Wer ist wer in der Welt Mikroelektronik
Typische Nachrichten zur Elektronik Anfang 2020: "Intel wird wahrscheinlich keinen Produktionsauftrag bei TSMC erteilen, erwägt jedoch eine Partnerschaft mit GlobalFoundries." Wer ist Intel - jeder versteht, aber was sind GlobalFoundries und TSMC? Wenn die Bäume groß waren, produzierte jedes mikroelektronische Unternehmen unabhängig seine eigenen Mikroschaltungen oder sogar darauf basierende Geräte wie einige Toshiba oder IBM. Seitdem ist viel Wasser geflossen, die Produktion ist im Preis gestiegen, die Komplexität der Geräte hat zugenommen, und Dutzende von High-Tech-Unternehmen aus drei Kontinenten sind an der Entwicklung eines so alltäglichen und weit verbreiteten Geräts wie eines iPhone beteiligt. Die Größe des globalen Marktes für Halbleiterchips und -vorrichtungen wird auf über 400 Milliarden US-Dollar geschätzt.Aber nicht alle Giganten dieses Marktes haben mit Endnutzern zu tun und erscheinen oft in den Nachrichten. Aber wenn sie erscheinen, können sie verwirrend sein. Um dies zu verhindern, werde ich versuchen, kurz zu beschreiben, wer wer ist.Wichtiger Haftungsausschluss: Der Artikel enthält viele Zahlen, hauptsächlich Finanzinformationen. Beachten Sie jedoch, dass ich kein echter Finanzanalyst bin, sondern nur ein mit Google bewaffneter Ingenieur.Markt
Beginnen wir mit dem Markt, in dem Halbleiterunternehmen versuchen, Geld zu verdienen. Das jährliche Volumen ab 2019 wird auf 400 bis 500 Milliarden Dollar Jahresumsatz geschätzt. Eine derart große Verbreitung ist darauf zurückzuführen, dass aufgrund des Handelskrieges zwischen den USA und China anstelle des erwarteten Wachstums ein Rückgang zu verzeichnen war, so dass einerseits die untere Schätzung näher am tatsächlichen Zustand liegt, die obere jedoch zeigt, wohin sich der Markt derzeit bewegen könnte, wenn sich die geopolitische Situation beruhigt . Zum Vergleich: Der weltweite Markt für elektronisch basierte Endgeräte beläuft sich auf mehr als eineinhalb Billionen Dollar, einschließlich Smartphones, die 2018 480 Milliarden überschritten haben. Im Vergleich zum nicht (ganz) elektronischen Markt erhalten Automobilhersteller weltweit 450 Milliarden in einem Viertel.Abbildung 1. Der globale Mikroelektronikmarkt (Umsatz) nach Endverbrauchern.Die Segmentierung in dieser Abbildung ist sehr vage, aber wir gehen davon aus, dass sie eine allgemeine Vorstellung vermittelt. Server sind wahrscheinlich im Computer enthalten, und die Kommunikation erfolgt hauptsächlich über Smartphones. Ich möchte auch 1% der staatlichen Ordnung (russische Elektronikingenieure lachen nervös) und 12% der Automobilindustrie erwähnen. Diese 12% sind insofern wichtig, als im Gegensatz zu den mehr oder weniger etablierten und verständlichen anderen Märkten die Anzahl der elektronischen Geräte in Autos rapide zunimmt - dies sind Fahrerassistenzsysteme, ein elektrischer Antrieb und nur Anzeigen anstelle von Messuhren auf dem Bedienfeld.Abbildung 2. Weltmarkt für Mikroelektronik (Umsatz) nach Produkttyp. QuelleIn dieser Abbildung sehen wir, welche Chips verkauft werden. Bitte beachten Sie, dass dies keine Stücke sind, sondern Geld. 5% Penny diskrete Komponenten in Stücken würden viel mehr als hundert Dollar Mikroprozessoren ergeben. Der größte Anteil befindet sich im Speicher, hauptsächlich DDR und Flash. Das Marktvolumen ist derart, dass wichtige Hersteller nur mit Speicher oder fast nur mit Speicher beschäftigt sind. Dies wird auch durch die Tatsache erleichtert, dass sowohl DDR als auch Multi-Level-Flash spezielle Technologieoptionen erfordern, die normalerweise nicht in Prozessen für andere Anwendungen zu finden sind. Logik sind alle digitalen Schaltkreise, die weder Speicher noch Prozessoren sind: Modems, Schnittstellen, Mikrocontroller usw. Optoelektronische Komponenten - hauptsächlich LEDs (die Glühlampen aktiv ersetzen) und empfindliche Elemente von Foto- und Videokameras. Jetzt mal sehenWer macht das ganze verrückte Geld.Der Größte
Tabelle 1. Top 10 Halbleiterunternehmen nach Umsatz im Jahr 2019.Was sehen wir hier? Mit Intel, Samsung, Toshiba und Nvidia ist alles mehr oder weniger klar, diese Unternehmen sind ständig in der Anhörung. SK Hynix (ehemals Hyundai's Semiconductor Division) und Micron sind auf Speicher spezialisiert. TSMC ist der weltweit größte Auftragshersteller von Mikrochips (dazu später mehr). Broadcom und Qualcomm sind führend bei Kommunikationschips, während Texas Instruments führend bei analogen Chips ist. Es ist erwähnenswert, dass diese zehn Unternehmen zwei Drittel des gesamten Marktes ausmachen und alle anderen im Grunde das sammeln, was die Riesen nicht in die Hände bekommen haben. Das verbleibende Drittel des Marktes ist jedoch immer noch riesig, und viele große und kleine Unternehmen arbeiten daran, von denen viele einzigartige, wenn auch Nischenentscheidungen treffen.Eine wichtige Ergänzung der Tabelle ist, dass nur die Einnahmen aus dem Verkauf von Mikrochips angezeigt werden. Beispielsweise beträgt der Gesamtumsatz von Toshiba etwa das Dreifache des Umsatzes der Halbleitersparte. Der jährliche Gesamtumsatz von Samsung beträgt mehr als zweihundert Milliarden Dollar. Als Vergleichsmaßstab können Sie Apple (ca. 260, von denen das eigene Chipdesign ca. 7 Milliarden entspricht), Microsoft (125) und Gazprom (120) verwenden. Das Ausmaß der russischen Elektronik lässt sich anhand der Größen von Rostec (28 Mrd. USD) und Micron (0,16 Mrd. USD) veranschaulichen.Eine weitere Sache - drei Unternehmen aus der Liste (Broadcom, Qualcomm, Nvidia) haben überhaupt keine eigene Chipproduktion. Durch einen lustigen Zufall lagern alle drei, die die Granden des sogenannten Fabless-Modells sind, die Produktion ihrer Chips in der taiwanesischen TSMC-Fabrik aus (wenn auch nicht nur darauf). Viele Unternehmen mit eigener Produktion, die jedoch die kleinsten und dementsprechend teuersten Designstandards an die Gießerei vergeben, tun dasselbe.Abbildung 3. Eine der iPhone 3G (2008) -Karten.Abbildung 4. Zwei Karten mit iPhone XS (2018).In diesen beiden Abbildungen sehen Sie, wie sich die Integration in die kommerzielle Elektronik über ein Jahrzehnt entwickelt hat. Anstelle eines großen Satzes kleiner Mikroschaltungen und diskreter passiver Komponenten ist jetzt alles, was möglich ist, in komplexen Funktionssystemen auf einem Chip verpackt - um die Größe und Fläche der Platine zu reduzieren, den Energieverbrauch zu senken und die Produktion zu verbilligen. Gleichzeitig kann man beobachten, wie Apple in zehn Jahren seine eigene Chipentwicklung vorangetrieben hat. Und seit der Veröffentlichung des abgebildeten iPhone XS haben die Leute von Yabloko Teams gekauft, die die meisten Chips hergestellt haben, die in den Zahlen als Intel-Produkte (Modems, Hauptkonkurrenten von Qualcomm) und Dialog (Power-Management-Chips) gekennzeichnet sind. Aber selbst in diesem Sinne kann man sehen, dass ein triviales Handy ein Kooperationsprodukt von einem Dutzend mikroelektronischer Unternehmen ist und wer sonst weiß, wie viele Unternehmenihre Lieferanten und Subunternehmer.Produktion
Wie Sie sehen können, befinden sich oben in Tabelle 1 Unternehmen aus vier Ländern: den USA, Japan, Korea und Taiwan. Bedeutet dies, dass die gesamte weltweite Produktion von Mikroschaltungen in diesen Ländern konzentriert ist? Ja und nein. Über die Tatsache, dass mindestens drei der zehn Unternehmen ihre Chips in Taiwan produzieren, habe ich bereits gesagt. Neben den USA gibt es Intel-Fabriken in Israel und Irland sowie amerikanische Micron-Fabriken in Taiwan, Singapur und Japan. Im Allgemeinen sieht das Bild der Weltproduktion so aus:Abbildung 5. Weltweite Produktion von Halbleitern nach Regionen in Tausenden von äquivalenten zweihundert Millimeter-Wafern pro Monat.
Wie Sie sehen, machen Taiwan, Korea und Japan mehr als die Hälfte der Weltproduktion aus. Wenn Sie China, Singapur und Malaysia hinzufügen, die einen großen Teil des „Rest der Welt“ ausmachen, wird Südostasien drei Viertel der Weltproduktion ausmachen. Bitte beachten Sie, dass in der Abbildung kein Geld, sondern die Anzahl der Schilder angegeben ist. Gleichzeitig sind Platten, die nach subtileren Designstandards hergestellt wurden, teurer und bringen normalerweise mehr Gewinn. Wenn Sie Designstandards berücksichtigen, ist das Bild noch interessanter.Abbildung 6. Verteilung der globalen Chipproduktion nach Designstandards.Was sehen wir in dieser Figur? Das erste ist, dass die Hälfte der Weltproduktion nach den Standards von 28 nm und höher erfolgt (und diese Hälfte des Volumens mehr als zwei Drittel des Geldes ergibt). Der zweite - die subtilsten Standards werden in Japan und Korea überproportional entwickelt (dies ist eine Folge der Platzierung spezialisierter Fabriken für Speicher dort), während die Normen für die meist vertraglich vereinbarte taiwanesische Produktion gleichmäßiger verteilt sind. Drittens ist die Abwesenheit von Indien. Paradoxerweise gibt es in Indien immer noch überhaupt keine Halbleiterproduktion, und im Allgemeinen war die Mikroelektronik darin bis vor kurzem äußerst rückständig. In den letzten Jahren beherrschen die berühmten indischen Outsourcing-Programmierer jedoch auch das Design von Mikroschaltungen, und die Entwicklung in Indien nimmt aufgrund der hervorragenden Kombination von Qualität und Arbeitskosten sprunghaft zu. Und der vierte - unter den Regionen,Wo noch Chips hergestellt werden, bleibt Europa deutlich zurück. In der Alten Welt gibt es tatsächlich nur vier 300-mm-Fabriken: die Intel-Fabrik in Irland, die STM-Fabrik in French Croll, die GlobalFoundries-Fabrik in Dresden (dies ist dieselbe AMD-Fabrik, deren alte Ausrüstung von dem leidenden Angstrom-T gekauft wurde) und die Infineon-Fabrik in Dresden. In der Nähe von Mailand wurde erst kürzlich eine weitere STM-Fabrik gebaut, und das ist alles.Die alten Designstandards sind jedoch auch ein Milliarden-Dollar-Markt, und bei geschicktem Einsatz können solche Fabriken erhebliche Gewinne bringen. Veraltete Geräte werden für die Produktion von Leistungselektronik, MEMS, LEDs und sogar diskreten Komponenten neu gestaltet. Ein frisches Quietschen der Mode bei Geräten, die für 100- und 150-mm-Wafer ausgelegt sind, ist der Übergang zu Siliziumkarbid, das in der schnell wachsenden Leistungselektronik äußerst beliebt ist. So hat STM beispielsweise sein Werk in Sizilien-Catania eröffnet und ist jetzt anstelle von Vegetation der Hauptlieferant von Leistungstransistoren für das Tesla-Modell 3. Fabriken mit 200-mm-Platten beherrschen bereits diskrete Siliziumelemente mit Kraft und Haupt - und dasselbe Karbid wird der nächste Schritt für sie sein.Abbildung 7. Vergleich der Produktion auf 200-mm-Platten in den Jahren 2006 und 2018. Bitte beachten Sie, dass das gesamte Produktionsvolumen trotz der offensichtlichen Überalterung der Konstruktionsstandards (200 mm sind 130 nm oder mehr) fast nicht gesunken ist. Der „Beweis“ für Veralterung ist deutlich an der Veränderung des Speicheranteils am gesamten Produktionsvolumen zu erkennen: Es gibt keinen Grund dafür, bei dickeren Standards zu bleiben, wenn dünne verfügbar sind.Ausrüstung
Eines der Hauptprobleme der mikroelektronischen Produktion ist der rasche Preisanstieg bei jedem neuen Schritt der Designstandards. Moderne Fabriken kosten Milliarden oder sogar Dutzende Milliarden Dollar, und die Preise für technologische Anlagen betragen zig Millionen pro Stück. Der jährliche Gesamtmarkt für Produktionsanlagen beläuft sich auf rund 50 Milliarden US-Dollar.2. .Bei der Herstellung von Geräten gibt es im Großen und Ganzen nur die USA und Japan. Nur das niederländische Unternehmen ASML, das sich in einem relativ engen Bereich - der Lithografie - engagiert, aber mehr als 80% des Weltmarktes ausmacht (Canon und Nikon kämpfen um den Rest), fällt aus dem allgemeinen Bild heraus. Darüber hinaus ist ASML bei den fortschrittlichen Designstandards ein Monopolist, was nach meinem Geschmack sehr überraschend ist und von Zeit zu Zeit zu interessanten Konsequenzen führt. So stieß das chinesische Programm zur Aktualisierung der Mikroelektronik zuletzt auf die Tatsache, dass die niederländische Regierung auf Ersuchen der Amerikaner ASML die Lieferung der neuesten lithografischen Stepper nach China untersagte. Im Allgemeinen gibt es ITAR-Einschränkungen für diese Zwecke, aber zur Überraschung der Amerikaner stellte sich heraus, dass ASML-Produkte weniger als die erforderlichen 25% der amerikanischen Technologien aufweisen, und anstelle des üblichen Verbots von Hausbesitzern musste ich mich vor den Niederländern verneigen.Gießerei
Wie ich oben sagte, als Produktionsanlagen billig waren, haben alle Mikroelektronikunternehmen selbst ihre eigenen Mikroschaltungen entworfen und hergestellt, und viele Hersteller von elektronischen Geräten hatten ihre eigene Mikroschaltungsproduktion für den Hausbedarf. Aber bereits in den siebziger Jahren begann die Markteintrittsschwelle zu steigen, und es wurde für vielversprechende Garagen-Startups sehr schwierig, auf den Markt zu kommen. Um dieses Problem zu lösen, wurde das Unternehmen MOSIS an der ISI University of South California gegründet. Es sammelte kleine Aufträge von allen und platzierte sie in Gruppen in den Fabriken großer Unternehmen, die mit ihrer eigenen Produktion unterlastet waren. Obwohl sich die Erfahrung als erfolgreich herausstellte und viel zur Entwicklung der Mikroelektronik beitrug, einschließlich der ersten Experimente mit RISC-Architekturen, hatten Drittkunden in Fabriken immer eine niedrigere Priorität als interne, was dem Geschäft nicht half.Ein wichtiger Wendepunkt in der Branche kam von einem taiwanesischen Ingenieur namens Morris Chang. Er wurde 1931 auf dem chinesischen Festland geboren und verließ das College 1948, um in den USA zu studieren. Dort machte er eine erfolgreiche Karriere, auf deren Höhepunkt er Vizepräsident von Texas Instruments und CEO von General Instrument war. Als Chang 1985 in den Ruhestand gehen wollte, lud ihn der Berater des taiwanesischen Präsidenten und ehemaligen Premierministers Sun Yunxuan (der als Architekt bezeichnet wird, das Land in eine mächtige Industriemacht zu verwandeln) auf den Posten des Direktors des Industrial Technology Research Institute (ITRI) ein. Also kehrte Chang in seine Heimat zurück und bekam die Gelegenheit, seine langjährige Idee zu verwirklichen - eine Fabrik zu schaffen, die selbst nichts entwickeln und verkaufen wird.und konzentriert sich ausschließlich auf die Entwicklung von Technologie für die Bedürfnisse von Drittkunden. Diese Fabrik wurde 1987 unter dem Namen Taiwan Semiconductor Manufacturing Company oder TSMC gegründet.Das Geschäftsmodell von TSMC erwies sich als äußerst erfolgreich und ermöglichte es, das Fabless-Modell in einen riesigen stabilen Sektor der Weltwirtschaft zu verwandeln, kleinen Unternehmen aus aller Welt Zugang zu fortschrittlichen Technologien zu verschaffen und Taiwan zu einer der wichtigsten Volkswirtschaften der Welt zu machen. Natürlich hatte TSMC viele Anhänger, aber es war diese Fabrik, die am erfolgreichsten blieb, etwas mehr als die Hälfte der weltweiten Auftragsfertigung von Mikrochips hatte und aktiv die fortschrittlichsten Designstandards entwickelte. Die Kunden von TSMC reichen von Giganten wie Apple und AMD bis zu sehr kleinen Unternehmen auf der ganzen Welt.Tabelle 3. Größte Auftragsfertigung von Mikrochips ab 2019. Für Samsung werden Richtwerte nur für die Auftragsfertigung für externe Kunden angegeben.Wie Sie sehen, ist es nicht notwendig, über die modernste Technologie zu verfügen, um gutes Geld zu verdienen - obwohl es sich immer noch lohnt, etwas Gutes zu haben. Gut bedeutet jedoch nicht unbedingt Designstandards. Zum Beispiel verließ sich GlobalFoundries, das den Kampf gegen das TSMC-Samsung-Intel-Trio bei der Übernahme der für Prozessoren im Verbrauchersegment erforderlichen 7-nm-Standards aufgab, auf 12-28-nm-FDSOIs, die für das Internet der Dinge und Mikrowellenprozesse vielversprechend sind, und auf eine Reihe von Dutzenden, die zurückgelassen wurden Fabriken bieten die Integration von Logik- und Hochspannungs-Leistungstransistoren, Elementen für Mikrowellenschaltungen und anderen "Chips", die in spezialisierten Industrie- und Automobilchips gefragt sind, auf einem einzigen Chip.8. FDSOI . FDSOI MOSFET, ( FinFET), , .Abbildung 9. TowerJazz-Technologien.Und hier ist der Vorschlag der israelisch-amerikanischen Fabrik TowerJazz (Tower ist der israelische Teil und Jazz ist der amerikanische). Die prozessor-digitale Logik hat auf dem Niveau von 45 nm aufgehört, aber das Angebot ist aktiv gewachsen und deckt viele andere Anwendungen ab. Drei Linien von Hochfrequenztechnologien, zwei Linien von Analog- und Energieprozessen, optischen Chips und MEMS sowie die Verfügbarkeit von Automobil- und Militärzertifizierungen können die Bedürfnisse verschiedener Kunden befriedigen und bilden ein Portfolio von nicht wenigen großen Aufträgen, sondern einer großen Anzahl kleiner Aufträge.Fabless
Tabelle 4. Die größten Entwickler von Fabless-Chips.Von allen im Artikel genannten Unternehmen sind die Teilnehmer an dieser Tabelle für den Durchschnittsbürger am verständlichsten. Qualcomm Snapdragon ist der De-facto-Standard von Prozessoren für Mobiltelefone unter Android. Broadcom - eine Vielzahl von Netzwerkgeräten (und ein Chip im Raspberry Pi), Mediatek und HiSilicon - sind auch als Hersteller von Zubehör für Telefone mit Apfelbäumen und AMD bekannt. Ohne mich ist alles klar. Xilinx ist etwas komplizierter, aber jeder, der einmal den Begriff „FPGA“ gehört hat, kennt sie, und Marvell und Novatek sind bereits so klein, dass nur Spezialisten und Austauschspieler über sie Bescheid wissen müssen.Aber wie war unter Unternehmen ohne eigene Fabriken ein so altes und angesehenes Unternehmen wie AMD? Die Antwort auf diese Frage ist ganz einfach: Im Jahr 2009, unmittelbar nach der verheerenden Finanzkrise, trennte AMD im Rahmen einer Business Recovery-Kampagne seine Produktion in ein separates Unternehmen namens GlobalFoundries und verkaufte es an Investoren aus den Vereinigten Arabischen Emiraten, um Ankerkunde für das neue Unternehmen zu werden ( in der Tat einfach alles so lassen, wie es war, aber die Infrastrukturkosten abziehen). Danach kauften und schlossen sich dieselben Investoren GloFo an, einem großen Werk in Singapur, Chartered Semiconductor (ebenfalls eine Partnerschaft mit AMD), und der Halbleitersparte von IBM (einschließlich unter anderem Fabriken in der Nähe von New York, die in die US-Verteidigungsindustrie aufgenommen wurden). Das resultierende Konglomerat wurde zur zweitgrößten Auftragsfabrik der Welt (jedochfünfmal kleiner als TSMC) mit Fabriken in den USA, Deutschland, Singapur. Unterhaltsame Tatsache: GloFo ist der größte private Arbeitgeber im US-Bundesstaat Vermont.Das anschließende Wettrüsten mit den Führenden - TSMC und Samsung - endete für GloFo nicht sehr gut. Der Verlust seines größten Kunden (AMD) war darauf zurückzuführen, dass keine 7-nm-Standards eingeführt werden konnten. Dieser Schock war jedoch für das Unternehmen von Vorteil und ermöglichte es, den Prozess der Veräußerung unbequemer Vermögenswerte und der Neuorientierung (wenn auch erzwungen) auf andere Märkte einzuleiten, wodurch sich die Finanzlage von GloFo erheblich verbessert hat. AMD kehrte teilweise zurück (für E / A-Chips, die für 14-nm-Standards geeignet sind), Bestellungen erschienen in den Bereichen Internet der Dinge und 5G. In den letzten Wochen gibt es auch Gerüchte, dass die Fabrik die Aussicht hat, einen leckeren Vertrag von Intel zu bekommen, dem es an eigenen Kapazitäten bei 14 nm mangelt. Wenn der Deal zustande kommt und die ehemaligen AMD-Fabriken Blue Chips produzieren, ist das ziemlich ironisch.IP und CAD
Im Allgemeinen ist IP ein geistiges Eigentum, aber in der Halbleiterindustrie wird das Konzept des „IP-Kerns“ aktiv verwendet. Solche Kerne sind vollständige Teile von Designs, die Entwickler nicht produzieren, sondern an andere Entwickler verkaufen. Ein solcher Ansatz ermöglicht es Unternehmen, die Mikroschaltungen verkaufen, fertige Standardblöcke (z. B. Controller gängiger Schnittstellen) zu kaufen, wobei unabhängig nur der normalerweise kleine Teil des Chips erstellt wird, der das Know-how ausmacht und den Hauptnutzen schafft. Lesen Sie hier mehr über das IP-Ökosystem .und jetzt möchte ich sagen, dass dieser Markt relativ klein ist (etwa 3,5 Milliarden US-Dollar), aber stetig wächst (Verdoppelung wird in fünf Jahren erwartet) und für die gesamte Branche wichtig ist, da seine Existenz die Markteinführungszeit erheblich verkürzt und die Qualität des Standards verbessert Ersatzteile, die sich (theoretisch) intensiv mit dem Thema Profis befassen, und nicht mit den Hilfsteams der Chiphersteller.Sie kennen wahrscheinlich den Hauptakteur auf dem Halbleiter-IP-Markt: Es handelt sich um ein ARM-Unternehmen, das gleichnamige Prozessorkerne entwickelt und an alle lizenziert, beispielsweise an fast alle Hersteller von Prozessoren für Mobiltelefone. Der Anteil von ARM am Halbleiter-IP-Markt beträgt 45-50% (Umsatz 1,6 Mrd. USD im Jahr 2018). Die beiden anderen großen Akteure sind die IP-Unterabteilungen der CAD-Hersteller Synopsys (629 Millionen von 3300) und Cadence (189 Millionen von 2100). Das verbleibende Drittel des Marktes verteilt sich fast gleichmäßig auf Hunderte kleiner Teams, die sich auf einige enge Aufgaben spezialisiert haben.Der elektronische CAD-Markt, zu dem der IP-Markt manchmal gehört, beläuft sich auf ungefähr 10 Milliarden US-Dollar. Neben den oben genannten Synopsys und Cadence gehören zu den „Big Three“, die fast den gesamten Markt kontrollierenMentor, ein Siemens-Unternehmen (früher bekannt als Mentor Graphics) mit einem Umsatz von 1,3 Milliarden US-Dollar. Ein interessantes Merkmal des mikroelektronischen CAD-Marktes ist, dass die Produkte konkurrierender Unternehmen nicht nur miteinander kompatibel sind, sondern sogar ineinander integriert werden können, sodass Entwickler die Konstruktionsroute gemäß den Besonderheiten der Aufgabe zusammenstellen können.Abbildung 10. Das Cadence Virtuoso-Fenster und eine der Registerkarten, bei denen es sich um die von Mentor Graphics entwickelte Calibre-Software handelt. Wie Sie sehen, hat Stirlitz bis auf eine wärmere graue Farbe nichts abgegeben. Und ja, moderne Mikrochip-Design-Software sieht genau so aus. Dies ist immer noch eine grafische Oberfläche, keine Befehlszeile.Wenn nicht Silizium, wer dann?
Trotz des enormen Geldbetrags, der in die Entwicklung von Siliziumalternativen investiert wird, bei denen es offensichtlich nicht einmal um die wirtschaftliche und technologische, sondern um die physische Obergrenze geht, ist in den kommenden Jahren nichts Wesentliches zu erwarten. Kandidaten, die als „Material der Zukunft“ erscheinen, kommen und gehen (Galliumarsenid, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen usw.) und Silizium-MOS-Transistoren gehen nirgendwo hin. Es gibt jedoch einige Marktnischen, in denen andere Materialien erfolgreich mit Silizium konkurrieren oder es sogar vollständig verdrängen. Diese Nischen machen einerseits bestenfalls einige Prozent des Gesamtmarktes aus, andererseits handelt es sich um Milliarden von Dollar.Der Markt für Emitter für Halbleiterlaser, bei denen es sich um komplexe Heterostrukturen von GaAs, AlGaAs, InGaAs usw. handelt, wird auf fast eine Milliarde Dollar geschätzt. Für die Entdeckung dieser Heterostrukturen erhielt Zhores Alferov übrigens den Nobelpreis für Physik. Oder zum Beispiel LEDs, die ebenfalls aus Heterostrukturen auf der Basis der Materialien A 3 B 5 bestehen und schnell in unser tägliches Leben eindringen. Der LED-Markt hat zwar einen Wert von einigen Milliarden, aber der weltweite Markt für Diodenbeleuchtung hat bereits fünfzig überschritten, und es wird erwartet, dass er mindestens so lange weiter wachsen wird, bis die Glühlampen vollständig verschwunden sind.Eine weitere interessante Geschichte ist der Markt für Hochleistungs-Hochspannungsbauelemente, auf dem Silizium-MOS-Transistoren und IGBTs schnell zu Siliziumkarbid (SiC) -MOS-Transistoren und Hochelektronenmobilitätstransistoren (HEMTs) auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) führten. Und diese und andere Anfänger können aufgrund der besten Eigenschaften des Materials bessere Parameter erzielen, als Silizium selbst theoretisch liefern kann. Dieselben neueren Geräte nehmen GaAs einen Teil des Mikrowellenmarktes weg - zum Beispiel dank eines besseren Temperaturbereichs. Die Hauptmärkte, in denen neue Produkte eingeführt werden, sind Elektroautos, Basisstationen von 5G-Netzen und beispielsweise Ladegeräte für Mobiltelefone.Und in den Nachrichten schreiben sie regelmäßig, dass einige Wissenschaftler einen Durchbruch bei der Verwendung eines neuen Halbleiters erzielt haben. Alle diese Botschaften sollten natürlich durch zehn geteilt werden, aber auch in diesem Sinne sind viele neue interessante Materialien auf dem Weg: Galliumoxid (Ga 2 O 3 ), Diamant, neue Varianten der Verbindungen A 3 B 5 und A 2 B 6 , Perowskite - Genau das habe ich in den letzten Monaten in den Nachrichten gesehen. Keiner von ihnen wird Silizium ersetzen, aber sie werden unsere Solarmodule effizienter, das Internet schneller und Laser besser für die Installation auf riesigen humanoiden Robotern geeignet machen.Ein wenig anders
Der Mikroelektronikmarkt ist natürlich nicht auf das oben Gesagte beschränkt. Um ihn herum gibt es viele weitere verwandte Märkte, zum Beispiel Messgeräte mit Giganten wie Keysight (4,3 Milliarden), Rohde & Schwarz (2,04 Milliarden) und National Instruments (1,02 Milliarden). Oder die Herstellung von Siliziumwafern, auf denen Chips hergestellt werden, ist ebenfalls ein Zehn-Milliarden-Dollar-Markt mit eigenen Walen, den ein gewöhnlicher Mensch nie hört. Ja, es gibt einen gewöhnlichen Menschen, selbst ich als Chipdesigner kannte vor Beginn dieses Artikels nur einen der fünf führenden Hersteller von Substraten, und zwar nur, weil der französische Soitec führend bei Siliziumsubstraten auf einem Isolator ist, für den ich ein professionelles Interesse habe. Übrigens wächst die Popularität von SOI-Substraten rasant und, was komisch ist,Die führenden Hersteller sind die europäischen Fabriken GlobalFoundries und STM, die mit technischen Prozessen von FDSOI für das Internet der Dinge und angeschlossenen Hochfrequenzkreisen arbeiten. Ach ja, nur für den Fall: Der weltweit größte Hersteller von Siliziumsubstraten ist das deutsche Unternehmen Siltronic, dessen Hauptsitz sich im bayerischen Burghausen mit 18.000 Einwohnern befindet.
Und was ist mit Russland?
Ich wollte auf diesen Abschnitt verzichten, weil er zu traurig ist, aber für die Leser wäre er unehrlich. Das Volumen des russischen Marktes für Mikroelektronik beträgt also 0,7% des Weltmarktes, und Unternehmen der Verteidigungsindustrie stellen den größten Teil dieses Volumens bereit. Nach den Ergebnissen von 2019 erzielte der größte Chiphersteller („Micron“) einen Umsatz von rund 10 Milliarden Rubel (160 Millionen US-Dollar oder 0,5% von TSMC) und war zum ersten Mal seit zehn Jahren (!) Nicht unrentabel. Zum Vergleich: Der Umsatz von Yandex für 2018 beträgt 126 Milliarden Rubel.2007 lizenzierte Mikron 180- und 90-nm-Herstellungsverfahren vom französisch-italienischen Unternehmen ST Microelectronics. Mikron-Prozesse mit 180-nm-Standards sind für die Herstellung von Radiofrequenz-Tags (RFID) ausgelegt, die Sie bereits auf Fahrkarten für öffentliche Verkehrsmittel finden, und in Zukunft in allem, was markiert werden kann - Pelzmäntel, Pässe und sogar intelligente Brillen. Bei 90 nm gibt es nur Pilot- und Kleinproduktion. Gleichzeitig fungiert Micron als Grundlage (gemäß den Standards von 180 und 240 nm) für viele russische Fabless-Unternehmen und ist eines der Hauptzentren für die Substitution von Importen für sanktionierte Mikrokreise mit doppeltem Verwendungszweck. Gleichzeitig ist das Angebot an hergestellten Dual-Purpose-Chips sehr groß und die Auflage gering. Um die Fabrik zu erhalten, sind auf jeden Fall umfangreiche zivile Bestellungen erforderlich, die U-Bahn-Tickets liefern.12. 90 “”, “”.Die zweitgrößte mikroelektronische Produktion in Russland ist ... nein, nicht Zelenograd Angstrom, wie viele vielleicht denken, sondern die Bryansk Silicon El Group, die eine Produktion mit Designstandards von 700 nm hat (und kürzlich die Entwicklung von 500 nm angekündigt hat und Pläne für 350 nm). Der Umsatz des Unternehmens im Jahr 2017 beträgt 3 Milliarden Rubel, im Jahr 2018 - 2,6 Milliarden Rubel, Produkte - diskrete Komponenten (Transistoren und Dioden), darauf basierende Leistungsmodule sowie Analog- und Leistungschips von geringer Komplexität, die fast vollständig auf die Bedürfnisse des militärisch-industriellen Komplexes ausgerichtet sind. Außerdem haben sie die neuesten Ausgaben der Fabrikzeitung „Crystal“ auf ihrer Website veröffentlicht. Am Produktionsstandort finden regelmäßig „Wochen ohne Drehkreuze“ statt, und die aktive Zusammenarbeit mit der örtlichen Universität wird fortgesetzt. Im Allgemeinen von allen Seiten gut gemacht.
Angstrem-T, das nicht zu Angstrem gehört und versprach, die Produktion von Geräten, die im AMD-Werk in Dresden gekauft wurden, bei 90 und 130 Seemeilen aufzunehmen, war im Laufe seiner Geschichte hauptsächlich an Insolvenz- und Kreditnachrichten beteiligt. Und über die Tatsache, dass Mikron vorschlug, in seinem Gebäude eine Fabrik mit 28-nm-Standards zu bauen. Von den relativ guten Nachrichten gab es für ein solches Unternehmen nur einen spärlichen Vertrag mit den Chinesen über die Produktion bei 250-nm-Standards, bei denen es sich anscheinend um Transistoren handelte, die von der 130-nm-Technologie für Eingangs- / Ausgangsschaltungen abgeschnitten waren.Eine weitere Serienproduktion ist Voronezh (VZPP-Mikron, berücksichtigt in den Ergebnissen der Muttergesellschaft). Der Rest sind experimentelle und kleine Fabriken, die sich auf den militärisch-industriellen Komplex konzentrieren und von denen viele seit der Sowjetzeit nicht mehr aktualisiert wurden. Unabhängig davon ist das belarussische „Integral“ zu erwähnen, das mit einem Umsatz von etwa sechs Milliarden russischen Rubel, den Mindeststandards für das Design von 800 nm und der Fähigkeit, Geräte mit einer Betriebsspannung von bis zu 600 V herzustellen, fast ausschließlich auf dem russischen Markt tätig ist.Mit der Fabless-Entwicklung ist die Situation etwas besser als mit der Produktion. In Russland gibt es Dutzende von Designzentren mit einem Umsatz von Milliarden (natürlich in Rubel). Sie haben erfolgreich eine Zusammenarbeit mit beiden ausländischen Siliziumfabriken mit Raten von bis zu 28-16 nm (hauptsächlich mit derselben TSMC) und mit Lieferanten von populärem geistigem Eigentum aufgebaut Blöcke und Kerne. Es gibt auch mehrere Niederlassungen großer ausländischer Unternehmen, zum Beispiel Intel in Nischni Nowgorod, wo mehr als tausend Menschen arbeiten. Das Problem der russischen Mikroelektronik insgesamt ist, dass wie in der Produktion auch der Ball der Verteidigungsindustrie in der Entwicklung regiert und die meisten entwickelten Chips, obwohl sie wichtige Vorteile wie Strahlungsbeständigkeit oder einen erweiterten Temperaturbereich aufweisen, im Prinzip nicht für die Produktion in großem Maßstab vorgesehen sind. Eine Anzahl von Unternehmen hat kommerzielle Ambitionen (z. B. MCST,"Baikal", "Milandra" und "Modula"), aber sie befinden sich alle im Anfangsstadium und sind immer noch auf die staatliche Ordnung ausgerichtet, wenn auch nicht auf das Militär.Die Branche hat große Hoffnungen auf den gerade verabschiedeten Staat „Strategie für die Entwicklung der Elektronikindustrie der Russischen Föderation für den Zeitraum bis 2030“, der einen bedeutenden Sprung nach vorne bedeutet und die langfristige Verzögerung hinter dem Rest der Welt und die Neuausrichtung der russischen Elektronik auf kommerziellen Gleisen überwindet. Eigene Fabriken müssen nach 5-nm-Standards gebaut werden, technologische Geräte für sie werden entwickelt, russische Unternehmen werden auf den Weltmarkt kommen - und das alles sehr bald, buchstäblich fünf Jahre nachdem die russischen Kosmonauten auf dem Mond gelandet sind.In diesem unendlich optimistischen Sinne werde ich vielleicht abrunden. Source: https://habr.com/ru/post/undefined/
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