Материалы Симпозиума SEMI по стратегии развития полупроводниковой промышленности ISS‑2019

Материалы Симпозиума SEMI по стратегии развития полупроводниковой промышленности ISS‑2019

Выпуск 3(6677) от 07 февраля 2019 г.
РУБРИКА: БИЗНЕС

В г. Халф-Мун-Бэй (шт. Калифорния, США) с 6 по 9 января 2019 г. проходил очередной ежегодный Симпозиум по стратегии развития полупроводниковой промышленности (Industry Strategy Symposium, ISS‑2019), организованный Международной организацией поставщиков материалов и оборудования для полупроводниковой промышленности (SEMI). В нем приняли участие более 300 топ-менеджеров (С-level executive) крупнейших фирм полупроводниковой и смежных отраслей промышленности. Рабочий девиз симпозиума – ​«Золотой век полупроводниковых приборов: обеспечение возможности следующей промышленной революции». Были рассмотрены вопросы рыночных и технологических возможностей отрасли, инвестиций, развития трудовых ресурсов, Четвертой промышленной революции, американо-китайских отношений.

За последние 30–35 лет полупровод-никовая промышленность претерпела ряд изменений, обусловленных циклами роста и спада продаж, консолидацией производственной базы, появлением и «схлопыванием» пузырей в секторе конечных систем и применений (например, «доткомовский» пузырь начала 2000-х гг.), развитием экономики КНР. В настоящее время традиционные для отрасли движущие факторы, такие как ПК, Интернет и мобильные системы, дополняются и замещаются искусственным интеллектом, различными прорывными автономными приложениями. Благодаря этому усиливаются связи внутри окружающей человека среды, расширяется использование полупроводниковых (кремниевых) технологий. Мир стоит на пороге новой эры, когда применение микроэлектроники становится повсеместным и даже обыденным.

Революционный потенциал когнитивного обучения, автономных транспортных средств, блокчейна, криптовалют и других технологических достижений еще не полностью реализован и интегрирован в повседневную жизнь. Когда это произойдет, настанет «золотой век полупроводниковых приборов»: новые перспективные факторы роста потребуют новых архитектур, логики, памяти, специализированных технологий. А стабильный долговременный рост, простимулированный этим спросом, в свою очередь, будет привлекать устойчивые потоки инвестиций и доходов, обеспечивающие дальнейшее развитие микроэлектроники [1].


ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ТЕНДЕНЦИИ

На ISS‑2019 рассматривались макроэкономические тенденции и подробные отраслевые прогнозы. Один из основных факторов развития мировой экономики – ​борьба США и КНР за технологическое лидерство. По оценкам, к 2050 г. Индо-Тихоокеанский регион станет мировым центром экономической мощи, что повысит потенциальный риск конфликтов и нестабильности. При этом разрыв между США с одной стороны и КНР, Индией и Россией с другой – ​сокращается. Прежнее стратегическое сотрудничество между США и КНР превращается в стратегическую конкуренцию.

Специалисты полагают, что мировая экономика прошла пик текущего цикла экономического роста в 2018 г. и рост мирового ВВП постепенно замедляется до уровня в 2,7%. Возникшая глобальная экономическая неопределенность находится на рекордно высоком уровне. Это негативно сказывается на инвестициях и экономическом росте, однако глубокой рецессии не ожидается [2].

Новые факторы роста спроса представлены в основном решениями системного и подсистемного уровня, а не уровня ИС как компонентов. Действительно, на рубеже третьего тысячелетия некоторые поставщики полупроводниковых приборов пережили серьезный спад продаж из-за того, что не сумели достаточно быстро перейти от бизнес-модели специализированных ИС (ASIC) к бизнес-модели стандартизированных специализированных приборов (ASSP). В настоящее время современные и перспективные многокристальные модули, сочетающие разнородные (гетерогенные) функции в одном корпусе, становятся основными средствами обеспечения следующего большого шага к развитию специализированных решений и решений системного уровня [3].

Один из отличительных моментов текущего этапа развития полупроводниковой промышленности – ​его необычная длительность (12–14 лет) по сравнению с ранее наблюдавшейся (8–10 лет). При этом коэффициент использования производственных мощностей высок как никогда, а рост процентных ставок по краткосрочным кредитам может способствовать замедлению роста экономики в целом (рис. 1) [4].



Источник: Hilltop Economics

Рисунок 1. Типичный цикл развития полупроводниковой промышленности 8–10 лет (текущий цикл –12–14 лет)


ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕНДЕНЦИИ

Фактор 3D

Эпоха 3D-масштабирования оказывает влияние и на то, какие материалы используются заводами по обработке пластин. Сегодня на пластины приходится около 50% стоимости материалов, применяемых при производстве ИС. Для того чтобы стимулировать рост инвестиций в мощности кремниевых заводов и увеличение их производительности, цены на кремниевые пластины должны вырасти.

Помимо этого существует множество других факторов технологического развития на макроуровне (рис. 2).



Источник: Linx Consulting

Рисунок 2. Факторы технологического развития на макроуровне

* FO WLP (fan-out wafer-level package) – корпусирование на уровне пластины с разветвлением, один из видов компромисса между корпусированием на уровне кристалла и корпусированием на уровне пластины. Полупроводниковая пластина режется на кристаллы и отдельные кристаллы ИС встраиваются в новую «искусственную» пластину. В полученной встраиваемой структуре между отдельными кристаллами образуется достаточно места, что позволяет формировать разветвленный слой перераспределения. Уникальное свойство FO WLP заключается в том, что в одном WLP можно интегрировать более одного кристалла – за счет этажирования.

** CoWos (chip on wafer on substrate) – «кристалл-на-пластине-на-подложке», технология сборки 2,5–3-мерных ИС фирмы TSMC.


Искусственный интеллект, большие данные, аналитика…

Развитие Четвертой промышленной революции и расширение рынков средств вычислительной техники способствуют стремительному росту объема формируемых данных. Ключевые факторы роста – ​Интернет вещей, искусственный интеллект и автономные транспортные средства. На сегодня сбор данных на различных предприятиях ежедневно осуществляют 5 млрд точек. Основная задача специалистов – ​превратить огромный объем этих данных в ценную информацию. Потребители требуют непрерывного совершенствования используемых приложений, и проблема заключается в том, сможет ли микроэлектроника как отрасль промышленности развиваться темпами, удовлетворяющими эти ожидания. Ключевые факторы в этом плане – ​разветвленная цепочка поставок, инновации в области оборудования и материалов, привлечение лучших специалистов, включая выпускников учебных заведений.

Предполагается, что реализация потенциала ИИ позволит сгенерировать в 2025 г. прибыль на уровне 5 трлн долл. Основными инструментами генерации этой прибыли станут собственно ИИ, Интернет вещей, сети и системы 5G. При этом рыночный спрос смещается от потребителей к коммерческим приложениям, что способствует увеличению уровня прибыли на инвестированный капитал. Факторами развития рынка полупроводниковых приборов становятся дополненная (augmented) аналитика, цифровые двойники, ИИ, автономные объекты, блокчейн, интеллектуальные пространства и квантовые вычисления.

Лучшие практики интеллектуального производства показывают, что подход на основе больших данных все чаще заменяется подходом, использующим данные, структурированные по результатам деятельности конкретного предприятия, которые определяют, какой тип аналитики использовать – ​облачную или краевую (т. е. на основе краевых вычислений). Производительность полупроводниковых предприятий, обусловленная цифровизацией, в ближайшие 10 лет будет расти быстрее, чем в предшествующие 50 лет. Это обусловлено тем, что происходит взаимное слияние (конвергенция) информационных и эксплуатационных технологий, благодаря чему ускоряется процесс оптимизации полупроводниковых заводов и сетей поставок [2, 3].

Отмечается, что для поддержания роста производительности полупровод-никовых предприятий большое значение имеют большие данные и аналитика (рис. 3). Во всем мире растет численность среднего класса, представляющего собой крупный рынок для малых и средних объемов персонализированных продуктов, создание которых требует гибких производственных условий. Соответственно, для того чтобы облегчить модификацию производственных условий, сделать ее более эффективной, требуется большее число стандартов и бЧльшая степень их взаимосовместимости. Кроме того, необходимо структурировать анализ больших данных, сделать его более масштабируемым и эффективным при создании ценности бизнеса.



Источник: Rockwell Automation

Рисунок 3. Масштабируемая аналитика


Для улучшения производительности предприятия при помощи искусственного интеллекта можно создать цифрового двойника. Но при таком подходе приглашенным специалистам понадобится поддержка топ-менеджмента фирмы, а также правильно структурированные данные [2, 3].

Отмечается, что в целях сохранения конкурентоспособности и выживания производителям полупроводниковых приборов в предстоящее десятилетие придется переосмыслить свои подходы к разработкам, производству и бизнесу в целом, чтобы максимально эффективно осуществить собственную цифровую трансформацию. Ключ к цифровой трансформации – ​способность предвидения на основе ИИ и машинного обучения, обеспеченная процессами консолидации данных, автоматизации и моделирования. Однако самая большая проблема связана с изменением корпоративной культуры, философии и планирования организационного процесса [4].

Революционный потенциал когнитивного обучения, естественного языка, автономных транспортных средств, блокчейна, криптовалют и других технологических достижений еще не полностью реализован и интегрирован в повседневную жизнь человечества. Когда это произойдет, настанет «золотой век полупроводниковых приборов», где для реализации новых перспективных факторов роста потребуются новые архитектуры, логика, память, специализированные технологии. Высокий спрос будет способствовать стабильному долговременному росту, который, в свою очередь, обусловит устойчивые потоки инвестиций и доходов, обеспечивающих дальнейшее развитие микроэлектроники [1].


5G и Интернет вещей

Относительно сетей и средств 5G ожидается, что этап начального освоения на рубеже 2024 г. сменится этапом массового развертывания. Число 5G-подключений достигло точки перегиба, и основное внимание сейчас переносится с конкретных (физических) потребителей на различные сферы промышленности и услуг, включая разнонаправленный опыт в таких областях, как виртуальная и дополненная реальности, управление автономными средствами и облачная робототехника. Сети и средства 4G и 5G будут сосуществовать, что окажет намного большее воздействие на людей и различные сферы предпринимательства [2, 3].

Среди проблем развертывания сетей и средств 5G и их взаимодействия с сетями 4G отраслевые специалисты называют следующее:

многие современные и перспективные приложения будут требовать существенно меньшего времени ожидания и более высокой пропускной способности сетей и средств 5G (в целях обеспечения практической ценности);

работа на более высоких частотах 5G потребует использования при изготовлении полупроводниковых приборов новых материалов и новых методов метрологии и тестирования (для обеспечения высокой удельной производительности в пересчете на ватт);

требования к надежности продуктов и систем 5G будут существенно выше;

системы 4G и 5G могут интегрироваться (см. таблицу) [4].

Относительно общих тенденций развития Интернета вещей указывается, что в рамках сбора данных для персонализации функциональности речь идет о дифференциации различных продуктов, но не с точки зрения спецификаций, а с точки зрения опыта клиента. Объединение данных приборов с машинным обучением поможет создать продукт, способный адаптироваться к меняющимся потребностям клиентов, что устраняет необходимость разработки отдельных блоков для конкретных случаев [2].


Таблица

Основные различия между 4G и 5G

Параметры

4G

5G

Эволюция сетевой парадигмы

Подключение к Интернету

Один сетевой слой для всех пользователей + ОТТ*

Тарифы на основе трафика

Ежегодное обновление ПО

Платформа, управляемая как потребителями, так и бизнес-потребностями

Индивидуальные сетевые слои («сетевая нарезка»)

Новые бизнес-модели

Непрерывное обновление ПО

Диапазоны спектра

Нижний диапазон (600–900 МГц)

Средний диапазон I (1–2,6 ГГц)

Средний диапазон II (3,5–6 ГГц)

ВЧ-диапазон (24–40 ГГц)

Переформирование вышеуказанных диапазонов

Новые сценарии построения сети

Общенациональное покрытие 4G в дополнение к 2G и 3G

Интегрированные сети 4G и 5G

Зоны 5G для новых диапазонов

Малые соты критичны для всех ВЧ-приложений

* OTT (over the top) – ​метод предоставления видеоуслуг через Интернет, часть технологии IPTV. Означает доставку видеосигнала от провайдера контента на устройство пользователя (приставку, компьютер, мобильный телефон) по сетям передачи данных, часто без прямого контакта с оператором связи, в отличие от традиционных услуг IPTV, которые предоставляются, как правило, только через управляемую самим оператором сеть с гарантированным качеством обслуживания (QoS/QoE).


СОВМЕСТНЫЕ РАБОТЫ

Во время проведения ISS‑2019 SEMI и Межуниверситетский центр микроэлектроники (IMEC, г. Лёвен, Бельгия) договорились об объединении усилий в области разработки международных стандартов и гармонизации ранее сформированных по отдельности маршрутных карт развития ряда перспективных технологий. Кроме того, партнеры будут углублять и расширять ранее созданные SEMI пять вертикальных прикладных платформ, в том числе «Интеллектуальные транспортные средства», «Интеллектуальная медицинская техника» и «Интеллектуальные данные». В соответствии с «Меморандумом о взаимопонимании» две отраслевые организации поставили перед собой задачу объединить ведущих производителей с целью ускорения развертывания передовых технологий, включая Интернет вещей, искусственный интеллект и машинное обучение, предоставляющие новые возможности в области здравоохранения, автомобилестроения и производства полупроводниковых приборов. Одна из целей SEMI и IMEC, помимо прочего, – ​сокращение сроков вывода на рынок новой продукции, считая от начала разработки соответствующих технологий.

Вклад SEMI в совместные работы – ​подробная информация относительно цепочки поставок мирового производства электроники, чей объем конечной продукции приближается к 2 трлн долл., опыт организации консорциумов и совместных групп по разработке перспективных технологий и методик, а также опыт организации отраслевого и межотраслевого взаимодействия. IMEC, со своей стороны, предоставляет опыт и результаты обширных многолетних НИОКР и инноваций в области наноэлектроники и цифровых технологий.

По условиям «Меморандума о взаимопонимании» SEMI и IMEC будут создавать аналитические центры и расширять платформу стандартов SEMI на технологии, отличные от КМОП, выявлять и заполнять пробелы в маршрутных картах развития перспективных технологий, а также совместно заниматься развитием трудовых ресурсов в области микроэлектроники и электроники в Европе [5].

 

1. Industry Strategy Symposium – ​ISS2019. SEMI, December 2018: http://www1.semi.org/en/node/135076 

2. SEMI ISS2019: Enabling the Next Industrial Revolution. Solid State Technology. The Pulse, January 9, 2019: https://electroiq.com/2019/01/semi-iss‑2019-enabling-the-next-industrial-revolution

3. Dieseldorff Christian G. Despite Uncertainty, Long-Term Semiconductor Market Outlook Remains Bright. Solid State Technology. Display Digest, January 17, 2019: https://electroiq.com/2019/01/despite-uncertainty-long-term-semiconductor-market-outlook-remains-bright/ 

4. Reiter Herb. ISS2019: Semiconductor Industry Faces New Challenges and Opportunities. 3DInCites, January 15, 2019: https://www.3dincites.com/2019/01/iss‑2019-semiconductor-industry-faces-new-challenges-and-opportunities/ 

5. SEMI, IMEC to Drive Industry Roadmap Alignment and Innovation in Healthcare, Transportation and Io T. Solid State Technology. Wafer News, January 16, 2019: https://electroiq.com/2019/01/semi-imec-to-drive-industry-roadmap-alignment-and-innovation-in-healthcare-transportation-and-iot/


МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА

Алексей Коршак

В статье говорится о проведении достаточно глубокого экономического анализа полупроводниковой отрасли в мире. Было бы интересно и перспективно проводить подобный анализ применительно к российскому рынку.

Основными драйверами рынка микроэлектроники, как отмечено в статье, являются Интернет вещей, искусственный интеллект и автономные транспортные средства. Эти новые рынки не смогут нормально развиваться без новых микросхем – ​микропроцессоров с новой архитектурой, специализированных микроконтроллеров с низким энергопотреблением, микросхем управления питанием нового поколения, сверхчувствительных «умных» сенсоров и т. д. Поэтому как никогда возрастает роль микроэлектроники как основы инноваций. Именно прогресс в микроэлектронике сделает сложные технологии, такие как искусственный интеллект или автономный транспорт, доступными для широкого числа пользователей. Микроэлектроника как наука и как промышленность продолжает свое развитие. Для отечественных предприятий электронной промышленности важно именно сейчас найти свою нишу в новых применениях, привлечь инвестиции в новые разработки и приложить усилия к локализации производства микроэлектроники и электронного оборудования для новых сегментов рынка.

Конкуренция на новых рынках и применениях очень высока (как технологическая, так и ценовая) – ​российским предприятиям необходимо объединить усилия для развития оте-чественной промышленности.

Сегмент оборудования связи – ​основной потребитель микросхем, опережающий вычислительную технику. Связь нового поколения 5G будет играть основную роль на рынке в России и мире. На этом направлении отечественным компаниям также необходимо работать совместно.


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ