SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

Выпуск 15(6739) от 05 августа 2021 г.
РУБРИКА: МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

В выпусках 9–14 было опубликовано исследование Международной ассоциации поставщиков оборудования и материалов для полупроводниковой промышленности – SEMI (Милпитас, шт. Калифорния, США). Доклад содержит 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. Публикация завершается в текущем номере.

В финале своего исследования SEMI выдвинула ряд предложений по формированию инициатив, программ и исследовательских организаций, призванных способствовать дальнейшему развитию полупроводниковой промышленности США (табл. 9).


ТАБЛИЦА 9

ПРЕДЛОЖЕНИЯ SEMI ПО ФОРМИРОВАНИЮ ИНИЦИАТИВ, ПРОГРАММ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ОРГАНИЗАЦИЙ

Создаваемая структура

Конечная цель

Национальный реестр цепочек поставок изделий микроэлектроники

Обеспечение широкой осведомленности частнопромышленных и государственных организаций о доступных материалах, компонентах, оборудовании и других важнейших внутренних возможностях цепочки поставок

Институт коммерциализации результатов научно-исследовательских работ

Контроль и пересмотр программ НИОКР на всем протяжении их реализации (от ранних этапов до демонстрации опытных образцов) и предоставление рекомендаций и поддержки. Коммерциализация разработанных в рамках НИОКР полупроводниковых приборов. Сбор данных для определения наилучшей практики перехода от этапа НИОКР к производству

Национальная целевая группа по инфраструктуре производства электроники

Разработка наилучших стратегий и поддержка зон экономического развития с помощью упрощенных процедур выдачи разрешений. Сведение к минимуму трудностей производителей полупроводниковых приборов при создании новых заводов по обработке пластин

Институт гетерогенных интегрированных систем

Разработка перспективных методов корпусирования, 3D-интеграции и решений типа «система-в-модуле»

Институт интеллектуального и безопасного производства

Внедрение концепции Четвертой промышленной революции с полным подключением 5G промышленного Интернета вещей, увеличение длительности безотказной работы производственных инструментальных средств, техническое обслуживание по текущему состоянию, основанное на прогнозировании запаса надежности, и формирование гибких, адаптируемых производственных мощностей

Институт сенсорных систем

НИОКР в области сенсорных технологий и содействие в освоении производства датчиков. Объединение сетей разработчиков, производителей и конечных пользователей датчиков для совместной работы над устройствами следующего поколения и их коммерциализацией

Комиссия по безопасности цепочек поставок и систем

Отслеживание и согласование существующих инициатив федерального правительства, оборонных, коммерческих и научных кругов. Содействие многостороннему диалогу для обеспечения безопасной совместимости в производстве продукции заинтересованных сторон



Программы и инициативы в сфере цепочки поставок

A. Управление рисками в цепочке поставок: сеть государственно-частного партнерства

Правительство США располагает структурой, поддерживающей военное снабжение обу­ченного персонала в состоянии готовности к национальной обороне. Что же касается цепочек поставок, критически важных для защиты от угроз интересам национальной безопасности невоенного характера (пандемия, коллапс энергосистемы, нарушение доступности источников воды и целостности инфраструктуры), то здесь параллельной структуры не существует. Кроме того, важнейшие цепочки поставок в этой области, как правило, являются коммерческими.

Создание государственно-частного парт­нерства для информирования и организации цепочек поставок, имеющих решающее значение для реагирования на угрозы интересам национальной безопасности за пределами ответственности военно-промышленного комплекса, вполне возможно. Деятельность подобного государственно-частного парт­нерства (партнерств) будет предполагать поддержку и планирование в условиях кризисных событий, формирование в ключевых компаниях групп поддержки безопасности цепочек поставок на национальном уровне, совместное планирование на случай непредвиденных обстоятельств, разработку стратегии инвентаризации и обеспечение устойчивой связи, поддерживающей скоординированную стратегию.

Сеть ресурсов частного коммерческого сектора может быть сопряжена с государственной федеральной структурой управления. Будучи нейтральной организацией, подобная сеть могла бы согласовывать свою деятельность с правительственными ведомствами, а также стимулировать развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности. Пример подобной сети подробно описывается в докладе SEMI за февраль 2021 г. «Оценка возможностей и отказоустойчивости изделий промышленности медицинской микроэлектроники» (Medical Microelectronics Industry Capability and Resiliency Assessment, M2ICRA).

Создание Национального реестра цепочек поставок (National Supply Chain Registry listing), в котором будут перечислены все американские компании, входящие в экосистему микроэлектроники, обеспечит более широкую осведомленность как частнопромышленных, так и государственных организаций о доступных материалах, компонентах, оборудовании и других важнейших внутренних возможностях цепочки поставок для производства изделий микроэлектроники. Реестр сможет помочь в оценке готовности инфраструктуры, включая источники энергии, транспорт и логистику.


B. Институт коммерциализации результатов научно-исследовательских работ

В настоящее время SEMI управляет несколькими государственно-частными партнерствами, занимающимися вопросами обеспечения подготовки трудовых ресурсов, развития технологий и отраслевых стандартов. Этот проверенный метод сотрудничества между различными организациями также может быть использован для повышения устойчивости цепочки поставок полупроводниковых приборов посредством оценки узких мест и принятия мер по снижению рисков в целях укрепления экосистемы микроэлектроники.

Хотя правительство США ежегодно тратит миллиарды долларов на программы НИОКР, созданная интеллектуальная собственность не всегда достигает этапа массового производства. Разрыв в финансировании между этапом получения результатов НИОКР и их коммерциализацией может помешать реализации жизнеспособной технологии или, что еще хуже, привести к ее миграции за пределы страны. Америке необходимо приложить усилия для использования результатов осуществляемых программ НИОКР через полную экосистему цепочек поставок и развитие спроса – наподобие того, как осуществляется промышленное управление продуктовыми трубопроводами.

Чтобы облегчить внедрение в производство результатов НИОКР, возможно, понадобится создать Институт коммерциализации результатов научно-исследовательских работ, который мог бы курировать программы НИОКР на всем протяжении их реализации – от ранних этапов до демонстрации опытных образцов – и предоставлять рекомендации и поддержку. Коммерциализации разработанных в рамках НИОКР полупроводниковых приборов могло бы помочь сочетание возможностей федеральных, государственных и частных инвестиций, инфраструктурной поддержки и тесного сотрудничества со стратегическими фирмами-партнерами в США. Институт мог бы отслеживать такие показатели, как уровень коммерческой готовности, «почкование» новых стартапов и лицензирование интеллектуальной собственности, с целью сбора данных для определения наилучшей практики перехода от этапа НИОКР к производству.


С. Целевая группа по инфраструктуре производства электроники

Ключевыми составляющими инновационного процесса являются оборудование и производственные мощности. Для производства изделий микроэлектроники требуется специальная инфраструктура, управляющая электроснабжением, водоснабжением, оборотом химических веществ и отходов. Создание Национальной целевой группы по инфраструктуре производства электроники, чьей задачей станет разработка наилучших стратегий и поддержка зон экономического развития с помощью упрощенных процедур выдачи разрешений, сведет к минимуму трудности, с которыми сталкиваются производители полупроводниковых приборов при создании нового завода по обработке пластин.


D. Институт гетерогенных интегрированных систем

Целесообразным представляется создание Института гетерогенных интегрированных систем (Heterogeneous Integrated Systems Institute), ориентированного на разработку перспективных методов корпусирования, 3D-интеграции и решений типа «система-в-модуле» (system-in-package). Это позволит повысить производительность за счет приборов и систем с более высокой функциональностью. Гетерогенная интеграция не связана с продлением действия т. н. закона Мура за счет масштабирования и имеет решающее значение для перспектив успешного производства полупроводниковых приборов в США. В настоящее время 97 % существующей в мире инфраструктуры услуг корпусирования расположено за пределами США. Однако перспективные методики сборки и корпусирования требуют совершенно другого оборудования, средств и навыков. Создание соответствующего института может способствовать реализации программ НИОКР в области перспективных методов корпусирования полупроводниковых приборов и ИС, а также коммерциализации и внедрению в производство этих технологий на территории США. Достижение ведущих позиций в указанной области укрепит потенциал в области сборки, корпусирования и тестирования. Многие американские заводы по обработке пластин стремятся расширить применяемость своих современных уровней топологических норм технологического процесса в новых продуктах с увеличенной добавленной стоимостью. Организовав сотрудничество этих фирм и наладив применение ими методов гетерогенной интеграции, новый институт будет способствовать повышению конкурентоспособности полупроводниковой промышленности в США на мировом рынке.

Помимо этого, в структуру предлагаемого Института гетерогенных интегрированных систем необходимо включить подразделение перспективных методов проектирования и тестирования (Advanced Design and Test element), поскольку системные решения становятся все более сложными.


E. Институт интеллектуального и безопасного производства

Для повышения конкурентоспособности на мировом рынке американские полупроводниковые предприятия должны активнее осваивать интеллектуальное производство с более высокими уровнями автоматизации и улучшенными системами управления, управляемыми данными. Достижению этих целей может способствовать создание Института интеллектуального и безопасного производства (Smart and Secure Manufacturing Institute), ориентированного на внедрение концепции Industry 4.0 с полным подключением 5G промышленного Интернета вещей (IIoT), увеличение длительности безотказной работы производственных инструментальных средств, техническое обслуживание по текущему состоянию (predictive maintenance), основанное на прогнозировании запаса надежности, и формирование гибких, адаптируемых производственных мощностей. Поскольку оборудование для производства полупроводников становится все более сложным, необходимы новые подходы к инструментам технического обслуживания средств автоматизации и визуализации. Предлагаемый институт будет поддерживать модернизацию американских заводов по обработке пластин на основе интеллектуальных производственных технологий и систем, включая (но не ограничиваясь) оснащенные датчиками инструментальные средства и компоненты мониторинга технологических процессов, методики больших данных и техническое обслуживание по текущему состоянию на основе машинного обучения, а также отслеживание и прослеживаемость происхождения и перемещения по цепочке поставок деталей и компонентов.


F. Институт сенсорных систем

Датчики – самый быстроразвивающийся сегмент индустрии микроэлектроники. Сенсорные системы и данные, которые они предоставляют, востребованы всеми коммерческими, потребительскими и оборонными применениями. Развитие тенденции сенсоризации (оснащения датчиками) во всех перспективных промышленных и потребительских секторах будет только ускоряться. Например, современный автомобиль имеет более 100 датчиков и до 20 сетей связи для управления широким диапазоном функций – от контроля работы двигателя до обеспечения комфорта пассажиров. Кроме того, в 2020 г. на электронику приходилось 40 % стоимости автомобиля, а к 2030-му, как ожидается, этот показатель вырастет до 50 %.

В США существуют риски, связанные с тем, что большинство датчиков производится за рубежом. Например, при начале пандемии COVID-19 возрос спрос на ИК-датчики (для контроля температуры людей), а американские поставщики не смогли его вовремя удовлетворить. Нехватка ИК-камер и ИК-термометров, вероятно, позволила вирусу распространяться быстрее.

Соответственно, представляется целесообразным создание Института сенсорных систем (Sensors System Institute), ориентированного на НИОКР в области сенсорных технологий и содействие в освоении производства датчиков. Такой институт может объединить сеть разработчиков, производителей и конечных пользователей датчиков для совместной работы над устройствами следующего поколения и их коммерциализации, а также содействовать государственно-частному партнерству и сотрудничеству на предконкурентном этапе между известными американскими поставщиками датчиков и стартапами. Совместные усилия помогут достичь лучших результатов в сфере критически важных инициатив, таких как датчики для борьбы с пандемиями и датчики для поддержки Четвертой промышленной революции. Обеспечение внутреннего потенциала поставок перспективных датчиков укрепит конкурентоспособность США и снизит текущие риски в цепочке поставок.


G. Комиссия по безопасности цепочек поставок и систем

Атаки на кибербезопасность становятся все более частыми и серьезными. Необходимо обеспечить целостность процессов проектирования, что позволит предотвратить появление различных уязвимостей (таких как «черные ходы») или внедрение троянов и других вирусов, допускающих злонамеренное проникновение или кражу данных. Также требуется усовершенствовать меры безопасности в области интеллектуальной собственности для предотвращения фальсификации деталей и методы отслеживания прохождения деталей по цепочкам поставок.

Частью многостороннего подхода к борьбе с уязвимостями в области безопасности могла бы стать Комиссия по безопасности цепочек поставок и систем (Supply Chain and Systems Security Commission). Такая комиссия может отслеживать и согласовывать существующие инициативы (как федеральные, так и оборонных, коммерческих и научных кругов), содействуя при этом многостороннему диалогу для обеспечения безопасной совместимости в производстве продукции заинтересованных сторон. Кроме того, возможно выполнение дополнительных функций – от информационных (оповещения об угрозах) до разработки предконкурентных решений (использования технологий блокчейна или гиперледжера, цифровых отпечатков устройств – универсальных идентификаторов и т. д.) и инвестиций в инфраструктуру (частно-государственного финансирования).


Н. Сбалансированный подход к развертыванию ресурсов

Учитывая разнообразие потребностей в сфере укрепления цепочки поставок полупроводниковых приборов в США, SEMI рекомендует сбалансированный, мультирегиональный подход, поддерживающий крупный, средний и малый бизнес. Это позволит как наращивать потенциал, так и стимулировать технологический рост в разных районах страны. Поддержка или создание производственных мощностей малых и средних предприятий (<9,29 тыс. м2 площади чистых комнат), достаточно гибких для изготовления полупроводниковых приборов, MEMS, датчиков и наноприборов, может обеспечить этим производственным площадкам возможность достижения рентабельности. Общий принцип – устойчивость цепочки поставок определяется ее самым слабым звеном, поэтому анализ рисков и определение приоритетов становятся первым важным шагом.


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 5 Final SEMI Supply Chain Comments.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.