O crescente desafio da liderança de design de semicondutores

Semiconductors são onipresentes tecnologias de alimentação que variam de telefones celulares a a curiosidade e perseverança de Marte Rovers e economicamente importantes. Em 2021, as vendas mundiais de semicondutores totalizaram US $ 556 bilhões. Design de semicondutores - que inclui o design de circuitos integrados físicos e software associado - contas para aproximadamente metade de todo o investimento e valor de P&D do setor Add. ¹ 1 O valor agregado da indústria é o valor pelo qual o valor de um artigo aumenta em cada estágio de sua produção, excluindo os custos iniciais.

As empresas americanas tiveram um papel de liderança no design de semicondutores e, como resultado, os EUA se beneficiaram de um ciclo virtuoso de inovação, aprimorando sua capacidade de moldar padrões técnicos, fortalecer a segurança nacional, oferecer emprego de alta qualidade e gerar vantagem competitiva para fabricantes de equipamentos originais (OEMs) em indústrias adjacentes. (Veja a exposição.)

In recent years, however, the US’s share of design-related revenues has begun to show signs of a decline, dropping from over 50% in 2015 to 46% in 2020. ² 2 Os cálculos de receita de projeto são baseados em empresas de fabless e em parcela estimada da receita do fabricante de dispositivos integrados (IDM) atribuível ao design. Outras regiões, especialmente a Coréia do Sul e a China, estão vendo o crescimento local em suas capacidades de design. Nossa análise mostra que, na trajetória atual (ou seja, se os planejadores não tomarem ação), o compartilhamento dos EUA poderá cair para 36% até o final desta década, pois outras regiões capturam uma parcela maior de crescimento futuro. Rising. Hoje, o setor privado dos EUA investe mais em projetos de P&D do que qualquer setor privado de qualquer outra região, mas os governos de todo o mundo oferecem incentivos significativos para atrair design avançado, e os riscos dos EUA ficam para trás. Além disso, o nível relativo de apoio público à P&D nos EUA fica de outras regiões. A participação geral do design específico para semicondutores e P&D financiado pelo investimento público é de 13% nos EUA, em comparação com uma média de 30% na China continental, Europa, Taiwan, Japão e Coréia do Sul. Atravendo os investimentos públicos nos EUA em design e pesquisa e desenvolvimento com colegas internacionais - incluindo, por exemplo, incentivos diretos, como créditos tributários de design avançado e pesquisa e desenvolvimento nos EUA - ajudarão a garantir um nível de jogo para design nos EUA em relação a outras regiões.

Should the US aim to defend its leadership position in design and reap the associated downstream benefits of design leadership, it would need to address three challenges.

Challenge 1: Design and R&D investment needs are rising. As chips have grown more complex, development costs have risen, especially for chips made on leading-edge manufacturing nodes. Today, the US private sector invests more in design R&D than any other region’s private sector does, but governments around the world offer significant incentives to attract advanced design, and the US risks falling behind. In addition, the relative level of public support for R&D in the US lags that of other regions. The overall share of semiconductor-specific design and R&D funded by public investment is 13% in the US, compared to an average of 30% across mainland China, Europe, Taiwan, Japan, and South Korea. Bringing US public investment in design and R&D into line with international peers—including, for example, direct incentives such as tax credits for advanced design and R&D performed in the US—will help ensure a level playing field for design in the US relative to other regions.

Challenge 2: The supply of design talent is dwindling. Embora a maioria dos engenheiros de design de semicondutores do mundo hoje esteja nos EUA, a indústria de design de semicondutores dos EUA enfrenta uma escassez de trabalhadores qualificados e está no caminho certo para ver esse aumento de escassez para 23.000 designers em 2030, dado tendências no número de ciências, Tecnologia , Assim, Engenharia e graduados em matemática (STEM) e o número de engenheiros experientes que saem da indústria. Os setores públicos e privados devem trabalhar juntos para incentivar mais trabalhadores dos EUA a entrar no campo do design, bem como incentivar designers experientes a não deixar o campo ou o país. Além disso, o setor privado deve continuar aumentando a produtividade de sua força de trabalho, desenvolvendo e implantando novas ferramentas e priorizando a maior quantidade de P&D e design de valor de valor. Para os mercados globais, implicitamente colocando em risco o reinvestimento de P&D. Atividades relacionadas ao design, incluindo desenvolvimento de P&D e força de trabalho. Mas, para manter a liderança na próxima década, os EUA precisam de investimentos complementares do setor público, destinados a enfrentar os principais desafios dispostos acima para fortalecer a indústria doméstica de semicondutores e o país como um todo. Nossa análise sugere que cada dólar público investido em design e pesquisa e desenvolvimento induziria investimentos adicionais no setor privado em design e pesquisa e desenvolvimento, produzindo US $ 18 a US $ 24 em design relacionado ao design

Challenge 3: Open access to global markets is under pressure. Sales are the ultimate source of funding for investment in R&D, but tariffs, export restrictions, and other factors threaten US semiconductor players’ access to global markets, implicitly putting R&D reinvestment at risk. Secular trends may reverse some elements of globalization, but ensuring that markets remain as open as possible will benefit the US, which gains significantly from free trade and has the most to lose from proliferating restrictions.

The US private sector is likely to invest $400 billion to $500 billion over the next ten years in design-related activities, including R&D and workforce development. But to maintain leadership over the coming decade, the US needs complementary public-sector investments aimed at addressing the key challenges laid out above to strengthen both the domestic semiconductor industry and the country as a whole.

Further, the leverage provided by public-sector investments would be substantial. Our analysis suggests that each public dollar invested in design and R&D would induce additional private-sector investment in design and R&D, ultimately yielding $18 to $24 of design-related Vendas. ³ 3 Esses cálculos assumem que cada dólar público investiu em projeto e P&D induz um investimento adicional de US $ 2 a US $ 3 em investimentos em P&D do setor privado e que cada dólar incremental de P&D gera US $ 6 em vendas incrementais.

As a result, public investment in design and R&D of approximately $20 billion to $30 billion through 2030 (including a $15 billion to $20 billion design tax incentive) would yield incremental design-related sales of about $450 billion over ten years, while also supporting training and employment for about 23,000 design jobs and 130,000 indirect and induced jobs, and fortifying the US leadership position in semiconductor Design.