Die USA sind der weltgrößte Chipentwickler. Da Halbleiter jedoch allgegenwärtiger und wichtiger werden, gewinnen andere Länder an Chipdesign-Fähigkeiten und Marktanteilen.
Wenn die USA ihre Position als weltgrößter Chip-Entwickler behaupten wollen, muss die US-Regierung helfen, die lokale Halbleiter-F&E zu finanzieren laut einem Bericht von der Semiconductor Industry Association und der Boston Consulting Group.
Chipentwicklung ist teuer
Amerikanische Unternehmen kontrollieren etwa 46 % der weltweiten Umsätze im Zusammenhang mit dem Halbleiterdesign – etwa 2,5-mal mehr als der engste Wettbewerber. Die USA sind besonders stark bei Logikchips wie CPUs, GPUs und verschiedenen anderen komplexen SoCs, da Unternehmen wie AMD, Apple, Intel, Nvidia und Qualcomm die Märkte für Prozessoren, Grafikkarten und mobile SoCs dominieren.
Aber 46 % sind rückläufig – die USA kontrollierten laut SIA im Jahr 2015 über 50 % des Marktes. Dieser Verlust ist darauf zurückzuführen, dass Länder wie China, Südkorea und Taiwan dank der von der Bundesregierung und der lokalen Regierung unterstützten Halbleiterforschungs- und -entwicklungsaktivitäten sowie der Talententwicklung im Inland seit Jahren designbezogene Anteile gewinnen. Beispielsweise genehmigte Südkorea im Jahr 2021 einen 450-Milliarden-Dollar-Plan zur Entwicklung der lokalen Halbleiterindustrie in den nächsten 10 Jahren. Diese Zahl beinhaltete 1,3 Milliarden US-Dollar für KI- und Power-Chip-Design.
Wenn sich nichts ändert und die USA ihren derzeitigen Abwärtstrend fortsetzen, könnte der US-Anteil an den Chipdesign-Umsätzen bis zum Ende des Jahrzehnts auf 36 % sinken. laut der Meldung.
Bild 1 von 3
Da Logik- und Speicherchips immer komplexer werden, erfordern sie mehr F&E-Investitionen und mehr Ingenieurtalent. Die Designkosten eines ziemlich komplexen Chips, der mit einer Prozesstechnologie der 5-nm-Klasse hergestellt werden soll – was das Design sowohl physischer integrierter Schaltkreise als auch der zugehörigen Software umfasst – werden laut Schätzungen auf über 540 Millionen US-Dollar geschätzt Internationale Wirtschaftsforschung. Amerikanische Unternehmen produzieren jedes Jahr Dutzende solcher System-on-Chips und geben Milliarden für designbezogene Forschung und Entwicklung aus. Allein im Jahr 2021 investierten Unternehmen aus den USA rund 40 Milliarden US-Dollar in Chipdesign.
Analysten der Semiconductor Industry Association schätzen, dass der öffentliche Sektor der USA in den nächsten 10 Jahren 400 bis 500 Milliarden US-Dollar in F&E und Personalentwicklung investieren wird. Sie glauben jedoch, dass dies nicht ausreicht, um die Führung im Chipdesign für das ganze Land zu behalten.
Experten von SIA und BCG warnen davor, dass die US-Halbleiterdesignbranche bereits mit einem Mangel an qualifizierten Arbeitskräften konfrontiert ist – und bis 2030 könnte dieser Mangel auf 23.000 ansteigen, da Absolventen der Naturwissenschaften, Technologie, Ingenieurwissenschaften und Mathematik (STEM) die Branche verlassen.
Darüber hinaus gibt es Dinge wie Exportbeschränkungen für Crème-de-la-Crème-Prozessoren für wachsende künstliche Intelligenz und Hochleistungs-Computing-Anwendungen (z. B. AMDs Instinct MI250X, Intels Ponte Vecchio und Nvidias A100- und H100-Computing-GPUs, die für über 10.000 US-Dollar pro Stück verkauft werden ) gefährden die Fähigkeit amerikanischer Unternehmen, in F&E zu investieren, weiter, da solche Beschränkungen ihr Umsatzwachstum begrenzen.
Große OEMs sind auf Chips angewiesen
Das Können des Chipdesigns sichert nicht nur den Wohlstand amerikanischer Chipentwickler, sondern sichert auch den Erfolg benachbarter Erstausrüster. In den USA gehören dazu 34 Weltklasse-Unternehmen, darunter Apple, Dell, HP und HPE. Im Gegensatz dazu gibt es in China 27 große Unternehmen, darunter Huawei, Lenovo, BKK und Xiaomi, die sowohl in der Volksrepublik als auch anderswo hergestellte Chips verbrauchen.
Die chinesische Regierung versteht, wie wichtig es ist, Chips im Inland zu entwickeln – auch wenn sie woanders produziert werden – und fördert seit Jahren ihre lokale Designindustrie. Die Einnahmen der 25 größten chinesischen Fabless-Unternehmen verdoppelten sich laut Daten der SIA von 12,2 Milliarden US-Dollar im Jahr 2017 auf 24,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020.
Finanzierung der Entwicklung von Chips im öffentlichen Sektor erforderlich
Der Anfang dieses Jahres verabschiedete CHIPS & Science Act umfasst Ausgaben in Höhe von 11 Milliarden US-Dollar für verschiedene F&E-Projekte, die sich auf neue Halbleiterproduktionsmethoden (dh neue grundlegende Fertigungstechnologien), fortschrittliche Halbleiterforschung (Transistorstrukturen, Materialien), Metrologieforschung und innovative Chipverpackung konzentrieren.
Aber das Gesetz wird Chipdesigner nicht finanzieren: Während Micron und Western Digital etwas Geld erhalten, um vorwettbewerbliche Forschung und Entwicklung für Materialien, Transistoren, Herstellungsmethoden, Analysen und Messtechnik durchzuführen, werden sie nichts bekommen, um tatsächliche Produkte zu entwickeln, die mit diesen konkurrieren werden anderswo entwickelt.
Die Entwicklung tatsächlicher Produkte vor der Konkurrenz ist von enormer Bedeutung, da sie es Erstanbietern ermöglicht, neue Marktstandards zu setzen, denen andere folgen müssen. Unternehmen, die eigene Standards setzen, profitieren tendenziell auch direkt. Beispielsweise ist Nvidias proprietäre CUDA-Parallel-Computing-Plattform und Entwicklungsumgebung den Konkurrenten so weit voraus, dass das Unternehmen in einigen KI- und HPC-Sektoren jahrelange Dominanz genießt.
Derzeit werden etwa 13 % der F&E im Halbleiterdesign in den USA durch öffentliche Investitionen finanziert. Etwa 20 % bis 30 % dieser F&E werden von Regierungen, lokalen Behörden oder durch Steueranreize in Europa, Taiwan, Südkorea und Japan finanziert. In China werden satte 45 % der Forschung und Entwicklung im Zusammenhang mit dem Chipdesign durch direkte öffentliche Mittel (Regierung, lokale Behörden, öffentliche Universitäten usw.), Steueranreize und andere Initiativen finanziert.
Experten der Semiconductor Industry Association und der Boston Consulting Group glauben, dass Investitionen des öffentlichen Sektors erforderlich sind, um die US-Führung im Bereich Chipdesign auch in Zukunft sicherzustellen.
Die gute Nachricht ist, dass jeder öffentliche Dollar, der in Design und F&E investiert wird, zusätzliche Investitionen des privaten Sektors anregen und daher den Verkauf von Chips erheblich steigern würde, so die Analysten.
Sie schätzen, dass, wenn der öffentliche Sektor der USA bis 2030 20 bis 30 Milliarden US-Dollar in Design und F&E investiert (einschließlich eines Steueranreizes in Höhe von 15 bis 20 Milliarden US-Dollar), dies letztendlich einen designbezogenen Umsatz von rund 450 Milliarden US-Dollar über 10 Jahre generieren würde. Es würde auch dazu beitragen, 23.000 Halbleiterdesigningenieure auszubilden und einzustellen und 130.000 indirekte Arbeitsplätze zu schaffen.
Zusammenfassung
Die USA sind immer noch führend bei fortschrittlichen Logikprozessoren und anderer Logik, hinken jedoch bei Speichern, Sensoren und Optoelektronik hinterher. Daran wird sich in absehbarer Zeit nichts ändern, aber der von amerikanischen Unternehmen kontrollierte Umsatzanteil des Chipdesigns könnte auch in den kommenden Jahren sinken, wenn sich die anhaltenden Trends fortsetzen.
Branchenexperten glauben, dass die öffentliche Finanzierung von Chipdesign und F&E in Europa und Asien es Nicht-US-Unternehmen ermöglichen wird, ihren Umsatzanteil im Zusammenhang mit Chipdesign zu erhöhen, wenn die USA nicht handeln.
Öffentliche Investitionen in die Forschung und Entwicklung von Chipdesigns in den USA müssen nicht extrem hoch sein, da das Ökosystem der Chipentwicklung bereits existiert – und es gibt Dutzende von wettbewerbsfähigen Chipdesignern im Land.
Der Bericht von SIA und BCG weist darauf hin, dass, wenn der öffentliche Sektor der USA bis 2030 20 bis 30 Milliarden US-Dollar in Design und F&E (einschließlich Steueranreize) investiert, dies die Investitionen des Privatsektors ankurbeln und einen zusätzlichen designbezogenen Umsatz von rund 450 Milliarden US-Dollar generieren würde 10 Jahre. Dies wäre mehr als genug für die USA, um ihre Position als weltweit führender Chipentwickler zu behaupten.