👐🏼 🦗 🥛 من هو في العالم الإلكترونيات الدقيقة 🎌 🆑 🤜

أخبار نموذجية عن الإلكترونيات في أوائل عام 2020: "ربما لن تقدم Intel أمر إنتاج مع TSMC ، لكنها تفكر في شراكة مع GlobalFoundries." من هم Intel - يفهم الجميع ، ولكن ما هي GlobalFoundries و TSMC؟ عندما كانت الأشجار كبيرة ، أنتجت كل شركة إلكترونية دقيقة بشكل مستقل دوائرها الدقيقة الخاصة بها ، أو حتى المعدات القائمة عليها ، مثل بعض Toshiba أو IBM. منذ ذلك الحين ، تدفقت الكثير من المياه ، وارتفع سعر الإنتاج ، وزاد تعقيد الأجهزة ، وشاركت عشرات الشركات ذات التقنية العالية من ثلاث قارات في إنشاء مثل هذا الجهاز الدنيوي واسع الانتشار مثل iPhone. يقدر حجم السوق العالمية لرقائق وأشباه الموصلات بأكثر من 400 مليار دولار ،ولكن ليس كل عمالقة هذا السوق يتعاملون مع المستخدمين النهائيين وغالبًا ما يظهرون في الأخبار. ولكن عندما تظهر - يمكن أن تكون مربكة. لمنع حدوث ذلك ، سأحاول أن أصف بإيجاز من هو.

إخلاء مسؤولية مهم: سيكون هناك الكثير من الأرقام في المقالة ، خاصة المالية ، ولكن يرجى مراعاة أنني لست محللًا ماليًا حقيقيًا ، ولكن فقط مهندسًا مسلحًا بـ Google.

سوق

لنبدأ بالسوق التي تحاول فيها شركات أشباه الموصلات كسب المال. يقدر حجمها السنوي اعتبارًا من عام 2019 بنحو 400-500 مليار دولار من الإيرادات السنوية. سبب هذا الانتشار الواسع هو حقيقة أنه بسبب الحرب التجارية الأمريكية الصينية ، بدلاً من النمو المتوقع ، كان هناك انخفاض ، بحيث ، من ناحية أخرى ، فإن التقدير الأقل أقرب إلى الحالة الفعلية ، ولكن يظهر الجزء العلوي إلى أين يمكن أن يذهب السوق الآن إذا هدأ الوضع الجيوسياسي . على سبيل المقارنة ، تجاوزت السوق العالمية للأجهزة الطرفية الإلكترونية أكثر من واحد ونصف تريليون دولار ، بما في ذلك الهواتف الذكية في عام 2018 تجاوزت 480 مليار دولار. مقارنة بالسوق الإلكترونية غير (تمامًا) ، تتلقى شركات صناعة السيارات في جميع أنحاء العالم 450 مليار في ربع واحد.

الشكل 1. سوق (الإيرادات) الإلكترونيات الدقيقة العالمية من قبل المستهلك النهائي.

إن التقسيم في هذا الرقم غامض للغاية ، لكننا سنفترض أنه يعطي فكرة عامة. ربما يتم تضمين الخوادم في الكمبيوتر ، والاتصالات هي الهواتف الذكية بشكل أساسي. أود أيضًا أن أشير إلى 1 ٪ من طلب الدولة (يضحك مهندسو الإلكترونيات الروس بعصبية) و 12 ٪ من صناعة السيارات. هذه الـ 12 ٪ مهمة في ذلك ، على عكس الأسواق الأخرى الأكثر أو أقل فهماً ومفهومة ، فإن عدد الإلكترونيات في السيارات ينمو بسرعة - هذه أنظمة مساعدة السائق ، محرك كهربائي ، ويعرض فقط بدلاً من مقاييس الطلب على اللوحة.

الشكل 2: السوق (الإلكترونيات) العالمية للإلكترونيات الدقيقة حسب نوع المنتج. مصدر

في هذا الشكل ، نرى أي رقائق المباعة. يرجى ملاحظة أن هذه ليست قطع ، ولكن المال. إن 5٪ من المكونات المنفصلة في القطع ستعطي أكثر من مائة دولار من المعالجات الدقيقة. أكبر حصة في الذاكرة ، وهي بشكل رئيسي DDR وفلاش. أحجام السوق هي أن الشركات المصنعة الرئيسية مشغولة فقط بالذاكرة أو تقريبًا بالذاكرة فقط. وييسر ذلك أيضًا حقيقة أن كلاً من DDR والفلاش متعدد المستويات يتطلب خيارات تقنية خاصة لا توجد عادةً في عمليات التطبيقات الأخرى. المنطق هو جميع الدوائر الرقمية التي ليست ذاكرة أو معالجات: أجهزة المودم والواجهات ووحدات التحكم الدقيقة وما إلى ذلك. مكونات الإلكترونيات الضوئية - بشكل رئيسي مصابيح LED (تحل محل المصابيح المتوهجة بنشاط) والعناصر الحساسة لكاميرات الصور والفيديو. الآن دعنا نرىالذي يجني كل هذه الأموال المجنونة.

الأكبر

الجدول 1. أكبر 10 شركات أشباه الموصلات حسب الإيرادات في عام 2019.

ما الذي نراه هنا؟ مع Intel و Samsung و Toshiba و Nvidia ، كل شيء أكثر أو أقل وضوحًا ، هذه الشركات في جلسة استماع باستمرار. يتخصص SK Hynix (قسم أشباه الموصلات سابقًا لشركة Hyundai) وميكرون في الذاكرة. TSMC هي أكبر شركة مصنعة للعقود في العالم (المزيد عن هذا لاحقًا). تعد Broadcom و Qualcomm رائدين في رقائق الاتصالات ، بينما شركة Texas Instruments رائدة في مجال رقائق التناظرية. من الجدير بالذكر أن هذه الشركات العشر تمثل ثلثي السوق بالكامل ، وجميع الشركات الأخرى تجمع بشكل أساسي ما لم يحصل العمالقة على أيديهم. ومع ذلك ، فإن الثلث المتبقي من السوق لا يزال ضخمًا ، والعديد من الشركات الكبرى والصغيرة تعمل عليه ، والعديد منها يتخذ قرارات فريدة ، وإن كانت متخصصة.

من الإضافات المهمة للجدول أنها تظهر فقط الإيرادات من مبيعات الرقائق الدقيقة. على سبيل المثال ، يبلغ إجمالي إيرادات Toshiba حوالي ثلاثة أضعاف دخل قسم أشباه الموصلات. يبلغ إجمالي الإيرادات السنوية لشركة Samsung أكثر من مائتي مليار دولار. كمعايير للمقارنة ، يمكنك استخدام Apple (حوالي 260 ، التي يتوافق تصميمها الخاص مع رقاقة حوالي 7 مليارات) ، Microsoft (125) ، Gazprom (120). يمكن توضيح حجم الإلكترونيات الروسية بأحجام Rostec (28 مليار دولار) وميكرون (0.16 مليار دولار).

شيء آخر - ثلاث شركات من القائمة (Broadcom و Qualcomm و Nvidia) ليس لديها إنتاج رقائق خاص بها على الإطلاق. بمصادفة مضحكة ، كل الثلاثة ، كونهم عظماء ما يسمى بالنموذج fabless ، يستعينون بمصادر خارجية لإنتاج رقائقهم في مصنع TSMC التايواني (على الرغم من أنه ليس فقط عليه). تقوم العديد من الشركات بإنتاجها الخاص ، ولكن تقديم الطلبات للمسبك على أصغر معايير التصميم ، وبالتالي أغلىها ، تفعل نفس الشيء.

الشكل 3. أحد لوحات iphone 3G (2008).

الشكل 4. لوحان مع iPhone XS (2018).

في هذين الرقمين ، يمكنك أن ترى كيف تقدم التكامل في الإلكترونيات التجارية على مدى عقد من الزمان. بدلاً من مجموعة كبيرة من الدوائر الصغيرة الصغيرة والمكونات السلبية المنفصلة ، فإن كل ما هو ممكن معبأ الآن في أنظمة وظيفية معقدة على رقاقة - من أجل تقليل مساحة وحجم اللوحة ، وتقليل استهلاك الطاقة وتخفيض الإنتاج. في الوقت نفسه ، يمكن للمرء أن يلاحظ كيف عززت شركة آبل تطوير رقائقها الخاصة في عشر سنوات. ومنذ إطلاق iPhone XS في الصورة ، تم شراء يابلوكو من قبل فرق جعلت معظم الرقائق التي تحمل علامة منتجات إنتل (أجهزة المودم ، المنافسون الرئيسيون لشركة كوالكوم) و Dialog (رقائق إدارة الطاقة) في الأرقام. ولكن حتى مع أخذ ذلك في الاعتبار ، يمكن للمرء أن يرى أن الهاتف الخلوي التافه هو نتاج تعاون لعشرات الشركات الإلكترونية الدقيقة والذي يعرف أيضًا عدد الشركاتمورديهم والمقاولين من الباطن.

إنتاج

كما ترى ، يوجد في أعلى الجدول 1 شركات من أربع دول: الولايات المتحدة الأمريكية واليابان وكوريا وتايوان. هل يعني هذا أن الإنتاج العالمي الكامل للدوائر الدقيقة يتركز في هذه البلدان؟ نعم و لا. حول حقيقة أن ثلاث شركات على الأقل من أصل عشر تنتج رقائقها في تايوان ، سبق أن قلت. هناك مصانع Intel ، إلى جانب الولايات المتحدة الأمريكية ، في إسرائيل وأيرلندا ، ومصانع Micron الأمريكية أيضًا في تايوان وسنغافورة واليابان. بشكل عام ، تبدو صورة الإنتاج العالمي كما يلي:

الشكل 5. الإنتاج العالمي لأشباه الموصلات حسب المنطقة ، بآلاف ما يعادل مائتي وافر شهريًا.

كما ترون ، تمثل تايوان وكوريا واليابان أكثر من نصف الإنتاج العالمي ، وإذا أضفت الصين وسنغافورة وماليزيا ، التي تحتل جزءًا كبيرًا من "بقية العالم" ، فإن جنوب شرق آسيا ستحتل ثلاثة أرباع الإنتاج العالمي. يرجى ملاحظة أن الرقم لا يظهر المال ، ولكن عدد اللوحات. في الوقت نفسه ، فإن اللوحات المصنوعة وفقًا لمعايير تصميم أكثر دقة هي أغلى ثمناً وعادةً ما تحقق المزيد من الأرباح. إذا أخذت في الاعتبار معايير التصميم ، فإن الصورة تكون أكثر إثارة للاهتمام.

الشكل 6. توزيع الإنتاج العالمي للرقائق حسب معايير التصميم.

ماذا نرى في هذا الرقم؟ الأول هو أن نصف الإنتاج العالمي يتم وفقًا لمعايير 28 نانومتر وأعلى (وهذا النصف في الحجم يعطي أكثر من ثلثي المال). الثاني - المعايير الأكثر دقة تم تطويرها بشكل غير متناسب في اليابان وكوريا (وهذا نتيجة لوضع مصانع متخصصة للذاكرة هناك) ، في حين أن معايير الإنتاج التايواني الذي يتم التعاقد عليه في الغالب أكثر توزيعاً. ثالثاً ، غياب الهند. ومن المفارقات ، أن الحقيقة هي أنه في الهند لا يوجد حتى الآن إنتاج أشباه الموصلات على الإطلاق ، وبصفة عامة ، كانت الإلكترونيات الدقيقة فيها متخلفة للغاية حتى وقت قريب. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، فإن المبرمجين الهنود المشهورين في مجال الاستعانة بمصادر خارجية يتقنون أيضًا تصميم الدوائر المصغرة أيضًا ، كما أن التطور في الهند ينمو بسرعة فائقة بسبب الجمع الممتاز بين الجودة وتكلفة العمالة. والرابع - بين المناطق ،حيث لا يزال هناك تصنيع للرقائق ، من الواضح أن أوروبا متخلفة. في العالم القديم ، في الواقع ، لا يوجد سوى أربعة مصانع 300 ملم: مصنع Intel في أيرلندا ، ومصنع STM في French Croll ، ومصنع GlobalFoundries في دريسدن (هذا هو نفس مصنع AMD الذي تم شراء معداته القديمة من قبل Angstrom-T التي عانت طويلاً) ومصنع Infineon أيضًا في دريسدن. بدأ بناء مصنع STM آخر قريبًا في ميلانو ، وهذا كل ما في الأمر.

ومع ذلك ، فإن معايير التصميم القديمة هي أيضًا سوق بمليارات الدولارات ، ومع الاستخدام الماهر ، يمكن أن تحقق هذه المصانع أرباحًا كبيرة. يتم إعادة تصميم المعدات القديمة لإنتاج إلكترونيات الطاقة ، و MEMS ، ومصابيح LED ، وحتى المكونات المنفصلة. إن الموضة الحديثة في المعدات المصممة للعمل مع رقائق 100 و 150 مم هي الانتقال إلى كربيد السيليكون ، الذي يحظى بشعبية كبيرة في إلكترونيات الطاقة سريعة النمو. على سبيل المثال ، قامت STM بمصنعها في صقلية كاتانيا ، والآن بدلاً من الغطاء النباتي ، فهي المورد الرئيسي لترانزستورات الطاقة لنموذج Tesla 3. المصانع التي تحتوي على رقائق 200 مم بالفعل تتقن عناصر السيليكون المنفصلة مع القوة والرئيس - وستكون نفس الكربيد هي الخطوة التالية بالنسبة لهم.

الشكل 7. مقارنة الإنتاج على لوحات 200 مم في عامي 2006 و 2018. يرجى ملاحظة أن إجمالي حجم الإنتاج لم ينخفض تقريبًا ، على الرغم من التقادم الواضح لمعايير التصميم (200 مم هو 130 نانومتر أو أكثر). يظهر "دليل" التقادم بوضوح على التغير في حصة الذاكرة في الحجم الإجمالي للإنتاج: لا يوجد سبب للبقاء في معايير أكثر سمكًا في حالة توفر المعايير الرفيعة.

معدات

إحدى المشاكل الرئيسية للإنتاج الإلكترونيات الدقيقة هي ارتفاعها السريع في السعر مع كل خطوة جديدة من معايير التصميم. تكلف المصانع الحديثة مليارات ، أو حتى عشرات المليارات من الدولارات ، وأسعار المصانع التكنولوجية تبلغ عشرات الملايين لكل منهما. يبلغ إجمالي السوق السنوي لتصنيع المعدات حوالي 50 مليار دولار.

2. .

في إنتاج المعدات ، بشكل عام ، هناك فقط الولايات المتحدة واليابان. فقط الشركة الهولندية ASML ، التي تعمل في مجال ضيق نسبيًا - الطباعة الحجرية - ولكن لديها أكثر من 80 ٪ من السوق العالمية (تناضل كانون ونيكون من أجل الباقي) ، تقع خارج الصورة العامة. علاوة على ذلك ، وفقًا لمعايير التصميم المتقدمة ، تعتبر ASML محتكرًا ، وهو أمر مثير للدهشة للغاية بالنسبة لي ، وهذا يؤدي من وقت لآخر إلى عواقب مثيرة للاهتمام. على سبيل المثال ، في الآونة الأخيرة ، واجه برنامج تحديث الإلكترونيات الدقيقة الصيني حقيقة أن الحكومة الهولندية ، بناء على طلب من الولايات المتحدة ، منعت ASML من تزويد الصين بأحدث تقنيات الطباعة الحجرية. بشكل عام ، هناك قيود ITAR لهذه الأغراض ، ولكن لمفاجأة الأمريكيين ، تبين أن منتجات ASML تحتوي على أقل من 25 ٪ المطلوبة من التقنيات الأمريكية ، وبدلاً من حظر أصحاب المنازل المعتاد ، اضطررت إلى الانحناء إلى الهولنديين.

مسبك

كما قلت أعلاه ، عندما كانت معدات الإنتاج رخيصة ، قامت جميع شركات الإلكترونيات الدقيقة نفسها بتطوير وتصنيع دوائرها الدقيقة الخاصة بها ، وكان لدى العديد من الشركات المصنعة للمعدات الإلكترونية إنتاجها للدوائر الصغيرة لتلبية الاحتياجات المحلية. ولكن بالفعل في السبعينيات ، بدأ عتبة الدخول في النمو ، وأصبح من الصعب جدًا على الشركات الناشئة الواعدة دخول السوق. لحل هذه المشكلة ، تم إنشاء شركة MOSIS في جامعة ISI في جنوب كاليفورنيا ، وجمع الطلبات الصغيرة من الجميع ووضعها في مجموعات في مصانع الشركات الكبيرة التي كانت محملة بإنتاجها الخاص. على الرغم من أن التجربة أثبتت نجاحها وساهمت بشكل كبير في تطوير الإلكترونيات الدقيقة ، بما في ذلك التجارب الأولى مع بنيات RISC ، كان لعملاء الطرف الثالث دائمًا أولوية أقل في المصانع من المصانع الداخلية ، والتي لم تساعد الأعمال.

جاءت نقطة تحول رئيسية في الصناعة من مهندس تايواني يدعى موريس تشانغ. ولد في البر الرئيسي للصين في عام 1931 ، وترك الكلية في عام 1948 للدراسة في الولايات المتحدة ، حيث حقق مهنة ناجحة في ذروتها كان نائب رئيس شركة Texas Instruments والرئيس التنفيذي لشركة General Instrument. في عام 1985 ، عندما كان تشانغ على وشك التقاعد ، دعاه مستشار رئيس تايوان ورئيس الوزراء السابق سون يون شوان (الذي يُدعى مهندس تحويل البلاد إلى قوة صناعية قوية) إلى منصب مدير معهد أبحاث التكنولوجيا الصناعية (ITRI). لذا عاد تشانغ إلى وطنه وحصل على فرصة لتنفيذ فكرته القديمة - لإنشاء مصنع لا يقوم بتطوير وبيع أي شيء ،وتركز فقط على تطوير التكنولوجيا لاحتياجات عملاء الطرف الثالث. تم تأسيس هذا المصنع في عام 1987 تحت اسم شركة تصنيع أشباه الموصلات تايوان أو TSMC.

اتضح أن نموذج أعمال TSMC كان ناجحًا للغاية وسمح بتحويل النموذج العنيف إلى قطاع مستقر ضخم للاقتصاد العالمي ، وإعطاء الشركات الصغيرة من جميع أنحاء العالم إمكانية الوصول إلى التقنيات المتقدمة ، وجعل تايوان واحدة من أهم الاقتصادات العالمية. بالطبع ، كان لدى TSMC الكثير من المتابعين ، لكن هذا المصنع هو الذي ظل الأكثر نجاحًا ، حيث كان لديه أكثر من نصف التصنيع العالمي للعقد الصغير الرقائق ويطور بنشاط معايير التصميم الأكثر تقدمًا. يتراوح عملاء TSMC من الشركات العملاقة مثل Apple و AMD إلى الشركات الصغيرة جدًا حول العالم.

الجدول 3. أكبر عقد تصنيع للرقائق الدقيقة اعتبارًا من عام 2019. بالنسبة لشركة Samsung ، يتم إعطاء الأرقام الإرشادية فقط للتصنيع التعاقدي للعملاء الخارجيين.

كما ترى ، من أجل جني أموال جيدة ، ليس من الضروري امتلاك أحدث التقنيات - على الرغم من أنه لا يزال يستحق الحصول على شيء جيد. ومع ذلك ، لا يعني حسن بالضرورة معايير التصميم. على سبيل المثال ، GlobalFoundries ، تخلت عن المعركة ضد الثلاثي TSMC-Samsung-Intel في إتقان معايير 7 نانومتر اللازمة لمعالجات شريحة المستهلكين ، اعتمدت على 12-28 نانومتر FDSOIs ، والتي تعد واعدة لإنترنت الأشياء وعمليات الميكروويف ، وعدد من العشرات تركوا وراءهم تقدم المصانع التكامل على شريحة واحدة من ترانزستورات الطاقة ذات المنطق والجهد العالي ، وعناصر لدوائر الموجات الدقيقة و "رقائق" أخرى مطلوبة في الرقائق الصناعية المتخصصة والسيارات.

8. FDSOI . FDSOI MOSFET, ( FinFET), , .

الشكل 9. تقنيات TowerJazz.

وهنا عرض المصنع الإسرائيلي الأمريكي TowerJazz (البرج هو الجزء الإسرائيلي ، والجاز هو الأمريكي). توقف المنطق الرقمي للمعالج عند مستوى 45 نانومتر ، لكن العرض نما بنشاط في العرض ، حيث غطى العديد من التطبيقات الأخرى. يمكن لثلاثة خطوط من تقنيات الترددات اللاسلكية ، وخطين من العمليات التناظرية والطاقة ، والرقائق البصرية و MEMS ، بالإضافة إلى توافر السيارات والشهادات العسكرية أن تلبي احتياجات مختلف العملاء ، وتشكل مجموعة لا تحتوي على عدد قليل من الطلبات الكبيرة ، ولكن عدد كبير من الطلبات الصغيرة.

فابليس

الجدول 4. أكبر مطوري رقائق fabless.

من بين جميع الشركات المذكورة في المقالة ، فإن المشاركين في هذا الجدول هم الأكثر فهمًا للشخص العادي. Qualcomm Snapdragon هو المعيار الفعلي للمعالجات للهواتف المحمولة على Android. تُعرف Broadcom - مجموعة متنوعة من معدات الشبكة (وشريحة في Raspberry Pi) و Mediatek و HiSilicon - كمصنعي ملحقات للهواتف ، مع أشجار التفاح و AMD كل شيء واضح بدوني. Xilinx أكثر تعقيدًا قليلاً ، ولكن كل من سمع مصطلح "FPGA" على علم بها ، ومارفيل ونوفاتيك صغيران بالفعل لدرجة أن المتخصصين واللاعبين المتبادلين فقط بحاجة إلى معرفتهم.

ولكن كيف كانت شركة قديمة ومحترمة مثل AMD بين الشركات التي ليس لديها مصانعها الخاصة؟ الجواب على هذا السؤال بسيط للغاية: في عام 2009 ، مباشرة بعد الأزمة المالية المدمرة ، قامت AMD ، كجزء من حملة انتعاش الأعمال ، بفصل إنتاجها إلى شركة منفصلة تسمى GlobalFoundries وبيعها للمستثمرين من الإمارات العربية المتحدة ، لتصبح عميلًا أساسيًا للشركة الجديدة ( في الواقع ، مجرد ترك كل شيء كما كان ، ولكن مع التخلص من تكاليف البنية التحتية). بعد ذلك ، اشترى نفس المستثمرين وانضموا إلى GloFo مصنع سنغافورة كبير تشارترد أشباه الموصلات (تشارك أيضًا مع AMD) وقسم أشباه الموصلات (بما في ذلك ، في جملة أمور ، المصانع القريبة من نيويورك التي تم قبولها في صناعة الدفاع الأمريكية). أصبح التكتل الناتج ثاني أكبر مصنع للعقود في العالم (ومع ذلك ،أصغر خمس مرات من TSMC) مع مصانع في الولايات المتحدة وألمانيا وسنغافورة. حقيقة ممتعة: GloFo هي أكبر صاحب عمل خاص في ولاية فيرمونت الأمريكية.

لم ينتهي سباق التسلح اللاحق مع القادة - TSMC و Samsung - بشكل جيد للغاية بالنسبة لـ GloFo ، مع فقدان أكبر عميل لها (AMD) نتيجة لعدم القدرة على إطلاق معايير 7 نانومتر. ومع ذلك ، كانت هذه الصدمة مفيدة للشركة وسمحت ببدء عملية التخلص من الأصول غير الملائمة وإعادة التوجيه (وإن كانت مجبرة) إلى أسواق أخرى ، ونتيجة لذلك تحسن الوضع المالي لـ GloFo بشكل ملحوظ. عادت AMD جزئيًا (لشرائح I / O ، والتي تناسب معايير 14 نانومتر) ، ظهرت الطلبات في مجالات إنترنت الأشياء و 5 G. في الأسابيع الأخيرة ، هناك أيضًا شائعات بأن المصنع لديه احتمال الحصول على عقد لذيذ من Intel ، التي تفتقر إلى قدراتها الخاصة عند 14 نانومتر. إذا تمت الصفقة ، وستنتج مصانع AMD السابقة رقائق زرقاء ، فهذا أمر مثير للسخرية.

IP و CAD

بشكل عام ، الملكية الفكرية هي ملكية فكرية ، ولكن في صناعة أشباه الموصلات ، يتم استخدام مفهوم "جوهر الملكية الفكرية" بنشاط. هذه النوى هي أجزاء كاملة من التصميمات التي لا ينتجها المطورون ، ولكنها تبيع لمطورين آخرين. يسمح هذا النهج للشركات التي تبيع الدوائر الصغيرة بشراء الكتل القياسية الجاهزة (على سبيل المثال ، وحدات التحكم في الواجهات الشائعة) ، بشكل مستقل فقط إنشاء ذلك الجزء الصغير عادة من الشريحة التي تشكل الدراية وتخلق القيمة المضافة الرئيسية. اقرأ المزيد عن النظام البيئي للملكية الفكرية هنا.والآن سأقول أن هذا السوق صغير نسبيًا (حوالي 3.5 مليار دولار) ، ولكنه ينمو بشكل مطرد (من المتوقع مضاعفة في غضون خمس سنوات) ومهم للصناعة ككل لأن وجودها يقلل بشكل كبير من وقت التسويق ويحسن جودة المعايير قطع الغيار ، التي تشارك بعمق في موضوع المهنيين (حسنًا ، من الناحية النظرية) ، وليس الفرق المساعدة لمصنعي الرقائق.

من المحتمل أنك على دراية باللاعب الرئيسي في سوق IP لأشباه الموصلات: إنها شركة ARM تقوم بتطوير نوى المعالج التي تحمل نفس الاسم وترخصها للجميع ، على سبيل المثال ، لجميع مصنعي المعالجات للهواتف المحمولة تقريبًا. تبلغ حصة ARM في سوق IP لأشباه الموصلات 45-50٪ (1.6 مليار دولار من الإيرادات في 2018) ، واللاعبان الرئيسيان الآخران هما أقسام IP الفرعية لمصنعي CAD Synopsys (629 مليون من أصل 3300) و Cadence (189 مليون من 2100). ينتشر الثلث المتبقي من السوق بالتساوي تقريبًا بين مئات الفرق الصغيرة المتخصصة في بعض المهام الضيقة.

يبلغ حجم سوق CAD الإلكتروني ، والذي يُعتبر سوق IP جزءًا منه في بعض الأحيان ، حوالي 10 مليار دولار. بالإضافة إلى Synopsys و الإيقاع المذكورين أعلاه ، فإن "الثلاثة الكبار" ، الذين يسيطرون على السوق بأكمله تقريبًا ، يشملMentor ، شركة سيمنز للأعمال (المعروفة سابقًا باسم Mentor Graphics) بإيرادات 1.3 مليار دولار. ميزة مثيرة للاهتمام لسوق CAD الإلكترونيات الدقيقة هي أن منتجات الشركات المتنافسة ليست متوافقة فقط مع بعضها البعض ، ولكن يمكن دمجها مع بعضها البعض ، مما يسمح للمطورين بتجميع مسار التصميم وفقًا لخصائص المهمة.

الشكل 10. نافذة Cadence Virtuoso وأحد علامات التبويب ، وهو في الواقع برنامج Caliber الذي طوره Mentor Graphics. كما ترون ، لم تقدم Stirlitz أي شيء ، باستثناء اللون الرمادي الأكثر دفئًا. ونعم ، يبدو برنامج تصميم الرقائق الدقيقة الحديث تمامًا مثل ذلك. لا تزال هذه واجهة رسومية ، وليست سطر أوامر.

إن لم يكن السيليكون ، فمن؟

على الرغم من الكم الهائل من الأموال المستثمرة في تطوير بدائل السيليكون ، فمن الواضح أنه لن يكون حتى في الاقتصاد والتكنولوجي ، ولكن في السقف المادي ، لا يتوقع أي شيء جوهري في السنوات القادمة. المرشحون الذين يبدو أنهم "مادة المستقبل" يأتون ويذهبون (زرنيخ الغاليوم ، وأنابيب الكربون النانوية ، والجرافين ، وما إلى ذلك) ، والترانزستورات MOS السليكونية لا تذهب إلى أي مكان. ومع ذلك ، هناك عدد غير قليل من منافذ السوق التي تتنافس فيها المواد الأخرى بنجاح مع السيليكون ، أو حتى تحل محلها تمامًا. هذه المنافذ ، من جهة ، تشكل في أفضل الأحوال نسبة مئوية قليلة من إجمالي السوق ، ومن ناحية أخرى ، نحن نتحدث عن مليارات الدولارات.

يقدر ما يقرب من مليار دولار سوق بواعث أشعة الليزر شبه الموصلة ، وهي عبارة عن تركيبات مغايرة معقدة لـ GaAs و AlGaAs و InGaAs وما إلى ذلك. بالمناسبة ، حصل Zhores Alferov على جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشاف هذه البنى غيرية. أو على سبيل المثال ، المصابيح ، المصنوعة أيضًا من الهياكل غير المتجانسة القائمة على المواد A 3 B 5 ، تخترق حياتنا اليومية بسرعة ؛ في حين أن سوق LED يساوي بضعة مليارات ، لكن سوق الإضاءة الثنائية الصمام العالمي تجاوز بالفعل خمسين ، ومن المتوقع أن يستمر في النمو على الأقل حتى تختفي المصابيح المتوهجة تمامًا.

قصة أخرى مثيرة للاهتمام هي سوق الأجهزة عالية الجهد عالية الطاقة ، حيث بدأت ترانزستورات MOS السيليكون و IGBTs في الاستسلام بسرعة إلى ترانزستورات MOS من كربيد السيليكون (SiC) وترانزستورات الحركة الإلكترونية العالية (HEMTs) على أساس نيتريد الغاليوم (GaN). ويمكن لهؤلاء وغيرهم من المبتدئين بسبب أفضل خصائص المادة تحقيق معلمات أفضل مما يمكن للسيليكون توفيره نظريًا. تأخذ الأجهزة الحديثة نفسها جزءًا من سوق الميكروويف من GaAs - بفضل ، على سبيل المثال ، إلى نطاق درجة حرارة أفضل. الأسواق الرئيسية حيث يتم تقديم منتجات جديدة هي السيارات الكهربائية والمحطات الرئيسية لشبكات 5G ، على سبيل المثال ، شواحن للهواتف المحمولة.

وفي الأخبار يكتبون بانتظام أن بعض العلماء حققوا طفرة في استخدام أشباه الموصلات الجديدة. كل هذه الرسائل ، بالطبع ، يجب أن تقسم على عشرة ، ولكن حتى مع أخذ ذلك في الاعتبار ، هناك الكثير من المواد الجديدة المثيرة للاهتمام في الطريق: أكسيد الغاليوم (Ga 2 O 3 ) ، الماس ، المتغيرات الجديدة للمركبات A 3 B 5 و A 2 B 6 ، perovskites - هذا ما رأيته في الأخبار خلال الشهرين الماضيين. لن يحل أي منها محل السليكون ، ولكنه سيجعل الألواح الشمسية لدينا أكثر كفاءة ، والإنترنت أسرع ، والليزر أكثر ملاءمة للتثبيت على الروبوتات البشرية الضخمة.

فرق بسيط

لا يقتصر سوق الإلكترونيات الدقيقة بالطبع على ما ورد أعلاه. حولها هناك العديد من الأسواق ذات الصلة ، على سبيل المثال ، معدات القياس مع عمالقة مثل Keysight (4.3 مليار) ، Rohde & Schwarz (2.04 مليار) و National Instruments (1.02 مليار). أو إنتاج رقائق السيليكون ، التي تصنع عليها الرقائق ، هو أيضًا سوق عشرة مليارات ، مع الحيتان الخاصة به ، والتي لا يسمعها الشخص العادي أبدًا. نعم ، هناك شخص عادي ، حتى أنا ، كمصمم شرائح ، لم أعرف سوى واحدة من أفضل خمس شركات مصنعة للركائز قبل بدء هذه المقالة ، وفقط لأن Soitec الفرنسية هي الرائدة في ركائز السيليكون على عازل ، ولدي اهتمام مهني. بالمناسبة ، تزداد شعبية ركائز SOI بسرعة ، والشيء المضحك هو ،الشركات الرائدة في استخدامها هي المصانع الأوروبية GlobalFoundries و STM ، التي تعمل مع عمليات FDSOI التقنية لإنترنت الأشياء ودوائر الترددات اللاسلكية المتصلة. أوه نعم ، فقط في حالة: أكبر مصنع في العالم لركائز السيليكون هي الشركة الألمانية Siltronic ، التي يقع مقرها الرئيسي في مدينة Burghausen البافارية التي يبلغ عدد سكانها ثمانية عشر ألف شخص.

الشكل 11. بانوراما بورغهاوزن.

وتعمل الرقائق الدقيقة بدورها كمواد أولية للصناعة الإلكترونية التي تبلغ قيمتها تريليون دولار والتي تغطي اليوم عمومًا جميع مجالات الحياة البشرية. علاوة على ذلك ، فإن إنتاج المنتجات النهائية دائمًا ما يكون أكثر ربحية من إنشاء قطع غيار عالمية. من ناحية أخرى ، إذا كنا لا نتحدث عن قطع الغيار ، ولكن عن شيء محدد ، ثم نصبح الأفضل في مكاننا ، فمن الممكن تمامًا بناء شركة بمليار دولار - كما يمكننا أن نرى من أمثلة Xilinx أو Qualcomm أو ، على سبيل المثال ، Skyworks - والتي تكاد تكون كبيرة مثل AMD ، التي تحتوي منتجاتها على عدد كبير من الهواتف الذكية ، ولكن ربما لا تعرف شيئًا عنها.

من ناحية أخرى ، تؤدي المنافسة في السوق إلى حقيقة أن مصنعي المنتجات النهائية يحاولون اختيار الكفاءات الأساسية الرئيسية لأنفسهم ، دون الاستعانة بمصادر خارجية - نوع من العودة الجزئية للتكامل الرأسي. بالطبع ، لا تتحدث شركات تكنولوجيا المعلومات عن بناء مصانعها الخاصة ، ولكن بدأت Google و Amazon و Facebook في إنشاء المعالجات الدقيقة للخادم ، وتقوم Huawei بتوسيع وتوسيع "HiSilicon" الإلكتروني الصغير ، وفي حالة Apple يمكننا أن نرى (على سبيل المثال ، في الشكل 3 و 4) كيف انتقلوا ، في تصميم الرقائق الدقيقة ، من مكونات خارجية تمامًا إلى أحد أفضل المعالجات في السوق ، وبعد ذلك بدأوا في شراء الأقسام ذات الصلة من مورديهم - Intel و Dialog ، ولم يهتموا بالرسومات وجذب موظفي Imagi الأمة في مبنى قريب. ومع ذلك،في الحالة الأخيرة ، لم تكن المزحة ناجحة تمامًا ، وقد أعلنت الأطراف بالفعل في عام 2020 ، بعد العديد من التهديدات المتبادلة من قبل المحاكم ، توقيع اتفاقية ترخيص جديدة. ومع ذلك ، أصبح السوق أكثر تنافسية وتنافسية ، لذا فإن رغبة عمالقة تكنولوجيا المعلومات في ضمان تفوقهم على مستوى الأجهزة أمر مفهوم تمامًا.

يمكن استكمال هذه المقالة ، إن لم يكن لواحد "لكن".

وماذا عن روسيا؟

كنت أرغب في الاستغناء عن هذا القسم لأنه محزن للغاية ، ولكنه سيكون غير شريف للقراء. لذا ، فإن حجم سوق الإلكترونيات الدقيقة الروسية هو 0.7 ٪ من السوق العالمية ، وتوفر مؤسسات صناعة الدفاع معظم هذا الحجم. وفقًا لنتائج عام 2019 ، حققت أكبر شركة مصنعة للرقائق (Mikron) إيرادات بنحو 10 مليار روبل (160 مليون دولار أو 0.5 ٪ من TSMC) وللمرة الأولى منذ عشر سنوات (!) لم يثبت أنها غير مربحة. للمقارنة ، تبلغ إيرادات Yandex لعام 2018 126 مليار روبل.

في عام 2007 ، رخصت Mikron عمليات تصنيع 180 و 90 نانومتر من الشركة الفرنسية الإيطالية ST Microelectronics. تم تصميم عمليات الميكرون بمقاييس 180 نانومتر لإنتاج علامات التردد اللاسلكي (RFID) ، والتي يمكنك العثور عليها بالفعل على تذاكر النقل العام ، وفي المستقبل ، في كل شيء يمكن تمييزه - معاطف الفراء وجوازات السفر وحتى النظارات الذكية. عند 90 نانومتر ، لا يوجد سوى إنتاج تجريبي وصغير الحجم. في الوقت نفسه ، تعمل ميكرون كمؤسسة (وفقًا لمعايير 180 و 240 نانومتر) للعديد من الشركات الروسية غير العاملة ، كونها واحدة من المراكز الرئيسية لاستبدال الواردات للدوائر الصغيرة ذات الاستخدام المزدوج المعتمد. في الوقت نفسه ، فإن مجموعة الرقائق المصنّعة ذات الغرض المزدوج واسعة جدًا ، والتداول صغير ، وبالتالي ، للحفاظ على المصنع ، فإنه يحتاج بالتأكيد إلى أوامر مدنية واسعة النطاق - والتي توفر تذاكر مترو.

12. 90 “”, “”.

ثاني أكبر إنتاج للإلكترونيات الدقيقة في روسيا ... لا ، ليس Zelenograd Angstrom ، كما قد يعتقد الكثيرون ، ولكن Bryansk Silicon El Group ، التي لديها إنتاج بمعايير تصميم 700 نانومتر (وأعلنت مؤخرًا عن تطوير 500 نانومتر وخطط ل 350 نانومتر). تبلغ عائدات الشركة في عام 2017 3 مليارات روبل ، في 2018 - 2.6 مليار روبل ، منتجات - مكونات منفصلة (الترانزستورات والثنائيات) ، ووحدات الطاقة القائمة عليها ، بالإضافة إلى رقائق الطاقة التناظرية ذات التعقيد الصغير ، والموجهة بالكامل تقريبًا لاحتياجات المجمع الصناعي العسكري. كما أن لديهم أحدث إصدارات صحيفة مصنع "كريستال" المنشورة على موقعهم على الإنترنت ، "يتم عقد" أسابيع بدون بوابات "بانتظام في موقع الإنتاج ويتم التعاون النشط مع الجامعة المحلية. بشكل عام ، أحسنت من جميع الجهات.

الشكل 13. لوحة السيليكون El تحت المجهر.

أظهر أنجستروم ، المنافس الأبدي لميكرون ، التي تحتل المرتبة الثالثة على التوالي ، إيرادات إنتاج بقيمة 2.17 مليار روبل (و 600 مليون أخرى أعطت R&D) في 2018 - وللمرة الأولى منذ عدة سنوات ، تتدلى الخسائر حول الصفر. لا تمتلك Angstrom معايير تصميم حديثة ، وبالتالي ، فإن الأخبار المثيرة للاهتمام من المؤسسة مؤخرًا تتعلق بالأجهزة القوية المنفصلة - تم تطوير خط من ترانزستورات الطاقة المقاومة للإشعاع ، ويتم التنويع في الأسواق المدنية ، وتم توقيع اتفاقية مع اليابانيين بشأن تطوير كربيد السيليكون للغاية الاتجاه الواعد لأجهزة الطاقة عالية الجهد.

الشكل 14. وحدة IGBT القوية المصنعة من قبل Angstrem. يرجى ملاحظة أن الشركة لا تقوم فقط بإنشاء الأجهزة نفسها ، ولكن أيضًا المنتجات النهائية القائمة عليها.

شركة Angstrem-T ، التي ليست جزءًا من Angstrem ، والتي وعدت ببدء الإنتاج عند 90 و 130 نانومتر على المعدات التي تم شراؤها من مصنع Dresden AMD ، شاركت في الغالب في الإفلاس وأخبار القروض طوال تاريخها. وحول حقيقة أن Mikron اقترحت بناء مصنع بمقاييس 28 نانومتر في المبنى. من الأخبار الجيدة نسبيًا ، لم يكن هناك سوى عقد هزيل لمثل هذه المؤسسة مع الصينيين للإنتاج بمقاييس 250 نانومتر ، والتي كانت على ما يبدو قطع الترانزستورات من تقنية 130 نانومتر لدوائر المدخلات والمخرجات.

إنتاج تسلسلي آخر هو Voronezh (VZPP-Mikron ، الذي تم أخذه في الاعتبار في نتائج الشركة الأم) ، والباقي مصانع تجريبية وصغيرة الحجم تركز على المجمع الصناعي العسكري ، والعديد منها لم يتم تحديثه بالفعل منذ العصر السوفييتي. بشكل منفصل ، تجدر الإشارة إلى "Integral" البيلاروسية ، التي تعمل بالكامل تقريبًا في السوق الروسية ، مع عائداتها التي تبلغ حوالي ستة مليارات روبل روسي ، والحد الأدنى من معايير التصميم 800 نانومتر والقدرة على صنع الأجهزة بجهد تشغيل يصل إلى 600 فولت.

مع تطور Fabless ، يكون الوضع أفضل إلى حد ما من الإنتاج. هناك العشرات من مراكز التصميم ذات المليارات (بالروبل ، بالطبع) من الإيرادات في روسيا ؛ لقد نجحوا في إقامة تعاون مع كل من مصانع السيليكون الأجنبية بمعدلات تصل إلى 28-16 نانومتر (بشكل أساسي مع نفس TSMC) ومع موردي IP شعبية كتل ونوى. هناك أيضًا عدة فروع لشركات أجنبية كبيرة ، على سبيل المثال Intel في نيجني نوفغورود ، حيث يعمل أكثر من ألف شخص. مشكلة الإلكترونيات الدقيقة الروسية ككل هي أنه كما هو الحال في الإنتاج ، فإن MIC تحكم أيضًا التطور ، ومعظم الرقائق التي يتم تطويرها ، على الرغم من أنها تتمتع بمزايا مهمة مثل مقاومة الإشعاع أو نطاق درجة حرارة ممتد ، غير مخصصة من حيث المبدأ للإنتاج على نطاق واسع. لدى عدد من الشركات طموحات تجارية (على سبيل المثال ، MCST ،"بايكال" و "ميلاندرا" و "مودولا") ، لكنهم جميعًا في المراحل الأولى وما زالوا موجهين نحو نظام الدولة ، وإن لم يكن عسكريًا.

تعلق الصناعة آمالا كبيرة على الدولة "الاستراتيجية لتطوير الصناعة الإلكترونية للاتحاد الروسي للفترة المعتمدة حتى عام 2030" ، والتي تنطوي على قفزة كبيرة إلى الأمام ، والتغلب على الفجوة الطويلة الأمد وراء بقية العالم وإعادة توجيه الإلكترونيات الروسية على المسارات التجارية. يجب بناء المصانع الخاصة وفقًا لمعايير 5 نانومتر ، وسيتم تطوير المعدات التكنولوجية الخاصة بها ، وستدخل الشركات الروسية إلى السوق العالمية - وكل هذا قريبًا جدًا ، بعد خمس سنوات من هبوط رواد الفضاء الروس على القمر.

في هذه الملاحظة المتفائلة بلا حدود ، ربما ، سأختتم.

من هو في العالم الإلكترونيات الدقيقة

سوق