Vo februári 2019, rok pred vypuknutím epidémie, SIA (Semiconductor Industry Association of America) oznámila, že len v roku 2018 sa predal rekordný počet čipov "viac ako 1 bilión". Podľa nedávnej správy v Denníku Wall Street Journal sú polovodiče štvrtým najobchodovanejším produktom na svete po rope, rafinovaných ropných produktoch a automobiloch.
Po ňom nasledovalo vyhlásenie amerického prezidenta Joea Bidena, ktoré explicitne nazval čipy "infraštruktúrou", čo potvrdzuje, že neexistuje žiadna nejednoznačnosť o tom, že polovodičové čipy, ktoré sú veľmi žiadané, sú novou spoločnou menou. Ich schopnosť vykonávať milióny zložitých operácií a ich energetická účinnosť urobili z polovodičov kľúčovú súčasť takmer každého priemyslu, čo poháňa globálnu ekonomiku.
Dnes má smartfón oveľa väčší výpočtový výkon ako počítač NASA, ktorý nasa použila na to, aby v roku 1969 umiestnila človeka na Mesiac. A čo viac, takmer všetky vznikajúce technológie, ako je umelá inteligencia, cloud computing, kvantová výpočtová technika, pokročilé bezdrôtové siete, blockchain aplikácie, ťažba Bitcoinu, 5G, internet vecí, autonómne autá, drony, robotika, hranie hier a nositeľné zariadenia sú poháňané týmito diskrétnymi technológiami. Ale veľmi zložité polovodiče. Podľa novej správy spoločnosti Juniper Research dosiahne počet Iot zariadení do konca roka 2021 46 miliárd. Každé z týchto zariadení bude napájané polovodičom.
Polovodiče sú rozhodujúce pre vysokopostavené aplikácie v elektronike a výrobe, poľnohospodárstve, zdravotnej starostlivosti, infraštruktúre, zábave, telekomunikáciách, doprave, energetickom manažmente, vojenských systémoch a leteckom priemysle.
Pilier viacerých priemyselných odvetví
Začnite s najdôležitejšou zdravotnou starostlivosťou - polovodiče sú neoddeliteľnou súčasťou klinických diagnostických, terapeutických a posthabilitačných intervenčných aplikácií. Polovodičové zariadenia, ako sú prístroje na zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI), kardiostimulátory, monitory krvného tlaku, analyzátory krvného plynu, bezdrôtové monitory pacientov a ventilátory, zachraňujú životy každý deň. Niektoré chirurgické zákroky sú revolúciou pomocou robotických chirurgických systémov, ktoré podporujú čipy.
Len pre covidovú starostlivosť sa testovacie zariadenia, monitory kyslíka a takmer všetky systémy na podporu života spoliehajú na polovodiče. Okrem toho, distribúcia vakcín medzi 13ami, certifikácia založená na aplikáciách, drony poskytujúce lieky na podporu života, ktoré poskytujú stály tok údajov do vojnovej miestnosti proti ochoreniu COVID-19 – to všetko sa spolieha na kremíkové doštičky.
Prognózy prieskumu trhu naznačujú, že webové integrované bezdrôtové zdravotnícke zariadenia, 3D tlač nositeľných zariadení a orgánov a zdravotnícke pomôcky vybavené polovodičmi budú kľúčovými faktormi na zabezpečenie poskytovania nových a kreatívnych prístupov v oblasti zdravotnej starostlivosti v budúcnosti. Globálny trh s automobilovými polovodičmi mal v roku 2020 hodnotu 48,13 miliardy dolárov a očakáva sa, že do roku 2026 dosiahne 129,17 miliardy dolárov.
Výrobcovia automobilov integrujú automobilové elektrické systémy, ktoré vyžadujú elektrické diódy a regulátory s vynikajúcou spoľahlivosťou. Automobilové polovodičové ics s rôznymi funkciami sa používajú v rôznych automobilových výrobkoch, ako sú navigačné ovládacie prvky, systémy infotainmentu a systémy detekcie kolízií. Moderné prepojené samoriadiace auto by mohlo mať ľahko viac ako 3 000 čipov s najnovšími technologickými schopnosťami. V situáciách, keď súčasná pandémia núti "všetko na diaľku" - či už pre podnikanie, štúdium, zábavu alebo komunikáciu s priateľmi a rodinou - polovodiče podporujú technickú infraštruktúru potrebnú na údržbu komunikačných sietí, a nie tradičné fyzické prostredie.
Počas tejto pandémie boli organizácie schopné plynulo presúvať svoje operácie online pomocou digitálnych, polovodičových zariadení a technológií a umožniť jednotlivcom pracovať bezpečne a na diaľku bez rušenia. Táto digitálna transformácia otvorila nový svet príležitostí pre polovodičový priemysel
Jazdy na čipe
Vznikajúce technológie, najmä internet vecí, umelá inteligencia, rozšírená a rozšírená realita a blockchain, sú čoraz významnejšie v rôznych odvetviach. Keďže tieto aplikácie získavajú väčšiu pozornosť v celom spektre, potreba špecializovaných senzorov, integrovaných obvodov, vylepšenej pamäte a vylepšených procesorov sa zvyšuje.
Mnohé inteligentné mestá na celom svete sa zaviazali dramaticky zlepšiť mestské služby a kritickú občiansku infraštruktúru pre svojich občanov. Na tento druh musia pripojiť takmer všetky aspekty komunálnej infraštruktúry k rôznym zariadeniam, ktoré budú následne spojené s jednotlivcami. Táto prepojená infraštruktúra bude poháňaná polovodičmi.
Mobilné siete piatej generácie sú navrhnuté tak, aby spájali takmer každého a všetko - stroje, objekty a zariadenia; poskytnúť maximálnu rýchlosť údajov; Dosiahnuť ultra nízke oneskorenie; Vyššia spoľahlivosť; obrovská kapacita siete; Vyššia použiteľnosť a jednotnejšia používateľská skúsenosť. V srdci tejto ďalšej generácie technológie poskytnú špičkové polovodičové čipy s menšími uzlami a vyššou účinnosťou kritickú, rýchlu a vysokovýkonnú výpočtovú techniku.
Pokroky v polovodičovej technológii
Deliaca čiara medzi strednou a strednou - a high-end výrobou integrovaného obvodu (IC) je 12/16 nm a 7 nm procesné technológie. Používajú sa v aplikáciách, ako sú centrálne spracovateľské jednotky, grafické procesory, umelá inteligencia a vo výrobkoch, ako sú televízory, klimatizačné zariadenia, automobily, vysokorýchlostné vlaky, satelity, priemyselné roboty, výťahy a drony.
Pokroky v polovodičovej technológii zaznamenali zavedenie technológie 5 nm, ktorá je menšia a rýchlejšia ako predchádzajúce generácie čipov.
Keďže IBM nedávno predstavila prvú 2 nm technológiu výroby čipov na svete (o 45% rýchlejšiu a o 75% energeticky efektívnejšiu ako bežné 7 nm čipy používané v mnohých notebookoch a mobilných telefónoch dnes), priemysel sa snaží v budúcnosti odomknúť vyšší výkon a energetickú účinnosť.
Komplexná výroba čipov
Samotná výroba čipov je zložitý proces zahŕňajúci viaceré závislosti medzi krajinou a regiónom. Od návrhu čipov až po obstarávanie základných surovín až po výrobu, montáž, testovanie, balenie, skladovanie a konečnú dodávku polovodičov prispôsobených rôznym priemyselným odvetviam, proces môže zahŕňať viac ako 1 000 krokov a 70 vnútroštátnych hraničných bodov. V súčasnosti proprietárna technológia a schopnosť vykonávať z Alfy na Omega závisí od profesionálnych globálnych lídrov, ako sú Intel, TSMC a Samsung, ako aj od mnohých ďalších.
V súčasnom globálnom kontexte spojené štáty so svojimi špičkovými univerzitami a inžinierskymi talentmi a trhovým inovačným ekosystémom poskytujú väčšinu aktivít náročných na výskum a vývoj, ako je automatizácia elektronického dizajnu, základné duševné vlastníctvo, dizajn čipov a pokročilé výrobné zariadenia a kapitálové investície.
Regióny ako Taiwan, Pevninská Čína a Južná Kórea sú lídrami vo výrobe doštičiek, ktoré si vyžadujú značné kapitálové investície, silnú infraštruktúru a kvalifikovanú pracovnú silu. Taiwan je tiež lídrom v oblasti montáže polovodičov, baliacich a testovacích funkcií, po ktorých nasleduje Čína a Malajzia, ktoré sú menej náročné na zručnosti a kapitál.
Globálna kríza čipov
Kríza spôsobená ochorením COVID-19 viedla k rozsiahlemu nedostatku čipov na celom svete, otvorila diery v globálnom dodávateľskom reťazci polovodičov a ohrozila mnohé technológie a produkty, ktoré sú rozhodujúce pre náš každodenný život.
Medzi hlavné dôvody tohto nedostatku patria nedostatočné investície do kapacity doštičiek v predchádzajúcich rokoch, prerušenie dodávateľského reťazca v dôsledku pandémie COVID-19, rastúci dopyt po nových technológiách, ako je umelá inteligencia a elektrické vozidlá, a zvýšený dopyt po práci z domu (WFH).
Pridajte k suchu na Taiwane (niektoré z najväčších a najpokročilejších high-tech zlieeľov na svete sa spoliehajú na výrobné procesy náročné na vodu pri prideľovaní vody) a rastúcu geopolitickú neistotu v súvislosti s obchodom s Čínou.
Cesta vpred
Dobrou správou je, že niekoľko zakladateľov, vrátane TSMC, Intel a GXIC, investuje miliardy dolárov na modernizáciu zariadení a vybudovanie nových výrobných liniek, aby uspokojili rastúci dopyt a nedostatok ponuky čipov bohatých na funkcie.
TSMC nedávno predstavila najväčšiu investíciu v tomto odvetví a vyčlenila 100 miliárd dolárov v nasledujúcich troch rokoch na zvýšenie kapacity. Intel prisľúbil 20 miliárd dolárov na dve lokality v Arizone a uviedol, že v tomto roku prijme ďalšie investičné záväzky. Juhokórejská spoločnosť Samsung Electronics vyčlenila do roku 2030 investície vo výške 116 miliárd dolárov na diverzifikáciu výroby čipov.
India tiež dokončuje plány na masovú výrobu polovodičových čipov v rámci svojho programu "Make in India". Krajina ponúka viac ako 1 miliardu dolárov v hotovosti každej polovodičovej spoločnosti, ktorá zriaďuje výrobnú jednotku v krajine. Lokálne vyrobené čipy budú označené ako "dôveryhodné zdroje" a môžu byť použité v produktoch od CCTV kamier až po zariadenia 5G. V decembri India pozvala "vyjadrenie záujmu" výrobcov čipov o zriadenie výrobných jednotiek v krajine alebo o získanie takýchto jednotiek.
Je to všetko o dosiahnutí sebestačnosti vo výrobe polovodičov, zabezpečení lepšej kontroly nad bezpečnosťou údajov a zabránení tomu, aby krajiny na celom svete boli držané na výkupné konkrétnymi členmi existujúceho dodávateľského reťazca polovodičov.
Je jasné, že polovodiče menia pravidlá hry v našom modernom, rýchlo sa pohybujúcom svete. Je zrejmé, že polovodičový priemysel čelí novým výzvam. Aby bolo jasnejšie, vlády na celom svete sú teraz v režime krízového riadenia a v blízkej budúcnosti polovodiče získajú status "kritickej infraštruktúry" vo väčšine krajín.