Расскажите о перспективах полупроводниковой техники кратко

Обновлено: 02.06.2024

Полупроводники применяются в различных областях науки и техники. Очевидно, что важнейшим для развития радиоэлектроники было изучение и использование свойств p-n-переходов.

Основное свойство p-n-перехода — его односторонняя проводимость — используется для выпрямления переменных токов. Сегодня выпрямители изготавливаются преимущественно на основе силиция. Их используют в радиотехнике, автоматике, электротранспорте и электрометаллургии. Полупроводниковые выпрямители чрезвычайно экономные и надежные. Особое значение развитие полупроводниковой техники имеет для создания современных электронно-вычислительных машин.

Считается, что эпоха FinFET транзисторов в полупроводниковых технологиях зашла далеко за рамки первоначальных прогнозов. Концепция расширения транзисторных каналов в третье измерение для улучшения электростатики затвора и управления проводимостью в канале впервые появилась на рынке под названием Intel Tri-Gate. Производители сохранили жизнеспособность finFET транзисторов за счет 5-нанометрового техпроцесса и (среди прочих инноваций) использования каналов с высокой мобильностью, в которых используются альтернативы чистому кремнию.

Несмотря на то, что некоторые эксперты предрекали закат этой технологии раньше остальных, ее конец действительно приближается. Поскольку в 2020 чипы производились по 5-нм техпроцессу, в процессорах от Apple используются finFET транзисторы от TSMC. TSMC – одна из компаний, планирующих выжать из технологии finFET еще одно поколение чипов, поскольку она уже объявила о планах создания чипов по 3-нм техпроцессу.

Snapdragon 888 — скоро появится в телефонах

Qualcomm Snapdragon 888

Новый Snapdragon 888 станет третьим крупным устройством от TSMC, собранным на 5-нм техпроцессе – самой передовой технологии массового производства (Apple A14 и M1 выйдут на рынок первыми). Так получилось, что он также является вторым процессором для мобильных приложений, но Snapdragon 888 превосходит конкурентов по нескольким ключевым аспектам.

Среди основных улучшений в 888 можно выделить функционал для работы камеры, производительности в играх и ИИ. Как отметил Джим МакГрегор в своем репортаже о Snapdragon Tech Summit, новый Snapdragon “будет оснащен радиочастотным модемом X60; усовершенствованным движком для ИИ 6-го поколения с новым процессором Hexagon; новым узлом датчиков и новым графическим процессором Adreno с большей производительностью по сравнению с предыдущим поколением. Общая производительность процессора будет составлять 26 TOPS”.

Функциональные возможности работы с камерой немного завышены, это было подробно описано во второй статье МакГрегора о фотографии и играх. В Snapdragon 888 будут использоваться три процессора для работы с изображениями, которые могут работать со скоростью 2,7 гигапикселя в секунду. Серьезные фотографы могут посетовать, что это гонка пикселей, но обычным людям три отдельных узла обработки изображений в 888 позволят одновременно снимать 4K-фотографии или видео в 10-битном HDR – причем каждый из трех может делать это параллельно с остальными. Неплохо.

Главной вехой с точки зрения функциональности чипа стало включение в систему на кристалле полноценного модема 5G – в Snapdragon 888 используется модем X60 5G. В Apple A14 5G модема нет. В семействе iPhone 12 использовались отдельно упакованные модемы Qualcomm X55 и компоненты от Qualcomm (такие как трансивер SDR865).

Ряд компаний, занимающихся мобильными телефонами, объявили, что будут использовать в своих устройствах Snapdragon 888. Некоторые из этих устройств могут выйти еще до того, как на Таймс-сквер опустится новогодний шар. Благодаря целому ряду характеристик и особенностей, Snapdragon 888 может стать одним из самых популярных чипов в 2021 году (хотя, вероятно, не единственным). Одна из важнейших технологических вех 2020 года – появление собственных ARM-процессоров в компьютерах от Apple. Есть некоторые признаки того, что Microsoft последует их примеру.

Чиплеты

Горячей темой (зачастую бурно обсуждаемой – например в комментариях к посту о разговоре Брайана Сантои с Рамуне Нагисетти из Intel) также стал переход от систем на чипах к системам в корпусе, в которых используются чиплеты. Забавно, что эта технология становится популярной во времена социального дистанцирования. Технология имитирует жизнь – функциональные блоки в этих схемах разведены и объединены в чиплеты, а чиплеты размещаются на подложках.

С точки зрения архитектуры и материалов, уже существует множество решений, результаты работы которых проверены – от промежуточных кремниевых 2.5D модулей с высокоскоростной памятью для высокопроизводительных вычислений и графических ускорителей до экономичных Fo-WLP решений от TSMC. В настоящее время доступны варианты применения этой технологии для широкого спектра приложений.

Существует множество систем, адаптированных к конкретным потребностям

Впрочем, для создания экосистемы чиплетов нужно еще много работать – особенно в области стандартизации. Вряд ли эта работа будет завершена в следующем году, но стоит ожидать серьезных успехов в этом направлении. Принципы экономики приведут на этот рынок новых игроков, особенно учитывая потребность военных в передовых технологиях.

Чтобы создать экосистему для компаний, не работающих на рынке чипов, и дать им возможность использовать все преимущества этой архитектуры, необходима стандартизация взаимодействия чиплетов. Для этого существует несколько подходов. Для развития в этой области нужно время, а в наступающем году можно будет увидеть появление новых подходов к решению этой задачи. Для соединения чипов существует ряд запатентованных схем и технологий, но ключом к этому подходу станет реализация взаимодействия микросхем и возможность интеграции функциональных блоков в максимально широкий спектр приложений. Иными словами, должен появиться рынок для поставщиков чиплетов.

Иллюстрация из презентации Лизы Су из AMD на конференции IEDM в 2017 году

Также существует усовершенствованная интерфейсная шина (AIB) от Intel, которую компания предоставляет по бесплатной лицензии с 2019 года. В спецификации AIB указана передача данных со скоростью 2 ГБ/с на провод с каналами по 40 проводов. Каналы, которые используются в настоящее время, поддерживают до 160 проводов. Стандарт AIB создан с учетом технологии EMIB. Первое поколение AIB было использована в чипах Intel Stratix 10. Intel обещает, что использование AIB обеспечит снижение задержек по сравнению с использованием сериализаторов/десериализаторов, что делает эту технологию более подходящей для создания широкого спектра чиплетов.

Существуют и другие подключения. Группа Open Domain-Specific Architecture (ODSA) работает над двумя сквозными интерфейсами — Bunch of Wires (BoW) и OpenHBI. Дело в том, что в настоящее время в этой области существует большое разнообразие технологий и их реализаций. Как только компании придут к соглашениям в области методов взаимодействия, жизнеспособность чиплетов будет расти. Я поддерживаю BoW – чисто из-за названия.

Технологическая Холодная война

Инициативы правительства США получили заслуженное освещение в СМИ в 2020 году.

2020 год также отметился торговой войной между США и Китаем, важной частью которой была полупроводниковая промышленность. В своих текстах, опубликованных несколько месяцев назад, Джунко Йошида осветила положение дел в этом конфликте. Редакция EETimes начала специальный проект, посвященный этой теме: The New Tech Cold War.

Никто не сомневается в том, что бизнес по производству микросхем – стратегический, и что правительство США его захватит. Среди предпринятых шагов стоит выделить запрет американским компаниям-производителям микросхем поставлять оборудование китайским компаниям – в первую очередь Huawei. Внутреннее производство микросхем в Китае испытывает трудности, особенно в отношении новейших технологий – страна зависит от иностранного производства. Некоторые эксперты считают, что развитие китайской полупроводниковой индустрии неизбежно, хотя правительство США решило лишить Китай инструментов, необходимых для ее развития.

Поскольку Китай полностью зависит от Тайваня в плане современных процессов производства потребительских устройств и телекоммуникационного оборудования, на TSMC были наложены ограничения на поставки китайским компаниями – таким как HiSilicon.

История и нынешняя торговая позиция оставляют Тайвань в незавидном положении – страна находится в тени одной сверхдержавы и тесно связана с её принципиальным противником. Сложившаяся ситуация располагает к появлению множества спекуляций (причем зачастую весьма неочевидных).

В недавней статье NY Times все это изложено прямо в заголовке: "Тайвань – самая важная страна в мире". В ней Ручир Шарма кратко излагает историю Тайваня и делает акцент на беспрецедентном прогрессе TSMC.

Дэвид Пирсон и Мишель Юн более подробно рассказывают о торговых войнах в LA Times. Название их статьи предназначено для более широкой аудитории и вызовет у читателей EETimes усмешку: "Одну из важнейших мировых компаний, о которой вы никогда не слышали, втягивают в соперничество США и Китая". Впрочем, статья достойна внимания.

Поскольку в январе в США собираются приветствовать нового президента, мне интересно, как новая администрация повлияет на технологическую холодную войну. Многие ожидают, что Белый дом при Байдене радикально изменит свою политику относительно последних четырех лет, но проявятся ли эти перемены в отношениях с Китаем?

Последняя мысль о технологической холодной войне: вероятно, нам стоит задуматься о том, стоит ли обращать на нее внимание. В своей статье для Forbes Джордж Кэлхун пишет о том, почему США продолжить доминировать в полупроводниковом бизнесе, а также рассуждает о сложных задачах, которые предстоит решить Китаю.

Важной вехой в технологической холодной войне стало объявление о том, что TSMC построит фабрику в Аризоне. Некоторые ставят под сомнение осуществимость этого проекта, но я думаю, что мы увидим дальнейший прогресс в достижении этой цели в 2021 году (хотя продвижение может быть медленным).

Intel

НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.

У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.

В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.

Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.

Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Развитие полупроводниковой техники создало предпосылки для применения бесконтактных систем управления постоянного тока, которые отличаются лучшими регулировочными свойствами, большей гибкостью, чем релейно-контактн Ые системы. [1]

Развитие полупроводниковой техники привело к созданию малогабаритных терморезисторов, которые в сочетании с глубоким охлаждением позволяют получить высокую чувствительность, быстродействие и увеличить Хк. [2]

Развитие полупроводниковой техники должно сопровождаться повышением надежности и снижением стоимости электронных схем. [3]

Развитие полупроводниковой техники привело к созданию полупроводниковых приборов ( 1949 г.), которые по надежности, габаритам и потребляемой мощности значительно превосходили электронные лампы. С момента освоения промышленного производства полупроводниковых приборов полупроводники начинают активно вытеснять электронные лампы и на смену первому поколению электронных машин ( 1945 - 1955 гг.) приходит второе поколение - поколение полупроводниковых машин. Использование полупроводников позволило не только улучшить эксплуатационные характеристики вычислительных машин, но, что наиболее важно, позволило расширить область применения вычислительной техники. Цифровые вычислительные машины, построенные на полупроводниковых приборах, начинают применяться в системах управления реальными объектами, в автоматизированных системах сбора и обработки информации. [4]

Развитие полупроводниковой техники , выпуск тиристоров на большие токи и высокие напряжения привели к созданию статических преобразователей частоты для плавного регулирования скорости асинхронных короткозамкнутых двигателей, которые могут быть применены для регулируемых приводов металлорежущих станков. В приводах подач используется также ступенчатое и бесступенчатое регулирование скорости. В станках небольших и средних размеров ( токарных, карусельных, сверлильных) подача производится от главного привода через коробки передач. Ступенчатое регулирование скорости в механизмах подач осуществляется многоскоростными асинхронными двигателями, а также электродвигателями постоянного тока. [6]

Развитие полупроводниковой техники привело к созданию полупроводниковых приборов, которые по надежности, габаритам и потребляемой мощности значительно превосходят электронные лампы. С момента освоения промышленного производства полупроводниковых приборов они начинают активно вытеснять электронные лампы. В результате на смену первому поколению ламповых вычислительных машин приходит второе поколение вычислительных машин - полупроводниковых. [7]

Развитие полупроводниковой техники привело к созданию полупроводниковых приборов, которые имеют значительное преимущество по сравнению с электронными лампами по надежности, габаритным размерам, потребляемой мощности и мощности, бесполезно расходуемой на нагрев. [8]

Развитие полупроводниковой техники и создание мощных управляемых вентилей в ближайшие годы значительно изменят структуру автоматизированного электропривода подъемных машин и особенно лифтов, работающих на постоянном и переменном токе. В настоящее время в отечественной и зарубежной практике находят применение тиристорные системы питания автоматизированных электроприводов постоянного тока. [9]

Развитие полупроводниковой техники , которое в ближайшие годы должно обеспечить значительное улучшение технических характеристик и снижение стоимости кремниевых выпрямителей, тиристоров и транзисторов, приведет к дальнейшему расширению применения регулируемых приводов постоянного тока в машиностроении. [10]

Развитие полупроводниковой техники и электронных приборов привело к созданию принципиально новых электрических аппаратов, осуществляющих коммутацию электрической цепи не замыканием и размыканием ( видимый разрыв) ее, а отпиранием и запиранием ( разрыв отсутствует) ее. [11]

С развитием полупроводниковой техники оказалось возможным избавиться от недостатков, присущих системе Г - Д, путем использования вместо генератора с приводным двигателем полупроводникового ( тиристорного) преобразователя переменного тока в постоянный с регулируемым напряжением. [12]

С развитием полупроводниковой техники ее элементы стали широко использоваться в регуляторах-стабилизаторах. В большинстве схем полупроводниковые приборы применяются совместно с различного рода магнитными элементами: трансформаторами, реакторами и др. Поэтому такие регуляторы-стабилизаторы принято называть магнитно-полупроводниковыми. [14]

Полупроводники – это мозг современной электроники, позволяющий использовать передовые технологии в здравоохранении, связи, вычислениях, транспорте и других сферах. В 2020 году мировые продажи полупроводников увеличились на 5,4 %, что свидетельствует о растущем спросе на микросхемы на целых рынках.

В автопромышленной сфере чипы сделали автомобили в геометрической прогрессии умнее, безопаснее и эффективнее, но глобальная нехватка определенных полупроводников повлияла на рынок, замедлив производство некоторых моделей.
Дефицит в значительной степени является результатом значительных колебаний спроса из-за пандемии и увеличения использования полупроводников в современных транспортных средствах.
Полупроводниковая промышленность усердно работает над наращиванием производства для удовлетворения возобновившегося спроса.

Рынок: полупроводников в 2021 году: ситуация и прогнозы

Мировая выручка от продажи полупроводников выросла в 2020 году, несмотря на COVID-19, и прогнозируется дальнейший рост в 2021 году. Рынку полупроводников в 2020 году удалось показать лучшие результаты, благодаря росту облачных вычислений и спросу на устройства для поддержки удаленной работы и обучения. Согласно прогнозам Semiconductor Applications Forecaster (SAF), мировая выручка от производства полупроводников выросла до 442 млрд долларов в 2020 году, что на 5,4% больше, чем в 2019 году. Рынки DRAM (тип компьютерной памяти с использованием полупроводниковых материалов) и NAND (разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти) также восстановились после неудачного 2019 года, увеличившись на 4% и 32,9% соответственно. По прогнозам, рынок полупроводников достигнет 476 млрд долларов в 2021 году, что означает рост на 7,7% в годовом исчислении по мере распространения различных вакцин против COVID-19 и начала постепенного восстановления экономики.

Рынок полупроводников в вычислительных системах, таких как ПК и серверы, опередил рынок полупроводников в целом, увеличившись на 10,9% в годовом исчислении до 152 млрд долларов в 2020 году.
Меры по борьбе с инфекцией COVID-19 вынуждали рабочих и студентов оставаться дома, что вынудило корпорации и потребителей приобретать ПК.
Кроме того, рассредоточение рабочих и студентов из централизованных мест вынудило поставщиков облачных услуг, поставщиков телекоммуникационных услуг и корпоративных ИТ-отделов инвестировать в свою вычислительную инфраструктуру.
Выручка от компьютерных систем может вырасти на 6,3% до 161 млрд долларов в 2021 году.

Драйверы роста полупроводникового сектора

Смартфоны, поле автомобилей, были вторым по величине драйвером спроса в 2020 году, при этом рост количества телефонов 5G значительно ускорился. Здоровая конкуренция за более дешевые стандарты платформ 5G привела к тому, что телефоны 5G продавались в широком диапазоне цен, чтобы охватить более широкий круг потребителей.

Планируется, что выручка от производства полупроводников для мобильных телефонов вырастет на 11,4% в 2021 году до 128 млрд долларов.

Рынки автомобильных и промышленных полупроводников (продажи и производство) также пострадали от COVID-19, потому что под ударом оказались цепочки поставок. Продажи улучшились лишь в третьем квартале 2020 года. Автопром по настоящее время сталкивается с перебоями производства из-за нехватки полупроводников, потому что некоторые полупроводниковые предприятия распределяют производство. Продажи автомобилей в 2020 году снизились на 14,5% до 71 млн единиц, в результате чего выручка производства полупроводников для них снизилась на 8,4% до 37 млрд долларов.
Содержание полупроводников в транспортных средствах продолжает набирать спрос, потому что обеспечивает электрификацию, информационно-развлекательные и коммуникационные технологии, а также ADA. По прогнозам SAF, к 2021 году выручка от продаж автомобильных полупроводников без памяти вырастет на 12,6%.

Ассоциация полупроводниковой промышленности (SIA) объявила в феврале, что глобальные продажи полупроводниковой промышленности в январе 2021 года составили 40,0 млрд долларов США, что на 13,2% больше, чем в январе 2020 года (35,3 млрд долларов США), и на 1,0% больше, чем в декабре 2020 года (39,6 млрд долларов). Ежемесячные продажи составляются организацией World Semiconductor Trade Statistics (WSTS) и представляют собой трехмесячное скользящее среднее. SIA представляет 98% полупроводниковой промышленности США по объему выручки и почти две трети компаний, выпускающих микросхемы за пределами США.

В региональном разрезе продажи на рынке Северной и Южной Америки заметно увеличились на 19,8% в 2020 году.
Китай остался крупнейшим отдельным рынком полупроводников, объем продаж на котором составил 151,7 млрд долларов в 2020 году, увеличившись на 5,0%.
Годовые продажи в Азиатско-Тихоокеанском регионе в 2020 году также увеличились на 5,3% и в Японии на 1,0%, но снизились в Европе (-6,0%).
Продажи за декабрь 2020 года незначительно выросли по сравнению с ноябрем 2020 года в Азиатско-Тихоокеанском регионе на 0,8% и в Японии на 0,1%, но упали в Европе (-0,2%), Северной и Южной Америке (-3,0%) и Китае. (-4,5%).

Сегменты полупроводниковой продукции

В 2020 году выделялось несколько сегментов полупроводниковой продукции. Логика (117,5 млрд долларов в продажах в 2020 году) и память (117,3 млрд долларов) были крупнейшими категориями полупроводников по объемам продаж. Годовые продажи логических продуктов увеличились на 10,3% по сравнению с 2019 годом, в то время как продажи продуктов памяти выросли на 10,2%. В категории памяти, годовые продажи флеш-продуктов NAND выросли на 23,1% до 49,5 млрд долларов в 2020 году.
Продажи микро-ИС – категории, которая включает микропроцессоры – увеличились на 4,8% до 69,6 млрд долларов в 2020 году. А вместе оба сегмента увеличились на 5,2% в 2020 году, и эта категория достигла рекордного уровня общих продаж.

Читайте также: