У лютому 2019 року, за рік до спалаху, Асоціація напівпровідникових промисловості Америки оголосила, що тільки в 2018 році було продано рекордну кількість фішок «понад 1 трлн». Згідно з недавнім звітом в Wall Street Journal, напівпровідники є четвертим найбільш торгуються продуктом у світі, після сирої нафти, нафтопродуктів і автомобілів.
Після цього заява президента США Джо Байдена прямо називає чіпи "інфраструктурою", підтверджуючи, що немає двозначності з приводу того, що напівпровідникові чіпи, які користуються високим попитом, є новою спільною валютою. Їх здатність виконувати мільйони складних операцій та їх енергоефективність зробили напівпровідники ключовою складовою практично кожної галузі, що є рушійною силою світової економіки.
Сьогодні смартфон має набагато більш обчислювальну потужність, ніж комп'ютер NASA, який NASA використовував для того, щоб поставити людину на Місяць в 1969 році. Більше того, майже всі нові технології, такі як ШТУЧНИЙ інтелект, хмарні обчислення, квантові обчислення, передові бездротові мережі, блокчейн-додатки, видобуток біткоїнів, 5G, Інтернет речей, самокеровані автомобілі, дрони, робототехніка, ігри та носимі, керуються цими дискретними технологіями. Але дуже складні напівпровідники. Згідно з новим звітом Juniper Research, тільки кількість пристроїв Iot досягне 46 мільярдів до кінця 2021 року. Кожен з цих пристроїв живиться від напівпровіднику.
Напівпровідники мають вирішальне значення для високо обчислювальних застосувань в електроніці та виробництві, сільському господарстві, охороні здоров'я, інфраструктурі, розвагах, телекомунікаціях, транспорті, енергоменеджменту, військових системах та аерокосмічній галузі.
Стовп декількох галузей промисловості
Почніть з найважливішої охорони здоров'я - напівпровідники є невід'ємною частиною клінічних діагностичних, терапевтичних та після реабілітаційних інтервенцій. Напівпровідникові пристрої, такі як магнітно-резонансна томографія (МРТ), кардіостимулятори, монітори артеріального тиску, аналізатори газів крові, бездротові монітори пацієнта та апарати ШВЛ щодня рятують життя. Деякі хірургічні процедури в даний час революції за допомогою роботизованих хірургічних систем, які підтримують чіпи.
Тільки для догляду за Covid тест-обладнання, кисневі монітори і майже всі системи life support покладаються на напівпровідники. Крім того, між країнами розповсюдження вакцин, сертифікація на основі додатків, дрони, що доставляють ліки life-support, забезпечуючи постійний потік даних у військову кімнату COVID-19 - всі покладаються на кремнієві пластини.
Прогнози дослідження ринку свідчать про те, що веб-інтегровані бездротові медичні пристрої, 3D-друк носимих матеріалів і органів, а також медичні вироби, оснащені напівпровідниками, будуть ключовими факторами для забезпечення доставки нових і творчих підходів до охорони здоров'я в майбутньому. Світовий ринок напівпровідникових автомобілів у 2020 році склав $48,13 млрд і, як очікується, досягне $129,17 млрд до 2026 року.
Автовиробники інтегрують автомобільні електричні системи, які вимагають силових діодів і регуляторів з високою надійністю. Автомобільні напівпровідники з різними функціями використовуються в різних автомобільних продуктах, таких як навігаційні елементи управління, інформаційно-розважальні системи та системи виявлення зіткнень. Сучасний підключений самокерний автомобіль може легко мати більше 3000 чіпів з новітніми технологічними можливостями. У ситуаціях, коли нинішня пандемія змушує «все дистанційно» - будь то для бізнесу, навчання, розваг або спілкування з друзями та родиною - напівпровідники підтримують технічну інфраструктуру, необхідну для підтримки комунікаційних мереж, а не традиційних фізичних середовищ.
Під час цієї пандемії організації змогли плавно перенести свою діяльність в онлайн за допомогою цифрових, напівпровідників керованих пристроїв і технологій і дозволити людям працювати безпечно і віддалено без перешкод. Ця цифрова трансформація відкрила новий світ можливостей для напівпровідникових галузей
Атракціони на чіпі
Нові технології, особливо Інтернет речей, штучний інтелект, доповнена і розширена реальність, блокчейн, стають все більш помітними в різних галузях промисловості. Оскільки ці програми привертають більше уваги по всьому спектру, потреба в спеціальних датчиках, інтеграх, поліпшеній пам'яті та розширених процесорах зростає.
Багато розумних міст по всьому світу прагнуть кардинально покращити міські послуги та критичну громадську інфраструктуру для своїх громадян. Для цього їм потрібно підключити практично всі аспекти муніципальної інфраструктури до різноманітних пристроїв, які в свою чергу будуть підключені до фізичних осіб. Ця взаємопов'язана інфраструктура буде живитися від напівпровідників.
Мобільні мережі п'ятого покоління призначені для підключення практично всіх і всього - машин, об'єктів і пристроїв; Забезпечити максимальну швидкість передачі даних; Досягти наднизької затримки; Вища надійність; Величезна пропускна здатність мережі; Більш висока зручність використання і більш уніфікований користувальницький досвід. В основі цієї технології наступного покоління йдеться про найсучасніші напівпровідникові мікросхеми з меншими вузлами та більшою ефективністю, що забезпечить критичні, швидкі та високопродуктивні обчислення.
Досягнення в напівпровідникових технологіях
Лінія поділу між середньою - і середньою - до виробництва високотехнологічної інтегральні схеми (IC) становить 12/16 нм і 7 нм технологічних технологій. Вони використовуються в таких додатках, як центральні процесори, графічні процесори, штучний інтелект і в таких продуктах, як телевізори, кондиціонери, автомобілі, швидкісні поїзди, супутники, промислові роботи, ліфти і дрони.
Досягнення в технології напівпровідникових бачили впровадження технології 5 нм, яка менша і швидша, ніж попередні покоління чіпів.
З IBM нещодавно впровадження першої в світі технології виробництва чіпів 2 нм (на 45% швидше і на 75% більш енергоефективним, ніж основні 7 нм чіпи, що використовуються в багатьох ноутбуках і мобільних телефонах сьогодні), галузь прагне розблокувати більш високу продуктивність і енергоефективність в майбутньому.
Комплексне виробництво чіпів
Саме виробництво чіпів є складним процесом, що включає в себе кілька залежностей країни / регіону. Від проектування чіпів до закупівлі основної сировини до виготовлення, складання, тестування, пакування, зберігання та остаточної доставки напівпровідників, налаштованих для різних галузей промисловості, процес може включати понад 1000 кроків та 70 національних прикордонних пунктів. В даний час фірмова технологія і здатність виконувати від Альфа до Омега залежить від професійних світових лідерів, таких як Intel, TSMC і Samsung, а також ряду інших.
У сучасному глобальному контексті США, зі своїми університетами світового рівня та інженерними талантами та інноваційною екосистемою, орієнтованою на ринок, забезпечують більшість інтенсивних R&D заходів, таких як автоматизація електронного проектування, основна інтелектуальна власність, дизайн чіпів, а також сучасне виробниче обладнання та капітальні інвестиції.
Такі регіони, як Тайвань, Материковий Китай і Південна Корея, лідирують у виробництві вафель, особливостей, які вимагають значних капітальних інвестицій, сильної інфраструктури та кваліфікованої робочої сили. Тайвань також є лідером у складанні напівпровідникових, пакувальних та тестових функціях, за якими слідують Китай та Малайзія, які мають меншу майстерність та капіталомісткі.
Глобальна криза чіпів
Криза COVID-19 призвела до широкого дефіциту чіпів по всьому світу, відкривши дірки в глобальному ланцюжку поставок напівпровідників і поставивши під загрозу багато технологій і продуктів, критично важливих для нашого повсякденного життя.
Основними причинами такого дефіциту є недоінвестування в потужності вафель у попередні роки, перебої в ланцюжку поставок через пандемію COVID-19, зростання попиту на нові технології, такі як штучний інтелект та електромобілі, а також збільшення попиту на роботу з дому (WFH) продукції.
Додайте до цієї посухи Тайвань (деякі з найбільших і передових високотехнологічних ливачок у світі покладаються на водоємні виробничі процеси для їх розподілу води) і зростаючу геополітичну невизначеність щодо торгівлі з Китаєм.
Шлях вперед
Доброю новиною є те, що кілька засновників, включаючи TSMC, Intel і GXIC, інвестують мільярди доларів для модернізації обладнання та створення нових виробничих ліній для задоволення різкого дефіциту попиту та пропозиції для «багатої на функції» мікросхеми.
Нещодавно TSMC представила найбільші в історії галузі інвестиції, вивчаючи 100 млрд доларів протягом наступних трьох років для збільшення потужностей. Intel пообіцяла $ 20 млрд для двох сайтів в Арізоні і каже, що буде робити подальші інвестиційні зобов'язання в цьому році. Південнокорейська компанія Samsung Electronics виклала $116 млрд інвестицій до 2030 року для диверсифікації виробництва чіпів.
Індія також фіналізує плани масового виробництва напівпровідникових мікросхем в рамках своєї програми «Make in India». Країна пропонує більше $ 1 млрд готівкою для кожної напівпровідникова компанія, яка створює виробничий підрозділ в країні. Локальні чіпи будуть позначені як «надійні джерела» і можуть використовуватися в продуктах, починаючи від камер відеоспостереження до обладнання 5G. У грудні Індія запросила «вирази інтересу» від чіпмейкерів щодо створення виробничих підрозділів в країні або придбання таких агрегатів.
Вся справа в досягненні самодостатності в напівпровідникових виробництвах, забезпеченні кращого контролю над безпекою даних і запобіганні тому, щоб країни по всьому світу утримувалися для викупу конкретними членами існуючого ланцюга поставок напівпровідникових.
Зрозуміло, що напівпровідники змінюють правила гри в нашому сучасному, швидкопливу світі. Очевидно, що напівпровідникна промисловість стикається з новими викликами. Щоб було більш зрозуміло, уряди по всьому світу зараз знаходяться в режимі врегулювання криз, і найближчим часом напівпровідники отримають статус «критичної інфраструктури» в більшості країн.