
2013 33.919 16.546 67.839 18.201 2.481 64.530 203.516
2014 ? 18.600 ? ? ? ? ?
2015 ? 22.058 ? ? ? ? 235.600
2016 43.440 21.174 130.320 52.128 ? ? 342.416
2017 ? 25.797 ? ? ? ? 581.321
2018 ? ? ? ? ? ? 634.700
1960–2018 356.879+ 274,298+ 635.804+ 249.852+ 25,645+ 541.054+ 4.043.926+

Diskrete Geräte

Diskrete Geräte ( schätzungsweise Millionen hergestellte Einheiten)
Jahr Diskrete Transistoren Diode Gesamt
Leistung Kleinsignal Gesamt
1954–1956 ? ? 28 ? 28+
1957 ? ? 30 ? 30+
1958–1962 ? ? ? ? ?
1963 ? ? 303 ? 303+
1964–1965 ? ? ? ? ?
1966 ? ? 968 ? 968+
1967 ? ? 881 ? 881+
1968 ? ? 997 ? 997+
1969 ? ? 1.249 ? 1.249+
1970 ? ? 914 ? 914+
1971 ? ? 881 ? 881+
1972–2001 ? ? ? ? ?
2002 ? ? ? ? 232.472
2003 ? ? ? ? 245.708
2004 ? ? ? ? 287.901
2005 ? ? ? ? 290.382
2006 ? ? ? ? 321.820
2007 ? ? ? ? 356.566
2008 ? ? ? ? 324.301
2009 ? ? ? ? 289.555
2010 53.000 ? 53.000+ ? 371.458
2011 45.000 110.000 155.000 143.000 356.000
2012 ? ? ? ? 345.812
2013 44.000 103.000 147.000 146.000 358.000
2014 48.000 109.000 157.000 154.000 380.000
2015 52.000 107.000 159.000 150.000 372.000
2016 53.300 ? 53.300+ ? 382.272
2017 58.100 ? 58.100+ ? 58.100+
2018 62.800 ? 62.800+ ? 62.800+
1954–2018 416.200+ 429.000+ 851.451+ 593.000+ 5.041.398+

Regionen

Der Umsatz

Hersteller mit Hauptsitz in den folgenden Regionen sind die Vertriebsführer in den Bereichen Pure-Play-Foundry , IDM (integrierte Gerätefertigung), Fabless-Fertigung und OSAT (ausgelagerte Halbleitermontage und -prüfung).

Rang Gießerei IDM Fabless OSAT
1  Taiwan  Vereinigte Staaten  Vereinigte Staaten  Taiwan
2  Vereinigte Staaten  Südkorea  Taiwan  Vereinigte Staaten
3  China  Japan  China  China
4  Israel  EU  EU  Singapur
5  Südkorea  Taiwan  Japan  Japan

Beachten Sie, dass Hersteller mit Hauptsitz in den USA über Fertigungsstätten auf der ganzen Welt verfügen, darunter über 50 % in Amerika , 39 % im asiatisch-pazifischen Raum (einschließlich 9 % in Japan) und 9 % in Europa.

Patente

Patentinhaber aus den folgenden Ländern produzierten im Jahr 2005 weltweit die meisten jährlichen Halbleiterpatente.

Rang Land Patente ( geschätzt )
1  Japan 30.500
2  Südkorea 13.500
3  Vereinigte Staaten 9.500
4  Taiwan 4.000
5  China 3.500
6  Deutschland 2.500

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise