ВЫБОР РЕДАКЦИИ

Американо-китайское противостояние в области искусственного интеллекта

Производственная база микроэлектроники США

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

Перспективные разработки в области пьезоэлектрических MEMS-датчиков

Китайские поставщики материалов вместо японских – выбор южнокорейских изготовителей ИС

Некоторые аспекты развития 3D‑флэш-памяти NAND-типа

SMIC: передовые технологии, производственная база и государственное финансирование

Состояние и перспективы развития производственной базы микроэлектроники

Современное состояние производственной базы микроэлектроники

Состояние рынков интегральных схем, оборудования и пластин

Освоение КНР 14- и 7-нм технологических процессов

Сбываются ли планы КНР по обеспечению самодостаточности в области ИС?

Прогноз продаж полупроводникового оборудования

Тенденции развития современных производственных мощностей

Huawei остается ведущим поставщиком оборудования связи

Ситуация на рынке микроэлектроники и американо-китайское противостояние

По материалам 23-й конференции Международного совета по полупроводниковым приборам

Экспорт Японии, Тайваня и Южной Кореи вселяет надежду на то, что спад азиатского технологического цикла достиг предела

Современное состояние и перспективы развития рынка САПР

Переход от полноразмерных облачных хранилищ к клаудлетам

Общее состояние и ближайшие перспективы рынка микроэлектроники

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

Выпуск 9(6733) от 06 мая 2021 г.
РУБРИКА: МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Недавно Министерство торговли США предложило всем заинтересованным сторонам дать открытые комментарии по вопросам существующих рисков в цепочке поставок полупроводниковой промышленности и в сфере перспективных методов корпусирования ИС. Один из ответов представила Международная ассоциация поставщиков оборудования и материалов для полупроводниковой промышленности (SEMI, Милпитас, шт. Калифорния, США). В документе содержится краткое описание процессов, товаров и технологий, необходимых для производства полупроводниковых приборов, а также рекомендации по укреплению цепочки поставок полупроводниковых приборов в США и повышению устойчивости отрасли в целом.


Введение

SEMI, основанная в 1970 г., – ​ведущая ассоциация полупроводниковой промышленности, членами которой являются более 2400 фирм и организаций из разных стран мира, включая более 400 членов из США: разработчики и поставщики инструментальных средств САПР и СФ-блоков, производители полупроводниковых приборов и ИС, оборудования и материалов для их изготовления, разработчики ПО и поставщики субкомпонентов. Среди входящих в SEMI компаний немало крупных корпораций, однако более 85 % – ​это малые и средние фирмы, а годовой доход половины американских членов составляет 25 млн долл. и меньше. Члены SEMI – ​основа мировой электронной промышленности, общие продажи которой превышают 2 трлн долл. В этой жизненно важной цепочке поставок занято 350 тыс. высококвалифицированных и высокооплачиваемых работников на территории США. Доходы от продаж полупроводниковых приборов составляют значительную часть американского экспорта, страна имеет профицит в международной торговле полупроводниками. Примерно 90 % продаж полупроводникового оборудования и материалов приходится на предприятия за пределами США.


Краткое содержание

Полупроводниковые приборы лежат в основе всей электроники и информационных технологий (ИТ), обеспечивая внедрение инноваций и рост во многих других отраслях, включая медицинские приборы и ИТ-решения, обеспечивающие удаленную работу и подключаемость к сетям. Полупроводниковые технологии и их применения также имеют решающее значение для поддержания физической инфраструктуры США, национального оборонного потенциала, телекоммуникационных и транспортных систем. На протяжении десятилетий Соединенные Штаты лидируют в мире по производству полупроводников, на их долю приходится почти половина мировых продаж полупроводниковых приборов и лидирующие позиции на мировом рынке производственного оборудования, ПО проектирования и ключевых материалов.

Производство полупроводниковых приборов обеспечивается одними из самых сложных производственных процессов по сравнению с любыми другими отраслями. Оно требует беспрецедентных капиталовложений, постоянных и дорогостоящих НИОКР, а также высокоинтегрированных и глобализированных цепочек поставок, состоящих из бесчисленных фирм, поставляющих компоненты и материалы. Отрасль обладает небольшим избыточным потенциалом для удовлетворения растущего спроса и предотвращения сбоев поставок, способных оказать широкий и каскадный эффект на многие другие отрасли. Ограничения поставок –приборов, оборудования или материалов – ​могут повлиять на всю цепочку, приведя к дефициту полупроводниковых приборов, что, в свою очередь, станет причиной сбоя у производителей электронных систем и на других смежных производствах, а также вызовет волновой эффект во всей цифровой экономике.

Формированию более сильной и устойчивой цепочки поставок полупроводниковых приборов в США будет способствовать политика, помогающая вовлеченным в нее фирмам развиваться и внедрять инновации. SEMI призывает:

разработать действенные меры федерального уровня для стимулирования производства и НИОКР по всей цепочке поставок полупроводниковых приборов. Постановка в равные условия с другими странами, производящими полупроводниковые приборы, поможет США наращивать потенциал, привлекать новые инвестиции и стимулировать внедрение инноваций;

применять узкоспециализированную и мно-гостороннюю политику экспортного контроля. Глобальная конкурентоспособность этой сложной отрасли требует доступа на все мировые рынки с целью обеспечения возможности финансировать НИОКР и внедрять инновации, а также сохранения конкурентоспособности;

поддерживать конкурентоспособную политику в области налогов на доходы корпораций. Для обеспечения прочности и устойчивости цепочки поставок необходима конкурентоспособная политика по налогам на доходы корпораций – ​американские компании должны иметь возможность конкурировать на мировом рынке;

проводить торговую политику, открывающую доступ на рынки и устраняющую торговые барьеры. Полупроводниковая промышленность опирается на свободную и справедливую торговую систему, основанную на правилах, где товары и данные могут свободно пересекать границы. Для устойчивости полупроводниковой промышленности США жизненно важен свободный доступ на мировые рынки;

развивать гармонизированные и прагматичные правила охраны окружающей среды, здоровья и техники безопасности. Производство полупроводниковых приборов требует сложного сочетания химических веществ, чистых помещений и стандартов, которые могут варьироваться от страны к стране. Правила должны быть гармонизированы там, где это возможно, включать адекватные переходные периоды и учитывать незаменимый характер некоторых компонентов;

способствовать устойчивому развитию трудовых ресурсов и иммиграционной политики в отношении высококвалифицированных работников. Полупроводниковая промышленность опирается на высококвалифицированную рабочую силу и в настоящее время сталкивается со значительной нехваткой квалифицированных работников.

SEMI выражает твердое желание тесно сотрудничать с администрацией президента США и Конгрессом для принятия правильной политики по укреплению цепочки поставок полупроводниковых приборов в США и полупроводниковых компаний, работающих в Соединенных Штатах.


Раздел I

Критические товары и материалы, а также товары и материалы первой необходимости, лежащие в основе производства полупроводниковых приборов и цепочки поставок перспективных методов корпусирования.

В 2020 г. объем мирового рынка полупровод-никового оборудования составлял 69 млрд долл. (рис. 1), а мирового рынка материалов – ​55 млрд (рис. 2, 3). Совокупный объем этих рынков составляет 124 млрд долл., а в 2022 г., по прогнозам, достигнет 142 млрд.



Источник: SEMI

Рисунок 1. Рынок оборудования заводов по обработке пластин в 2012–2022 гг.



Источник: SEMI

Рисунок 2. Рынок полупроводниковых материалов в 2012–2022 гг.



Источник: SEMI

Рисунок 3. Рынок оборудования сборки, корпусирования и тестирования в 2012–2022 гг.


Полупроводниковая промышленность представляет собой замкнутую экосистему – ​разработка и изготовление оборудования и материалов, необходимых для производства полупроводниковых приборов, обеспечивается за счет доходов от продаж полупроводниковых приборов. Для обеспечения адекватных поставок полупроводниковых приборов, используемых в оборудовании, необходимом для их производства, решающее значение имеет баланс мощностей цепочки поставок (см. раздел III).

Таким же образом производители полупроводниковых приборов при разработке новых технологических процессов сотрудничают с поставщиками инструментальных средств САПР и СФ-блоков, необходимых для того, чтобы разработчики ИС могли воспользоваться преимуществами новых процессов (рис. 4).



Источник: SEMI

Рисунок 4. Рынок средств автоматизированного проектирования и СФ-блоков в 2012–2022 гг.


Раздел II

Производственные и иные возможности, необходимые для производства полупроводниковых приборов, включая ПО САПР и перспективные технологии и возможности корпусирования ИС.

Процесс создания полупроводникового прибора сложен, дифференцирован и включает несколько первичных стадий. Проектирование полупроводниковых приборов управляется инструментальными средствами САПР и поддерживается необходимыми СФ-блоками. На начальных этапах процесса проектирования инструментальные средства САПР используются для планирования, создания опытных образцов (прототипирование), анализа и проверки функциональности и производительности предлагаемого проекта. На завершающих этапах инструментальные средства САПР преобразуют высокоуровневые описания конструкции в физическое размещение транзисторов и межсоединений, которые будут использоваться для создания шаблонов, применяемых в производственном процессе.

В проектировании ИС широко используются полупроводниковые СФ-блоки – ​«строительные блоки» заранее заданной функцио-нальности. СФ-блоки могут варьироваться от простых интерфейсных блоков и логических функций до больших процессоров, памяти и высокоскоростных последовательных интерфейсов. При формировании современных сложных конструкций ИС они часто на 80 % и более состоят из СФ-блоков.

На физическом уровне процесс производства проходит в несколько этапов, начиная с изготовления необработанной пластины. Затем на пластине формируются кристаллы ИС. Большинство используемых пластин – ​кремниевые. Пластины из других материалов используются для определенных применений, включая приложения, имеющие решающее значение для национальной безопасности и инфраструктуры – ​такие как перспективные средства связи и силовая электроника. Затем пластина разрезается для создания отдельных полупроводниковых приборов (кристаллов), после чего эти кристаллы собираются, тестируются и корпусируются.

Самая сложная часть процесса – ​обработка пластин. Изготовление пластин состоит из множества отдельных этапов (рис. 5), как правило, требующих собственных комплектов оборудования и специализированных материалов для каждого этапа.



Источник: SEMI

Рисунок 5. Основные этапы обработки полупроводниковой пластины


Хотя оборудование и материалы специализированы для конкретного этапа процесса обработки пластин, они, как правило, не специализированы для производства полупроводниковых приборов с конкретным конечным применением. Иначе говоря, оборудование для производства полупроводниковых приборов не предназначено специально для производства «полупроводниковых приборов для средств ИИ» или «автомобильных полупроводниковых приборов». Оборудование, используемое при обработке пластин, обычно является незначительным фактором в плане определения того, подходит ли полупроводниковый прибор для конкретных применений.

Тип производимого полупроводникового прибора определяется архитектурой ИС, ее конструкцией и технологическими процессами, разработанными заводами по обработке пластин, кремниевыми заводамии fabless‑фирмами. Оборудование, используемое при производстве графического процессора для ИИ-приложения, может использоваться и для производства микроконтроллера, применяемого в потребительском смартфоне. Более подробную информацию о процессе производства полупроводниковых приборов можно найти на сайтах крупных производителей.

Недавнее исследование цепочки поставок микроэлектроники, проведенное SEMI, показало, что по мере развития тенденции аутсорсинга из Северной Америки уходят не только мощности начальных этапов обработки пластин (75 % таких заводов теперь находятся в странах Азиатско-Тихоокеанского региона – ​АТР). То же самое касается и заводов и линий завершающих этапов обработки пластин – ​их в Северной Америке осталось 3 % от мирового парка. С ростом значения гетерогенной (разнородной) интеграции перспективные технологии корпусирования становятся все более интегрированными в процесс производства полупроводниковых приборов и более важными для обеспечения технического лидерства и продолжения действия закона Мура. Исторические тенденции трудоемкой ручной сборки электроники заменяются более автоматизированной и роботизированной сборкой, что закрывает разрыв в экономических факторах, приведших к выводу мощностей корпусирования ИС с территории Северной Америки. Инвестиции в передовые мощности корпусирования и гетерогенной интеграции на территории США могут обеспечить извлечение выгод из динамики развития полупроводниковой промышленности и новых стратегий в рамках закона Мура. Это даст Америке новые возможности сохранить и нарастить технологическое лидерство.

Продолжение следует…


1. SEMI Provides U. S. Commerce Department with Analysis of Semiconductor Supply Chain Risks. Semiconductor Digest, April 7, 2021: https://www.semiconductor-digest.com/2021/04/07/semi-provides-u-s-commerce-department-with-analysis-of-semiconductor-supply-chain-risks/ 

2. Final SEMI Supply Chain Comments. SEMI, April 5, 2021: https://www.semi.org/sites/semi.org/files/2021-04/Apr%205 %20Final%20SEMI%20Supply%20Chain%20Comments.pdf 


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

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