半導体産業

Semiconductor
device
fabrication
MOSFET scaling
(process nodes)
Future

半導体産業は、トランジスタや集積回路などの半導体および半導体デバイスの設計・製造に携わる企業の集合体です。その起源は、1948年にベル研究所のショックレー、ブラッテン、バーディーンによるトランジスタの発明に遡ります。[1] [2] ベル研究所は2万5000ドルでこの技術のライセンスを取得し、[3]まもなくモトローラ（1952年）、[4]ショックレー・セミコンダクタ（1955年）、シルバニア、セントラルラボ、フェアチャイルド・セミコンダクタ、テキサス・インスツルメンツなど多くの企業がトランジスタを製造しました。1958年、テキサス・インスツルメンツのジャック・キルビーとフェアチャイルドのロバート・ノイスはそれぞれ独立して、単一の半導体材料の「チップ」上に複数のトランジスタを集積する方法である集積回路を発明しました。これがきっかけとなり、半導体デバイス生産の急速な成長につながる製造技術の急速な進歩が次々と起こり、ムーアの法則として知られるこの法則は、過去60年ほど続いています。半導体業界の年間売上高は2018年時点で4,810億ドル以上に成長しました。 [5]

2010年、半導体産業はEU内で最も研究開発の強度が高く、EU、米国、日本を合わせた中でバイオテクノロジーに次いで第2位となった。[6]

半導体産業は、より広範なエレクトロニクス産業の原動力となっており、[7] 2011年時点でのパワーエレクトロニクスの年間売上高は1,350億ポンド（2,160億ドル）、 [8] 2020年までにコンシューマーエレクトロニクスの年間売上高は2.9兆ドルに達すると予想され、[9]ハイテク産業の売上高は2019年に5兆ドルに達すると予想され、 [10] 2017年には電子商取引が29兆ドルを超えています。 [11] 2019年には、半導体市場セグメントの32.4％がネットワークおよび通信デバイス向けでした。[12] 

米国半導体工業会（SIA）によると、2021年の半導体売上高は過去最高の5,559億ドル（前年比26.2%増）に達し、中国での売上高は1,925億ドルに達した。暦年では過去最高の1兆1,500億個の半導体が出荷された。 [13]半導体産業は2027年までに7,267億3,000万ドルに達すると予測されている。[14]

業界構造

世界の半導体産業は、米国、台湾、韓国、日本、オランダの企業によって支配されており、イスラエルとドイツもこの分野で大きな存在感を示しています。[15]

2016年時点のHS4貿易分類別電子集積回路輸出国別・地域別
2016年時点の個別半導体の輸出量（国連商品分類システム4）

この業界のユニークな特徴として、継続的な成長と高いボラティリティを伴う周期的な成長が挙げられる[16]。半導体業界の過去20年間の年間平均成長率は約13%であるが、これは平均を上回る市場のボラティリティを伴っており、劇的ではないにしても大きな周期的変動につながる可能性がある。半導体デバイスを組み込んだ多くの製品はライフサイクルが非常に短いため、市場の急速な変化に常に適応するためには、高度な柔軟性と革新性が求められている。[要出典]

同時に、半導体業界における価格性能比の継続的な向上の速度は驚異的です。その結果、半導体市場の変化は極めて急速に起こるだけでなく、より緩やかなペースで進化する業界の変化も予測しています。半導体業界は、エレクトロニクスのバリューチェーン全体にとって重要な推進力であり、技術革新の担い手として広く認識されています。[17]

1980 年代以前、半導体業界は垂直統合型でした。半導体企業は、チップの設計と製造を自社施設で行っていました。多くの場合、これには新しいプロセスの開発、原料化学物質やシリコン ウェーハの精製と精製、さらには炉、リソグラフィー ツール、エッチング装置などの製造装置も含まれていました。これらの企業は、チップの組み立てとテストも行っていました。時が経つにつれて、これらの機能の多くはアウトソーシングされ、今日では半導体メーカーは、ウェーハ、高純度の原料化学物質、および処理装置の提供に複雑なサプライ チェーンに依存しています。さらに、1969 年の LSI を皮切りに、チップ設計のみに焦点を当て、設計の製造は他社に委託するファブレス半導体企業が登場しました。当初、これらの他社は統合デバイス メーカー(IDM) であり、自社製品の設計と製造も行っていたため、ファブレス企業の競合相手であることが多かったのです。しかし、1980 年代半ばまでにTSMCとUMC は、他社の設計の製造のみに特化したファウンドリーとして登場しました。

今日、業界の多くはファウンドリーモデルに基づいており、これは半導体製造工場（ファウンドリー）と集積回路設計業務から構成され、それぞれが別々の会社または子会社に属しています。統合デバイスメーカーとして知られる一部の企業は、半導体の設計と製造の両方を行っています。ファウンドリーモデルは、ファウンドリー間の統合をもたらしました。2021年現在、最先端の半導体を製造できるのは、台湾のTSMC 、韓国のサムスン、米国のインテルの3社のみです。 [18]その理由の1つは、ファウンドリー建設の資本コストが高いことです。TSMCの最新の工場は、 3 nmプロセスの半導体 を製造でき、2020年に完成し、195億ドルの費用がかかりました。[18]

インテルはTSMCへの生産委託を検討している。現在、インテルは10nmプロセスによる半導体しか生産できないが、TSMCとサムスンはいずれも5nmプロセスによる生産が可能だ。[18]アメリカに本社を置く グローバルファウンドリーズは、微細プロセスノードの開発コストが急上昇しているため、最先端のチップには12nmプロセスを採用している。[19]

半導体販売

売上高

年間半導体売上高（1987～2018年）
年収益（名目）収益（インフレ）参照
2022601,694,000,000ドル[20]
2021594,952,000,000ドル
2020466,237,000,000ドル[21]
2019422,237,000,000ドル
2018481,090,000,000ドル6024億1000万ドル[5]
2017420,390,000,000ドル539,270,000,000ドル[5]
2016345,850,000,000ドル453,120,000,000ドル[5]
2015335,170,000,000ドル444,620,000,000ドル[22]
2014335,840,000,000ドル446,070,000,000ドル
20133055億8000万ドル412,490,000,000ドル
20122915億6000万ドル3993億3000万ドル
20112995億2000万ドル418,660,000,000ドル
20102983億2000万ドル430,160,000,000ドル
20092263億1000万ドル331,690,000,000ドル
20082800億ドル4090億ドル
20072556億ドル3876億ドル[23]
20062477億ドル3864億ドル
20052270億ドル3650億ドル[22]
20042130億ドル3550億ドル
20002040億ドル3,720億ドル
19951440億ドル2970億ドル
1992600億ドル1340億ドル
1990510億ドル1230億ドル
1987330億ドル910億ドル
2017年の売上内訳[5]
産業分野収益市場占有率参照
メモリ1240億ドル30%[24]
論理1022億ドル25%
マイクロプロセッサ639億ドル16%
パワー半導体368億ドル9%[25]
合計4203億9000万ドル100%
2008年の売上内訳
半導体型収益市場占有率参照
集積回路チップ2500億ドル89.3%[26]
化合物半導体200億ドル7.1%
パワートランジスタ100億ドル3.6%[27]
合計2,800億ドル100%

市場占有率

マイクロプロセッサ市場シェア（2022年）[28]
産業分野市場占有率
コンピュータおよび周辺機器32.3%
家電21.2%
通信機器16.5%
産業用電子機器14.3%
防衛・宇宙産業11.5%
輸送技術4.2%

大企業

最大手の半導体企業（年間半導体売上高トップ）
ランク2021年[29]2020年[30]2018年[31]2017年[31]2011年[32]2006年[33]2000年[33]1995年[33]1992年[34]1990年[33]1986年[35]1985年[33]1975年[35]
1サムスンインテルサムスンサムスンインテルインテルインテルインテルNECNECNECNECTI
2インテルサムスンインテルインテルサムスンサムスン東芝NEC東芝東芝東芝TIモトローラ
3SKハイニックスTSMCSKハイニックスTSMCTSMCTINEC東芝インテル日立日立モトローラフィリップス
4ミクロンSKハイニックスTSMCSKハイニックスTI東芝サムスン日立モトローラインテル?日立?
5クアルコムミクロンミクロンミクロン東芝STTIモトローラ日立モトローラ?東芝
6エヌビディアクアルコムブロードコムブロードコムルネサスルネサスモトローラサムスンTI富士通?富士通
7ブロードコムブロードコムクアルコムクアルコムクアルコムハイニックスSTTI?三菱?フィリップス
8TIエヌビディア東芝TISTフリースケール日立IBM三菱TI?インテル
9メディアテックTITI東芝ハイニックスNXPインフィニオン三菱?フィリップス?全国
10AMDインフィニオンエヌビディアエヌビディアミクロンNECフィリップスヒュンダイ?パナソニック?パナソニック
大手半導体企業
名前国メーカータイプ[36]ハードウェア製品
サムスン電子 韓国IDMNANDフラッシュメモリ、DRAM、CMOSセンサー、RFトランシーバー、OLEDディスプレイ、SSD
インテル アメリカ合衆国IDMx86-64 マイクロプロセッサ、GPU、SSD、DRAM
TSMC 台湾ピュアプレイ
SKハイニックス[a] 韓国IDMフラッシュメモリ、DRAM、SSD、CMOSセンサー
マイクロン[b] アメリカ合衆国IDMDRAM、NANDフラッシュ、SSD、NORフラッシュ、マネージドNAND、マルチチップパッケージ
クアルコム アメリカ合衆国ファブレスRFモジュール、デジタル信号プロセッサ、Snapdragon システムオンチップ
ブロードコム アメリカ合衆国ファブレスブロードバンド/Wi-Fi/Bluetoothモデム、カスタムDSPおよびARM CPU
キオクシア[c] 日本IDMNANDフラッシュメモリ、SSD
テキサス・インスツルメンツ（TI） アメリカ合衆国IDMマイクロコントローラ、SoC、DSP、アンプ、データコンバータ
アナログ・デバイセズ[d] アメリカ合衆国IDMアンプ、データコンバータ、オーディオおよびビデオ製品、RFおよびマイクロ波、センサー、MEMS
コルボ アメリカ合衆国IDMRFモジュール、フィルター、アンプ、PMIC
マイクロチップ アメリカ合衆国IDMマイクロコントローラとアナログ半導体
NXP オランダIDMPMICメディアプロセッサ、MIFARE、LPC
メディアテック 台湾ファブレスSoC、チップセット、CPU、GPU、DSP
インフィニオン[e] ドイツIDMマイクロコントローラとパワー半導体デバイス
ボッシュ ドイツIDM
STマイクロエレクトロニクス フランス/イタリア IDMASIC、マイクロコントローラ
ソニー 日本IDMアクティブピクセルセンサー、NANDフラッシュメモリ
アーム イギリスファブレス命令セットアーキテクチャ
AMD アメリカ合衆国ファブレスx86-64 CPU、GPU、マザーボードチップセット、SDRAM
エヌビディア アメリカ合衆国ファブレスグラフィック
オン・セミコンダクター アメリカ合衆国IDM
UMC 台湾ピュアプレイ
りんご アメリカ合衆国ファブレスAppleシリコン
IBM アメリカ合衆国ファブレスIBM Power マイクロプロセッサー、z/Architecture
三菱電機 日本IDMパワー半導体デバイス
タワーセミコンダクター イスラエルIDM
ザイリンクス アメリカ合衆国ファブレスプログラマブルロジックデバイス
SMIC 中国ピュアプレイ
ウルフスピード アメリカ合衆国IDMSiC
ノルディックセミコンダクター ノルウェーファブレスBluetooth、Wi-Fi、低電力セルラー
スケールフラックス アメリカ合衆国ファブレスNVMe SSD、SoC

注:

  • ピュアプレイファウンドリ–ファウンドリサービスに特化しています。設計サービス、マスク（フォトマスク）製造、半導体パッケージング、テストサービスなど、サードパーティへの提供も行っています。これらのサービスは、他社に委託することも可能です。例としては、設計、テスト、パッケージングサービスを提供するTSMC、マスク製造サービスのみを提供するTCEフォトマスク、パッケージングとテストサービスのみを提供するChipMOSなどが挙げられます。
  • IDM (統合デバイスメーカー) – ファウンドリ サービスを提供する場合と提供しない場合があります。
  • ファブレスサプライヤー - ファウンドリサービスを提供していません。サードパーティへの設計サービスの提供の有無は問いません。

デバイスの出荷

半導体デバイス（推定生産数百万個）[37]
年オプトエレクトロニクスセンサー/アクチュエータMOSFET [38]
1960～2001年??2,900,000,000,000,000
200223,1641,654
200328,9552,482
200438,0563,310
200544,6754,137
2006年[39]55,4294,137
2007年[40]67,8394,136
200876,9394,964
200991,0034,964
201097,6226,619
2011110,0318,273
2012129,88611,583
2013131,54114,064
2014～2015年??10,100,000,000,000,000
2016年[41] [42]217,20017,376
2017～2018年??
1960～2018年1,112,340+87,699+13,000,000,000,000,000

集積回路

集積回路チップ（推定生産数百万個）[37]
年MOSメモリMPU /マイコンアナログ論理ASICASSP合計
1960～1991年?15,000 [43]????35万[43]
1992年[44]3,706
1993年[44]4,060
1994年[44]4,938
1995年[44]6,092
1996年[44]6,206
19977,155 [45]?????60,100 [40]
1998～1999年???????
2000年[46]??????89,100
2001???????
20029,1006,61924,81911,5822,48223,99278,594
200310,7556,61830,61114,0641,65525,64689,349
200413,2379,10033,09214,0641,65433,092104,239
200515,7198,27337,22914,8912,48138,056116,649
2006年[39]18,20110,75543,02018,2002,48245,501141,600
2007年[40]23,99212,40948,81118,2013,30945,50215万6000
200825,64612,41049,63918,2001,65547,156154,706
200928,12811,58243,02014,8922,48243,847143,951
2010年[46]33,91916,54657,08419,0281,65457,911189,800
201133,91917,37456,25619,0281,65558,738186,970
201234,74717,37357,08417,3731,65557,083185,315
201333,91916,54667,83918,2012,48164,530203,516
2014?18,600 [47]?????
2015?22,058 [48]????235,600 [46]
2016年[41] [42]43,44021,174 [48]130,32052,128??342,416
2017?25,797 [48]????581,321 [49]
2018??????634,700 [49]
1960～2018年356,879+274,298+635,804+249,852+25,645+541,054+4,043,926+

個別デバイス

ディスクリートデバイス（推定生産数百万個）[50] [37]
年ディスクリートトランジスタダイオード合計
力小信号合計
1954–1956年[51]??28?28歳以上
1957年[51]??30?30歳以上
1958–1962?????
1963年[51]??303?303+
1964～1965年?????
1966年[52]??968?968+
1967年[52]??881?881+
1968年[52]??997?997+
1969年[51]??1,249?1,249+
1970年[52]??914?914+
1971年[51]??881?881+
1972–2001?????
2002????232,472
2003????245,708
2004????287,901
2005????290,382
2006年[39]????321,820
2007年[40]????356,566
2008????324,301
2009????289,555
201053,000 [53]?53,000以上?371,458
20114万500011万15万500014万3000356,000
2012????345,812
201344,00010万300014万700014万600035万8000
20144万8000109,000157,000154,00038万
2015年[46]52,00010万7000159,00015万37万2000
2016年[41]53,300?53,300以上?382,272
201758,100?58,100以上?58,100以上
201862,800?62,800以上?62,800以上
1954–2018416,200以上429,000以上851,451+593,000以上5,041,398+

販売

以下の場所に本社を置くメーカーは、純粋なファウンドリー、IDM（統合デバイス製造）、ファブレス製造、OSAT（アウトソーシングされた半導体組立および試験）部門の業界の販売リーダーです。[36]

ランク鋳造所IDMファブレスOSAT
1 台湾 アメリカ合衆国 アメリカ合衆国 台湾
2 アメリカ合衆国 韓国 台湾 アメリカ合衆国
3 中国 日本 中国 中国
4 韓国 欧州連合 欧州連合 シンガポール
5 イスラエル 台湾 日本 日本

米国に本社を置くメーカーは世界中に製造工場を持っており、その50％以上が南北アメリカ大陸、 39％がアジア太平洋地域（日本9％を含む）、9％がヨーロッパにあります。[36]

参照

米国の半導体企業

注記

  1. ^ 旧ヒュンダイエレクトロニクス。
  2. ^ エルピーダメモリとパワーチップを買収。
  3. ^ 旧東芝メモリ。
  4. ^ Maxim Integratedを買収。
  5. ^ サイプレスセミコンダクタを買収。

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  • 「シリコン時代：半導体デバイス産業の動向」、2022年
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