Fortalecimento da cadeia de suprimentos globais de semicondutores em uma era incerta

A escassez generalizada de Semicondutores Isso começou no final de 2020, destacou o quão indispensável esses componentes especializados estão na economia de hoje. Os semicondutores são usados ​​para alimentar uma vasta gama de dispositivos eletrônicos - tudo, desde smartphones e servidores em nuvem até carros modernos, automação industrial e infraestrutura crítica e sistemas de defesa.

A estrutura global da cadeia de suprimentos de semicondutores, desenvolvida nas últimas três décadas, permitiu ao setor dar saltos contínuos em economia de custos e aprimoramentos de desempenho que tornaram possível a explosão em tecnologia da informação e serviços digitais. Nos últimos anos, no entanto, surgiram vários novos fatores que poderiam colocar em risco a continuação bem -sucedida desse modelo global. Abordar essas vulnerabilidades requer uma combinação de ações cuidadosamente projetadas de formuladores de políticas, incluindo incentivos direcionados para incentivar a produção doméstica para abordar lacunas estratégicas.

Uma cadeia de suprimentos global integrada

Semiconductors are highly complex products to design and manufacture. No other industry has the same high level of investment in both R&D (22% of annual final semiconductor sales to electronic device makers) and capital expenditure (26%).

The need for deep technical know-how and scale has resulted in a highly specialized global supply chain, in which regions perform different roles according to their comparative advantages. (See the exhibit.) The US leads in the most R&D-intensive activities—electronic design automation (EDA), core intellectual property (IP), chip design, and advanced manufacturing equipment—owing to its world-class universities, vast pool of engineering talent, and market-driven innovation ecosystem. East Asia is at the forefront in wafer fabrication, which requires massive capital investments supported by government incentives as well as access to robust infrastructure and a skilled workforce. China is a leader in assembly, packaging, and testing, which is relatively less skill- and capital-intensive, and is investing aggressively to expand throughout the value chain.

All countries are interdependent in this integrated global supply chain, relying on free trade to move materials, equipment, IP, and products around the world to the optimal location for performing each activity. In fact, semiconductors are the world’s fourth-most-traded product after only crude oil, refined oil, and cars. This global structure delivers enormous value. A hypothetical alternative with parallel, fully “self-sufficient” local supply chains in each region to meet its current levels of semiconductor consumption would have required at least about $1 trillion in incremental upfront investment, resulting in a 35% to 65% overall increase in semiconductor prices and ultimately higher costs of electronic devices for end users.

Risks and Vulnerabilities

Over the next ten years, the industry will need to invest about $3 trillion just in R&D and capital expenditure globally across the value chain in order to meet the increasing demand for semiconductors. Industry participants and governments must collaborate to continue facilitating worldwide access to markets, technologies, capital, and talent, and make the supply chain more resilient.

While geographic specialization has served the industry well, it also creates vulnerabilities that each region needs to assess in a manner specific to its own economic and security considerations. There are more than 50 points across the supply chain where one region holds over 65% of the global market share, although the level of risk associated with each of these varies. Manufacturing emerges as a major focal point when it comes to the resilience of the global semiconductor supply chain. About 75% of semiconductor manufacturing capacity, as well as many suppliers of key materials—such as silicon wafers, photoresist, and other specialty chemicals—are concentrated in China and East Asia, a region significantly exposed to high seismic activity and geopolitical tensions. Furthermore, all of the world’s most advanced semiconductor manufacturing capacity—in nodes below 10 nanometers—is currently located in South Korea (8%) and Taiwan (92%). These are single points of failure that could be disrupted by natural disasters, infrastructure shutdowns, or international conflicts, and may cause severe interruptions in the supply of chips.

Além dos riscos associados à concentração em certos locais geográficos, as tensões geopolíticas podem resultar em controles de exportação que prejudicam o acesso a fornecedores críticos de tecnologia, ferramentas e produtos essenciais que estão agrupados em certos países. Tais controles também podem restringir o acesso a importantes mercados finais, resultando potencialmente em uma perda significativa de escala e comprometendo a capacidade do setor de sustentar os níveis atuais de P&D e intensidade de capital.

A solução para esses desafios não é a busca de auto-suficiência completa por meio de políticas industriais nacionais em larga escala, com um custo impressionante e viabilidade questionável de execução. Em vez disso, a indústria de semicondutores precisa de políticas direcionadas e direcionadas que fortalecem a resiliência da cadeia de suprimentos e expandam o comércio aberto, equilibrando as necessidades da segurança nacional. Isso deve incluir a construção de capacidade de fabricação adicional nos EUA, além de expandir os locais de produção e fontes de suprimento para alguns materiais críticos. Em nosso relatório anterior,

To address the risk of major global supply disruptions, governments should enact market-driven incentive programs to achieve a more diversified geographical footprint. This should include building additional manufacturing capacity in the US, as well as expanding the production sites and sources of supply for some critical materials. In our previous report, Incentivos do governo e competitividade dos EUA na fabricação de semicondutores , we found that a $50 billion incentive program would establish the US as an attractive location for semiconductor manufacturing. Our analysis shows that such a program could enable the construction of 19 advanced fabs for logic, memory, and analog semiconductors over the next ten years, doubling the number expected if no action is taken.

Essa nova capacidade seria instrumental para lidar com grandes vulnerabilidades na cadeia de suprimentos. Por exemplo, isso permitiria aos EUA manter uma capacidade mínima de fabricação viável nos nós principais para atender à demanda doméstica pelos chips lógicos avançados usados ​​em sistemas de segurança nacional, aeroespacial e infraestrutura crítica. Em contraste, estimamos que uma meta de auto-suficiência de fabricação completa-busca para cobrir o consumo total de semicondutores dos EUA com capacidade onshore-exigiria mais de US $ 400 bilhões em incentivos do governo e custam mais de US $ 1 trilhão em dez anos. Eles também devem tomar medidas para promover ainda mais o comércio global e a colaboração internacional nos padrões de P&D e tecnologia. Paralelamente, os formuladores de políticas precisam intensificar os esforços para estimular a pesquisa básica e abordar a escassez de talentos que ameaçam restringir a capacidade do setor de manter seu ritmo de inovação. Para esse fim, é necessário um investimento público em ciências e educação em engenharia, bem como políticas de imigração que permitem que os principais aglomerados globais de semicondutores para atrair talentos de classe mundial.

In setting policies to promote supply chain resilience, governments must guarantee a level global playing field for domestic and foreign firms alike, as well as strong protection of IP rights. They must also take steps to further promote global trade and international collaboration on R&D and technology standards. In parallel, policymakers need to step up efforts to stimulate basic research and address the shortage of talent threatening to constrain the industry’s ability to maintain its innovation pace. To that end, further public investment in science and engineering education is needed, as well as immigration policies that enable leading global semiconductor clusters to attract world-class talent.

Além disso, os governos com preocupações significativas de segurança nacional devem estabelecer uma estrutura clara e estável para controles direcionados sobre o comércio de semicondutores que evitam amplas restrições unilaterais às tecnologias e fornecedores. Isso garantiria que a indústria possa ampliar sua capacidade de oferecer melhorias contínuas no desempenho e custo dos semicondutores que farão a promessa de tecnologias transformadoras como AI, 5G, IoT e veículos elétricos autônomos uma realidade nesta década. Kar e Yeonsoo Lee.

Such well-modulated policy interventions would preserve the benefits of scale and specialization in today’s global supply chain structure. This would ensure that the industry can extend its ability to deliver the continual improvements in semiconductor performance and cost that will make the promise of transformative technologies such as AI, 5G, IoT, and autonomous electric vehicles a reality in this decade.

This report would not have been possible without the contributions of our BCG colleagues Anoop Shah, Zhenyu Bo, Kaitlyn Alsup, Sohini Kar, and Yeonsoo Lee.