Состояние рынка микроэлектроники с 1989 года по настоящее время

Состояние рынка микроэлектроники с 1989 года по настоящее время

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г.
РУБРИКА: МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

В 1971 г., по распоряжению министерства электронной промышленности СССР, ЦНИИ «Электроника» приступил к подготовке и изданию научно-технического бюллетеня «Экспресс-информация по зарубежной электронной технике». Это издание было ориентировано на широкий круг отраслевых специалистов и специалистов смежных отраслей, студентов и преподавателей профильных ВУЗов. Первоначально бюллетень издавался ежедневно по рабочим дням, с 1992 г. он стал выходить раз в неделю, а с августа 2016 г. (после объединения с научно-техническим сборником «Зарубежная электронная техника», издававшегося институтом с 1970 г.) – раз в две недели.

В выпуске 165/166 (5074/5075) научно-технического бюллетеня «Экспресс-информация по зарубежной электронной технике» от 27/28 августа 1990 г. была опубликована статья М.В. Гольцовой: «Прогноз развития микроэлектроники до 2000 г.» (рис. 1). В статье говорилось, что «… согласно данным фирмы Dataquest, к концу нынешнего столетия мировой объем продаж интегральных схем достигнет 197,5 млрд. долл., против 41,1 млрд. долл. в 1989 г. При этом на рынке по-прежнему будут доминировать кремниевые ИС, выполненные в основном по КМОП-технологии (возможно, БиКМОП). Арсенидгаллиевая технология чаще всего будет использоваться для изготовления специализированных ИС, Ожидается появление схем ДОЗУ емкостью 100 Мбит и микропроцессоров с производительностью 210 операций в 1 с. Темпы развития полупроводниковой техники будет определять спрос на изделия полупроводниковой промышленности для суперЭВМ (быстродействие которых благодаря параллельной работе процессоров достигнет нескольких миллиардов команд в секунду), АРМ (по производительности сопоставимых с современными суперЭВМ), промышленных/автомобильных систем и средств связи. Основными американскими поставщиками ИС на рынок, по-видимому, останутся фирмы Texas Instruments, Motorola, Intel и U.S.Memories, а крупнейшим изготовителем ИС для собственных нужд — фирма IBM.




Ожидается, что, как и прежде, будет справедлив закон Мура, согласно которому число транзисторов на кристалле каждые полтора-два года увеличивается в два раза благодаря непрерывному уменьшению ширины линий в ИС. В настоящее время освоено производство схем с 1,0-мкм топологическими нормами, имеются опытные образцы схем, изготовленных с 0,7—0,8-мкм нормами. В середине 90-х годов будет освоено производство ИС с шириной элементов 0,5 мкм, а к 2000-2010 гг. появятся схемы с шириной линии 0,1 мкм, что близко к предельным физическим возможностям кремниевой технологии». [1].


Оправдались ли прогнозы?

Для 2000 г. прогнозы были даже превышены. Однако, далее произошел 32%-ный спад мировых продаж, который стал наибольшим за всю 50-летнюю (на тот момент) историю полупроводниковой промышленности. По данным Ассоциации полупроводниковой промышленности США (SIA), мировые продажи полупроводниковых приборов в 2001 г. достигли всего 139 млрд. долл. (табл.1). Спад продаж в 2001 г. наблюдался и в натуральном выражении - около 21,3% по сравнению с 373,4 млрд. полупроводниковых приборов в 2000 г.

На первый взгляд, главный вклад в достижение дотоле невиданного спада рынка внесли крайне низкие продажные цены. Но это - на поверхности. Реально 2/3 спада 2001 г. пришлось на вялый спрос изготовителей конечных электронных систем на полупроводниковые приборы в натуральном выражении.

Значительное снижение продаж в натуральном выражении свидетельствовало о том, что проблема оказалась серьезнее, чем сочетание вялого совокупного спроса, избытка производственных мощностей и низких средних продажных цен. Важную роль в усугублении ситуации сыграло наличие огромного избытка товарно-материальных запасов (как у конечных потребителей, так и у поставщиков полупроводниковых приборов). Откуда все это взялось? Ко всему прочему лопнул пузырь доткомов — экономический пузырь, существовавший в период приблизительно с 1995 по 2001 год. Термином дотком (dotcom, dot-com) обозначались интернет-компании, бизнес и источники прибыли которых были сосредоточены в сети Интернет (название образовано от английского прочтения окончания «.com» электронных адресов таких компаний. Обанкротилось огромное количество интернет-стартапов. Даже те компании, бизнес которых был налажен, понесли огромные убытки. Соответственно, резко сократился спрос на средства связи и вычислительной техники, бывшие главными средствами их деятельности, а также на полупроводниковые приборы (включая ИС) для их изготовления [2]


Настоящее время и ближайшие перспективы

Говоря о современном состоянии и перспективах развития микроэлектроники стоит рассмотреть динамику рейтинга крупнейших изготовителей полупроводниковых приборов (табл. 2), структуру установленных производственных мощностей по технологиям и диаметру обрабатываемых пластин [3].

Таблица 2 была переработана и добавлена данными 2019 г., Данные по итогам 2020 г. автор предпочел рассмотреть отдельно.

По данным корпорации Gartner продажи полупроводниковых приборов в мире по итогам 2020 г. 449,8 млрд долл., что на 7,3% выше показателей 2019 г. В начале 2020 г. ожидалось, что пандемия СOVID-19 окажет воздействие на все рынки конечного использования полупроводниковых приборов, но реальность оказалась белее разнообразной. С одной стороны продажи полупроводниковых приборов для автомобильной и промышленной электроники, а также для части изделий потребительской электроники значительно сократились из-за уменьшения расходов в корпоративном и потребительском секторах. С другой стороны, расширение надомной работы и обучения существенно стимулировало спрос на некоторые типы ИС. Например, спрос на ИС для серверов со стороны потребителей гиперразмерных вычислений вырос в первом полугодии 2020 более чем на 65%. Также вырос спрос (корпоративный и потребительский) на ИС для ПК (центральные процессоры, ДОЗУ и флэш-память NAND-типа).

Крупнейшим поставщиком полупроводниковых приборов осталась корпорация Intel (продажи 70,244 млрд долл., прирост 3,7%, доля рынка 15%), за нею следуют Samsung Electronics (56,197 млрд долл., 7,7%, 12,5%) и SK Hynix (25,271 млрд. долл., 13,3%, 5,6%) [4].

В октябре 2021 г. корпорация IC Insights (Скоттсдэйл, шт. Аризона) выпустила обновление своего периодического издания The McClean Report, касающееся установленных мощностей по обработке пластин и их ожидаемой динамике на период 2021-2025 гг. Приводимые данные касаются как географической структуры производственных мощностей, так и их структуры с точки зрения проектных норм выпускаемых ИС. В материале отмечается, что в совокупности на КНР и Тайвань приходится около 37% мировых мощностей по производству ИС, что почти в 3 раза больше, чем в С. Америке (рис. 2) [5].




Ранее, в феврале 2021 г. IC Insights представила рейтинг производителей ИС по диаметру обрабатываемых пластин приводится на рисунке 3. В нем показана как доля каждой из 10 ведущих фирм в общем парке установленных мощностей, так и графическое изображение доли в суммарных мощностях 10 ведущих фирм.



Рисунок 3. Доля ведущих полупроводниковых фирм по установленным производственным мощностям в общем парке установленного оборудования в зависимости от диаметра обрабатываемых пластин


В число лидеров по всем трем диаметрам обрабатываемых пластин попала только одна корпорация – TSMC, крупнейший «чистый» кремниевый завод. У него самый большой парк установленных мощностей по обработке 200-мм пластин, а по мощностям для обработки 300-мм пластин он уступает только корпорации Samsung.

Среди крупнейших обладателей мощностей по обработке 300-мм пластин оказались крупнейшие поставщики схем памяти (ДОЗУ и флэш-памяти NAND-типа), такие как Samsung, Micron, SK Hynix и Kioxia/Western Digital. Также здесь четыре крупнейших «чистых» кремниевых завода: TSMC, GlobalFoundries, UMC и Powerchip (с учетом Nexchip). Кроме того, в этой десятке оказалась и корпорация Intel, крупнейший производитель микропроцессоров. Эти фирмы производят ИС, которые больше всего выигрывают от производства на пластинах самого большого диаметра, что обеспечивает существенное снижение удельных (на кристалл ИС) издержек производства. Кроме того, у этих фирм есть возможность осуществления крупных инвестиций в новые, более совершенные заводы по обработке 300-мм пластин (по все меньшим проектным нормам). К лидерам по парку установленного оборудования для обработки 200-мм пластин относятся «чистые» кремниевые заводы и производители, специализирующиеся в основном на аналоговых/цифро-аналоговых ИС и микроконтроллерах.

Обладатели наибольшего парка оборудования по обработке пластин диаметром 150 мм и менее представлены более диверсифицированной группой фирм. Первые два места занимают китайские производители - China Resources Microelectronics (CR Microelectronics) и Silan Microelectronics. Они в основном производят аналоговые/цифро-аналоговые ИС, мощные полупроводниковые приборы и дискретные полупроводниковые приборы.

Отмечается, что корпорация STMicrotlectronics, ранее обладавшая большим парком оборудования по обработке 150-мм пластин в производственном комплексе на территории Сингапура, в последние годы провела реструктуризацию производства. Один завод был переведен на производство микропотоковых MEMS (головки струйных принтеров, «лаборатории-на-кристалле»), а другие переоборудованы для обработки пластин диаметром 200 мм [6].

Говоря о ближайших перспективах стоит привести оценки SEMI и IC Insights. По данным SEMI, несмотря на продолжающуюся пандемию COVID-19 продажи полупроводниковых приборов в 2021 г. вырастут более чем на 20% и превысят 550 млрд долл. При этом рост продаж в 2020 г. составил 10,8%, а их объем - 464 млрд долл. В 2017, 2018 и 2019 годах прирост продаж составлял более 10%, но показатель более 20% будет достигнут впервые с 2010 г. При этом дефицит этих приборов, первоначально возникший в автомобильном секторе, распространяется по всем конечным рынкам и касается в основном зрелых технологий. Причина – распространение телемедицины, домашнего обучения и т.п. [7].

По данным IC Insights 2022 г. станет третьим годом подряд, когда темпы роста продаж ИC измеряются двузначными показателями. Это первым 3-летний период такого роста за последние 25 лет. В этом году продажи вырастут на 11% до 565,1 млрд долл., а в 2021 г. они впервые превысили уровень 500 млрд долл., достигнув 509,8 млрд долл. (+26%). Рост продаж в 2020 г. составил 13%.

Одна из причин - последствия пандемии COVID-19, стимулировавшей к переход цифровым операциям частных лиц, сфер бизнеса, производства и обучения, государственных ведомств. Также росту продаж (в стоимостном выражении) способствуют устойчивый спрос в сочетании с ростом средних отпускных цен из-за сбоев и дефицита в цепочках поставок ИС.

Ранее длительный (4-х летний) цикл роста был в 1992-1995 г. Рост на 26% в 2021 г. – 8-2 по величине годовой рост продаж ИС с 1978 г. Рост продаж в 28% наблюдался в 1980 г. и 2004 г., а в 335 - в 1994 г. и 2010 г. [8].

По данным SEMI общий объем продаж оборудования для заводов по обработке пластин в 2021 г. вырастет на ~23-38% и составит от 80 млрд до 90 млрд долл. Продажи полупроводниковых материалов увеличатся на 11% до нового рекорда в ~62 млрд долл. Это обусловлено тем, что в 2020-2024 гг. появится много новых заводов по обработке 200-мм и 300-мм пластин. По состоянию на сентябрь 2021 г. известно о планах создания 25 заводов по обработке 200-мм пластин до 2024 г. Из них 5 - в С. и Ю. Америке, 1 - в Европе/на Ближнем Востоке, 19 - в Азии (14 в КНР, 3 в Японии и 2 на Тайване). Ожидается, что общая мощность 200-мм производств с 2020 г. по 2024 г. вырастет на 18%.

Число заводов по обработке 300-мм пластин вырастет на 60: в С. и Ю. Америке - 6, в Европе/на Ближнем Востоке - 10, в Азии - 44 (15 в КНР, 5 в Японии, 8 в Ю. Корее, 1 в Сингапуре и 15 на Тайване). Общая мощность 300-мм производств вырастет на 48%.

Реализации этих планов могут помешать геополитические и иные проблемы [7].


1. М.В. Гольцова. «Прогноз развития микроэлектроники до 2000 г.». «Экспресс-информация по зарубежной электронной технике», выпуск 165/166 (5074/5075) от 27/28 августа 1990 г.

2. М.В. Макушин. «Состояние и прогноз продаж полупроводниковых приборов». «Экспресс-информация по зарубежной электронной технике», выпуск 7 (5876) от 15 февраля 2002 г

3. М.В. Макушин. «О современном состоянии мирового рынка электроники». «Зарубежная электронная техника», н-т сборник, №4 (490), 2015 г.

4. David Manners. Semi industry grew 7.3% in 2020. Electronics Weekly, 15th January 2021

https://www.electronicsweekly.com/news/business/semi-industry-grew-7-3-2020-2021-01/

5. М.В. Макушин. «Некоторые аспекты развития производственной базы микроэлектроники». «Экспресс-информация по зарубежной электронной технике», выпуск 21 (6745) от 28 октября 2021 г.

6. М.В. Макушин. «Состояние производственной базы микроэлектроники». «Экспресс-информация по зарубежной электронной технике», выпуск 5 (6729) от 11 марта 2021 г.

7. SEMI Market Forecast: “Remarkable” Growth. Semiconductor Digest, December 10, 2021

https://www.semiconductor-digest.com/semi-market-forecast-remarkable-growth/

8. David Manners. Three years of double digit gains. Electronics Weekly, 19th January 2022

https://www.electronicsweekly.com/news/business/787933-2022-01/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.