Helmikuussa 2019, vuotta ennen taudinpurkausta, SIA (Semiconductor Industry Association of America) ilmoitti, että pelkästään vuonna 2018 myytiin ennätysmäärä siruja&"; yli 1 biljoonaa.&"; Wall Street Journalin tuoreen raportin mukaan puolijohteet ovat maailman neljänneksi eniten kaupattu tuote raakaöljyn, jalostettujen öljytuotteiden ja autojen jälkeen.
Tätä seurasi Yhdysvaltain presidentin Joe Bidenin' lausunto, jossa nimenomaisesti kutsuttiin siruja&"; infrastruktuuri, &"; vahvistaa, että ei ole epäselvyyttä siitä, että suuren kysynnän puolijohdesirut ovat uusi yhteinen valuutta. Heidän kykynsä suorittaa miljoonia monimutkaisia toimintoja ja energiatehokkuus ovat tehneet puolijohteista keskeisen osan lähes jokaista teollisuutta, mikä edistää maailmantaloutta.
Nykyään älypuhelimella on paljon enemmän laskentatehoa kuin tietokoneella, jolla NASA käytti miestä kuuhun vuonna 1969. Mitä' enemmän, melkein kaikki kehittyvät tekniikat, kuten TEKNINEN älykkyys, pilvipalvelut, kvanttilaskenta, kehittynyt langattomia verkkoja, lohkoketjusovelluksia, bitcoin-kaivostoimintaa, 5G: tä, esineiden Internetiä, itse ajavia autoja, droneja, robotiikkaa, pelaamista ja puettavia laitteita ohjaavat nämä erilliset tekniikat. Mutta erittäin monimutkaisia puolijohteita. Juniper Researchin uuden raportin mukaan pelkästään Iot -laitteiden määrä nousee 46 miljardiin vuoden 2021 loppuun mennessä. Kukin näistä laitteista saa virtansa puolijohteesta.
Puolijohteet ovat kriittisiä elektroniikan ja tuotannon, maatalouden, terveydenhuollon, infrastruktuurin, viihteen, televiestinnän, liikenteen, energianhallinnan, sotilasjärjestelmien ja ilmailuteollisuuden korkean laskennan sovelluksissa.
Useiden toimialojen pilari
Aloita tärkeimmästä terveydenhuollosta-puolijohteet ovat olennainen osa kliinisiä diagnostisia, terapeuttisia ja kuntoutuksen jälkeisiä interventiosovelluksia. Puolijohdelaitteet, kuten magneettikuvauslaitteet (MRI), sydämentahdistimet, verenpainemittarit, verenkaasuanalysaattorit, langattomat potilasmonitorit ja hengityslaitteet pelastavat ihmishenkiä joka päivä. Joitakin kirurgisia toimenpiteitä mullistetaan käyttämällä siruja tukevia robottikirurgisia järjestelmiä.
Pelkästään Covid -hoidossa testauslaitteet, happimonitorit ja lähes kaikki elämää ylläpitävät järjestelmät tukeutuvat puolijohteisiin. Lisäksi rokotteiden jakelu maasta toiseen, sovelluspohjainen sertifiointi, dronet, jotka toimittavat elämää ylläpitäviä lääkkeitä ja tarjoavat tasaisen tietovirran COVID-19-sotahuoneeseen-kaikki perustuvat piikiekkoihin.
Markkinatutkimusennusteet viittaavat siihen, että verkkoon integroidut langattomat terveydenhuollon laitteet, puettavien ja elinten 3D-tulostus sekä puolijohteilla varustetut lääkinnälliset laitteet ovat avaintekijöitä uusien ja luovien terveydenhuollon lähestymistapojen varmistamiseksi tulevaisuudessa. Maailmanlaajuisten autojen puolijohdemarkkinoiden arvo oli 48,13 miljardia dollaria vuonna 2020 ja niiden odotetaan nousevan 129,17 miljardiin dollariin vuoteen 2026 mennessä.
Autovalmistajat integroivat autojen sähköjärjestelmiä, jotka edellyttävät tehodiodia ja säätimiä erittäin luotettavasti. Eri toiminnoilla varustettuja autojen puolijohdemalleja käytetään erilaisissa autoteollisuudessa, kuten navigointiohjaimissa, infotainment -järjestelmissä ja törmäyksenilmaisujärjestelmissä. Nykyaikaisessa, itseohjautuvassa autossa voi helposti olla yli 3000 sirua uusimmalla tekniikalla. Tilanteissa, joissa nykyinen pandemia pakottaa&"kaiken etänä &"; - olipa kyseessä liike, opiskelu, viihde tai kommunikointi ystävien ja perheen kanssa- puolijohteet tukevat viestintäverkkojen ylläpitämiseen tarvittavaa teknistä infrastruktuuria perinteisten fyysisten ympäristöjen sijasta.
Tämän pandemian aikana organisaatiot pystyivät siirtämään toimintansa sujuvasti verkossa digitaalisten, puolijohdekäyttöisten laitteiden ja tekniikoiden avulla ja antamaan yksilöiden työskennellä turvallisesti ja etänä ilman häiriöitä. Tämä digitaalinen muutos on avannut puolijohdeteollisuudelle uuden mahdollisuuden
Kulkee sirulla
Kehittyvät tekniikat, erityisesti esineiden internet, tekoäly, lisätty ja laajennettu todellisuus ja lohkoketju, ovat yhä näkyvämpiä eri toimialoilla. Koska nämä sovellukset saavat enemmän huomiota koko spektrissä, tarve omille antureille, integroiduille piireille, parannetulle muistille ja tehostetuille prosessoreille kasvaa.
Monet älykkäät kaupungit ympäri maailmaa ovat sitoutuneet parantamaan dramaattisesti kaupunkipalveluja ja kriittistä kansalaisinfrastruktuuria kansalaisilleen. Tätä varten niiden on liitettävä lähes kaikki kunnallisen infrastruktuurin osat erilaisiin laitteisiin, jotka puolestaan yhdistetään yksilöihin. Tämä yhteenliitetty infrastruktuuri saa virtansa puolijohteista.
Viidennen sukupolven mobiiliverkot on suunniteltu yhdistämään lähes kaikki ja kaikki-koneet, esineet ja laitteet; Anna huippunopeus; Saavuta erittäin alhainen viive; Parempi luotettavuus; Valtava verkkokapasiteetti; Parempi käytettävyys ja yhtenäisempi käyttökokemus. Tämän seuraavan sukupolven tekniikan ytimessä huippuluokan puolijohdesirut, joilla on pienemmät solmut ja parempi tehokkuus, tarjoavat kriittisen, nopean ja korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyn.
Puolijohdetekniikan kehitys
Erotteluraja keskikokoisten ja keskitason ja huippuluokan integroitujen piirien (IC) valmistuksen välillä on 12/16 nm ja 7 nm prosessitekniikat. Niitä käytetään sovelluksissa, kuten keskusyksiköissä, grafiikkaprosessointiyksiköissä, tekoälyssä ja tuotteissa, kuten televisioissa, ilmastointilaitteissa, autoissa, suurnopeusjunissa, satelliiteissa, teollisuusroboteissa, hisseissä ja droneissa.
Puolijohdetekniikan kehityksen myötä on otettu käyttöön 5 nm: n tekniikka, joka on pienempi ja nopeampi kuin edelliset sirupolvet.
Kun IBM esitteli äskettäin maailman': n ensimmäisen 2 nm: n sirunvalmistustekniikan (45% nopeampi ja 75% energiatehokkaampi kuin nykyiset 7 nm: n sirut, joita käytetään monissa kannettavissa ja matkapuhelimissa), teollisuus haluaa parantaa suorituskykyä ja energiatehokkuutta tulevaisuudessa.
Monimutkainen sirun tuotanto
Siruntuotanto itsessään on monimutkainen prosessi, johon liittyy useita maita/alueita. Prosessi voi käsittää yli 1000 vaihetta ja 70 kansallista rajapistettä sirun suunnittelusta perusraaka -aineiden hankintaan eri teollisuudenalojen mukaan räätälöityjen puolijohteiden valmistukseen, kokoonpanoon, testaamiseen, pakkaamiseen, varastointiin ja lopulliseen toimitukseen. Tällä hetkellä patentoitu tekniikka ja suorituskyky Alfasta Omegaan ovat riippuvaisia ammattimaisista maailmanlaajuisista johtajista, kuten Intel, TSMC ja Samsung, sekä monista muista.
Nykyisessä globaalissa tilanteessa Yhdysvallat tarjoaa maailmanluokan yliopistojensa ja insinööritaitojensa sekä markkinalähtöisen innovaatioekosysteeminsa ansiosta suurimman osan tutkimus- ja kehitystoiminnasta, kuten elektronisen suunnittelun automaatio, henkinen omaisuus, siru suunnittelua ja kehittyneitä valmistuslaitteita ja pääomasijoituksia.
Taiwanin, Manner -Kiinan ja Etelä -Korean kaltaiset alueet ovat edelläkävijöitä kiekkojen valmistuksessa, mikä edellyttää merkittäviä investointeja, vahvaa infrastruktuuria ja ammattitaitoista työvoimaa. Taiwan on myös johtava puolijohdekokoonpano-, pakkaus- ja testaustoiminnoissa, ja sen jälkeen Kiina ja Malesia ovat vähemmän taitoja ja pääomavaltaisia.
Maailmanlaajuinen sirukriisi
COVID-19-kriisi on johtanut laajaan sirujen pulaan ympäri maailmaa, avannut reikiä maailmanlaajuiseen puolijohteiden toimitusketjuun ja asettanut monet arkielämämme kannalta kriittiset tekniikat ja tuotteet vaaraan.
Tärkeimpiä syitä tähän pulaan ovat vähäiset investoinnit kiekkojen kapasiteettiin aiempina vuosina, toimitusketjun häiriöt COVID-19-pandemian vuoksi, uusien tekniikoiden, kuten tekoälyn ja sähköajoneuvojen, kasvava kysyntä sekä lisääntynyt kotihoidon (WFH) tuotteiden kysyntä. .
Lisää tähän Taiwanin kuivuuteen (osa maailman' suurimpia ja kehittyneimpiä korkean teknologian valimoita luottaa vedenjakeluun paljon vettä kuluttaviin valmistusprosesseihin) ja kasvavaan geopoliittiseen epävarmuuteen Kiinan kanssa käytävässä kaupassa.
Tie eteenpäin
Hyvä uutinen on, että useat perustajat, mukaan lukien TSMC, Intel ja GXIC, investoivat miljardeja dollareita laitteiden päivittämiseen ja uusien tuotantolinjojen rakentamiseen vastaamaan kasvavaan kysyntään ja tarjonnan puutteeseen&"ominaisuusrikkaalla &" ; pelimerkkejä.
TSMC julkisti äskettäin teollisuuden': n kaikkien aikojen suurimman investoinnin, joka kohdistaa 100 miljardia dollaria seuraavien kolmen vuoden aikana kapasiteetin lisäämiseksi. Intel on luvannut 20 miljardia dollaria kahdelle sivustolle Arizonassa ja sanoo tekevänsä lisää investointisitoumuksia tänä vuonna. Etelä -Korean' Samsung Electronics on varannut 116 miljardin dollarin investoinnit vuoteen 2030 mennessä siruntuotannon monipuolistamiseksi.
Intia on myös viimeistelemässä suunnitelmiaan puolijohdesirujen massatuotannosta osana&"; Make in India &"; ohjelmoida. Maa tarjoaa yli miljardi dollaria käteistä jokaiselle puolijohdeyritykselle, joka perustaa tuotantoyksikön maahan. Paikallisesti valmistetut sirut nimetään&", luotetut lähteet &"; ja sitä voidaan käyttää tuotteissa CCTV -kameroista 5G -laitteisiin. Intia kutsui joulukuussa&"kiinnostuksenilmaisut &"; sirunvalmistajilta valmistusyksiköiden perustamisesta maahan tai tällaisten yksiköiden hankkimisesta.
& #39: ssä on kyse puolijohteiden valmistuksen omavaraisuuden saavuttamisesta, tietoturvan paremmasta valvonnasta ja sen estämisestä, että nykyisen puolijohteiden toimitusketjun tietyt jäsenet pitävät lunnaita ympäri maailmaa.
On selvää, että puolijohteet muuttavat pelisääntöjä modernissa, nopeasti muuttuvassa maailmassa. On selvää, että puolijohdeteollisuus kohtaa uusia haasteita. Selvyyden vuoksi hallitukset ympäri maailmaa ovat nyt kriisinhallintatilassa, ja lähitulevaisuudessa puolijohteet saavat&", kriittisen infrastruktuurin &". asema useimmissa maissa.