Februarja 2019, leto pred izbruhom, je SIA(Semiconductor Industry Association of America) objavila, da je bilo samo v letu 2018 prodano rekordno število žetonov "v več kot 1 bilijon". Po nedavnem poročilu v Wall Street Journalu so polprevodniki po surovi nafti, rafinanih naftnih proizvodih in avtomobilih četrti izdelek, s komer se trguje na svetu.
Temu je sledila izjava predsednika ZDA Joeja Bidena, ki čipe izrecno imenuje "infrastruktura", kar potrjuje, da ni nobenih nedvomnih dejstev, da so polprevodni čipi, ki so v visokem povpraševanju, nova skupna valuta. Njihova sposobnost izvajanja milijonov zapletenih operacij in njihova energetska učinkovitost so polprevodniki naredili ključno sestavino skoraj vsake industrije, ki je pognala svetovno gospodarstvo.
Danes ima pametni telefon veliko več računalniške moči kot računalnik, ki ga je NASA uporabljala, da je leta 1969 človeka postavila na Luno. Še več, skoraj vse nastajajoče tehnologije, kot so umetna inteligenca, računalništvo v oblaku, kvantno računalništvo, napredna brezžična omrežja, blockchain aplikacije, rudarjenje bitcoina, 5G, internet stvari, samovozeči avtomobili, brezpilotna letala, robotika, igre na srečo in nosivosti so pognane s temi diskretnimi tehnologijami. Toda zelo zapleteni polprevodniki. Po novem poročilu juniper Research bo samo število naprav veliko do konca leta 2021 doseglo 46 milijard. Vsako od teh naprav bo napajal polprevodnik.
Polprevodniki so kritični za visoko-računovodske aplikacije v elektroniki in proizvodnji, kmetijstvu, zdravstvu, infrastrukturi, zabavi, telekomunikacijah, prevozu, upravljanju z energijo, vojaških sistemih in letalstvu.
Steber več panog
Začnite z najpomembnejšim zdravstvenim varstvom - polprevodniki so sestavni del kliničnih diagnostičnih, terapevtskih in post-rehabilitacijskih intervencijskih aplikacij. Polprevodni aparati, kot so magnetna resonanca (MRI), srčni spodbujevalniki, merilniki krvnega tlaka, analizatorji krvnih plinov, brezžični monitorji bolnikov in ventilatorji vsak dan rešujejo življenja. Nekateri kirurški posegi se revolucionizirajo z uporabo robotskih kirurških sistemov, ki podpirajo čipe.
Samo za covidsko nego se preskusna oprema, monitorji kisika in skoraj vsi sistemi za podporo življenju zanašajo na polprevodniki. Poleg tega je medsežna distribucija cepiv, certificiranje na osnovi aplikacij, brezpilota, ki dostavljajo zdravila za podporo življenju, ki zagotavljajo stalan tok podatkov v vojno sobo COVID-19 -- vse se zanašajo na silicijske reže.
Napovedi tržnih raziskav kažejo, da bodo spletne brezžične zdravstvene naprave, 3D tiskanje nosilnih snovi in organov ter medicinski pripomočki, opremljeni s polprevodniki, ključni dejavniki za zagotavljanje zagotavljanja novih in ustvarjalnih pristopov zdravstvenega varstva v prihodnosti. Svetovni avtomobilski polprevodni trg je bil leta 2020 vreden 48,13 milijarde dolarjev in naj bi do leta 2026 dosegel 129,17 milijarde dolarjev.
Avtomobilski izdelovalci vključujejo avtomobilske električne sisteme, ki zahtevajo električne diode in regulatorje z vrhunsko zanesljivostjo. Avtomobilski polprevodniki z različnimi funkcijami se uporabljajo v različnih avtomobilskih izdelkih, kot so navigacijski nadzor, infotainmentni sistemi in sistemi za odkrivanje trkov. Sodoben povezani samohoduni avtomobil bi lahko brez težav imel več kot 3.000 žetonov z najnovejšimi tehnološkimi zmogljivostmi. V primerih, ko sedanja pandemija sili "vse na daljavo" -- bodisi za poslovanje, študij, zabavo ali komunikacijo s prijatelji in družino -- polprevodniki podpirajo tehnično infrastrukturo, ki je potrebna za vzdrževanje komunikacijskih omrežij, ne pa tradicionalnih fizičnih okolij.
Med to pandemijo so organizacije lahko nemoteno premikale svoje delovanje na spletu s pomočjo digitalnih, polvodničnih pogonskih naprav in tehnologij ter posameznikom omogočile varno in oddaljeno delo brez motenj. Ta digitalna preobrazba je odprla nov svet priložnosti za polprevodni
Vožnja na čipu
Nastajajoče tehnologije, zlasti internet stvari, umetna inteligenca, razširjena in razširjena realnost ter blockchain, se vse bolj izstopajo v različnih panogah. Ker te aplikacije pridobijo več pozornosti v celotnem spektru, se povečujejo potrebe po namenskih senzorjih, integriranih vezjih, izboljšanem pomnilniku in izboljšanih procesorjih.
Veliko pametnih mest po svetu se zavzema za dramatično izboljšanje mestnih storitev in kritične državljanske infrastrukture za svoje državljane. Da bi to storili, morajo skoraj vse vidike komunalne infrastrukture povezati z različnimi napravami, ki bodo po vrsti povezane s posamezniki. To medsebojno povezano infrastrukturo bodo napajali polprevodniki.
Mobilna omrežja pete generacije so zasnovana tako, da povezujejo skoraj vse in vse -- stroje, predmete in naprave; Zagotovite vrhovno hitrost podatkov; Doseči ultra nizko zamudo; Višja zanesljivost; velika omrežna zmogljivost; Višja uporabnost in bolj poenotena uporabniška izkušnja. V središču naslednje generacije tehnologije bodo najmočnejši polprevodni čipi z manjšimi točkami in večjo učinkovitostjo zagotovili kritično, hitro in visoko zmogljivo računanje.
Napredek v polprevodni tehnologiji
Ločnice med srednje - in srednje - do visokokakovostno integrirano vezje (IC) proizvodnje je 12/16 nm in 7 nm procesnih tehnologij. Uporabljajo se v aplikacijah, kot so centralne predelovalne enote, grafične predelovalne enote, umetna inteligenca in v izdelkih, kot so televizorji, klimatske naprave, avtomobili, hitri vlaki, sateliti, industrijski roboti, dvigala in droni.
Napredek v polprevodniški tehnologiji je videl uvedbo tehnologije 5 nm, ki je manjša in hitrejša od prejšnjih generacij žetonov.
Z IBM-om, ki je pred kratkim predstavil prvo tehnologijo izdelave čipov 2 nm na svetu (45% hitrejša in 75% bolj energijsko učinkovita od mainstream 7 nm čipov, ki se danes uporabljajo v številnih prenosnih računalnikih in mobilnih telefonih), si industrija v prihodnje ogleduje večjo zmogljivost in energetsko učinkovitost.
Kompleksna proizvodnja čipov
Sama proizvodnja čipov je zapleten proces, ki vključuje več odvisnosti držav/regij. Od oblikovanja čipov do nabave osnovnih surovin do proizvodnje, montaže, testiranja, pakiranja, shranjevanja in končne dostave polprevodcev, prilagojenih za različne industrije, lahko proces vključuje več kot 1.000 korakov in 70 nacionalnih mejnih točk. Trenutno je lastniško tehnologijo in sposobnost za izvršitev od Alpha do Omega odvisno od profesionalnih svetovnih voditeljev, kot so Intel, TSMC in Samsung, kot tudi številni drugi.
V sedanjem globalnem okviru Združene države s svojimi univerzami svetovnega razreda ter inženirsko nadarjenostjo in tržno inovativnim ekosistemom zagotavljajo večino intenzivnih raziskav in razvoja, kot so avtomatizacija elektronskega oblikovanja, temeljna intelektualna lastnina, oblikovanje čipov in napredna proizvodna oprema in kapitalske naložbe.
Regije, kot so Tajvan, Celinska Kitajska in Južna Koreja, so vodilne v proizvodnji waferjev, značilnosti, ki zahtevajo pomembne kapitalske naložbe, močno infrastrukturo in usposobljeno število ljudi. Tajvan je tudi vodilni v polprevodničnih funkcijah sestavljanja, pakiranja in testiranja, ki jim sledijo Kitajska in Malezija, ki sta manj spretni in kapitalski intenzivni.
Globalna kriza čipov
Kriza COVID-19 je povzročila veliko pomanjkanje žetonov po vsem svetu, odpiranje lukenj v svetovni verigi oskrbe s polprevodniki in tveganje številnih tehnologij in izdelkov, ki so kritični za naše vsakdanje življenje.
Glavni razlogi za to pomanjkanje vključujejo premajhne naložbe v zmogljivost žag v prejšnjih letih, motnje v dobavni verigi zaradi pandemije COVID-19, povečanje povpraševanja po novih tehnologijah, kot so umetna inteligenca in električna vozila, ter večje povpraševanje po delu od doma (WFH) izdelkov.
K tej suši na Tajvanu (nekatere od največjih in najnaprednejših visokotehnoloških likav na svetu se zanašajo na vodo intenzivne proizvodne procese za njihovo dodeljevanje vode) in naraščajočo geopolitično negotovost glede trgovine s Kitajsko.
Pot naprej
Dobra novica je, da več ustanoviteljev, vključno s TSMC, Intel in GXIC, vlaga milijarde dolarjev za nadgradnjo opreme in izgradnjo novih proizvodnih linij za zadostitev posuševanja povpraševanja in pomanjkanje ponudbe za "feature-rich" čipov.
TSMC je pred kratkim predstavil največjo naložbo v industriji doslej in v naslednjih treh letih dodelil 100 milijard dolarjev za povečanje zmogljivosti. Intel je obljubil 20 milijard dolarjev za dve strani v Arizoni in pravi, da bo letos dal dodatne naložbene zaveze. Južna Koreja Samsung Electronics je do leta 2030 za diverzifikacijo proizvodnje čipov na stran 116 milijard dolarjev naložb.
Indija tudi dokonča načrte za množično proizvodnjo polprevodnih čipov v okviru svojega programa "Make in India". Država ponuja več kot milijardo dolarjev gotovine vsakemu polprevodnišem podjetju, ki v državi utemelja proizvodno enoto. Lokalno izdelani čipi bodo določeni kot "zaupanja vredni viri" in se lahko uporabljajo v izdelkih, ki segajo od CCTV kamer do 5G opreme. Decembra je Indija povabila "izraze zanimanja" čipov o ustanovitvi proizvodnih enot v državi ali pridobivanju takih enot.
Gre za doseganje samozadostnosti v proizvodnji polprevodnikov, zagotavljanje boljšega nadzora nad varnostjo podatkov in preprečevanje, da bi države po vsem svetu imele za odkupnino določene člane obstoječe verige dobave polprevodnikov.
Jasno je, da polprevodniki spreminjajo pravila igre v našem sodobnem, hitro premikajočem se svetu. Jasno je, da se polprevodništev sooča z novimi izzivi. Bolj jasno je, da so vlade po vsem svetu zdaj v načinu kriznega upravljanja, v bližnji prihodnosti pa bodo polprevodniki v večini držav pridobili status "kritične infrastrukture".