Siapa yang ada di dunia mikroelektronika
Berita khas tentang elektronik pada awal 2020: "Intel mungkin tidak akan melakukan pemesanan produksi dengan TSMC, tetapi sedang mempertimbangkan kemitraan dengan GlobalFoundries." Siapa Intel - semua orang mengerti, tapi apa itu GlobalFoundries dan TSMC? Ketika pohon-pohon itu besar, masing-masing perusahaan mikroelektronika secara mandiri memproduksi sirkuit mikro sendiri, atau bahkan peralatan yang didasarkan padanya, seperti beberapa Toshiba atau IBM. Sejak itu, banyak air telah mengalir, harga produksinya naik, kompleksitas perangkat meningkat, dan lusinan perusahaan teknologi tinggi dari tiga benua berpartisipasi dalam penciptaan perangkat yang biasa dan tersebar luas seperti iPhone. Ukuran pasar global untuk chip dan perangkat semikonduktor diperkirakan lebih dari $ 400 miliar,tetapi tidak semua raksasa dari kesepakatan pasar ini dengan pengguna akhir dan sering muncul di berita. Tetapi ketika mereka muncul - mereka bisa membingungkan. Untuk mencegah hal ini terjadi, saya akan mencoba menjelaskan secara singkat siapa itu siapa.Penafian penting: akan ada banyak angka dalam artikel, terutama keuangan, tetapi harap diingat bahwa saya bukan analis keuangan sungguhan, tetapi hanya seorang insinyur yang dipersenjatai dengan Google.Pasar
Mari kita mulai dengan pasar di mana perusahaan semikonduktor berusaha menghasilkan uang. Volume tahunannya hingga 2019 diperkirakan mencapai 400-500 miliar dolar dalam pendapatan tahunan. Sebaran yang begitu luas disebabkan oleh fakta bahwa karena perang perdagangan AS-Cina, bukannya pertumbuhan yang diharapkan, ada penurunan, sehingga, di satu sisi, perkiraan yang lebih rendah lebih dekat dengan keadaan aktual, tetapi yang di atas menunjukkan ke mana pasar bisa pergi sekarang jika situasi geopolitik tenang . Sebagai perbandingan, pasar global untuk perangkat akhir berbasis elektronik lebih dari satu setengah triliun dolar, termasuk smartphone pada 2018 melebihi 480 miliar. Dibandingkan dengan pasar elektronik yang tidak (cukup), pembuat mobil di seluruh dunia menerima 450 miliar dalam satu kuartal.Gambar 1. Pasar mikroelektronika global (pendapatan) oleh konsumen akhir.Segmentasi dalam gambar ini sangat kabur, tetapi kami akan menganggap bahwa itu memberikan ide umum. Server mungkin termasuk dalam komputer, dan komunikasi sebagian besar adalah smartphone. Saya juga ingin mencatat 1% dari pesanan negara (insinyur elektronik Rusia tertawa gugup) dan 12% dari industri otomotif. Ini 12% penting dalam hal itu, tidak seperti pasar lain yang kurang lebih mapan dan dapat dipahami, jumlah elektronik dalam mobil tumbuh dengan cepat - ini adalah sistem bantuan pengemudi, penggerak listrik, dan hanya menampilkan alih-alih pengukur dial pada panel.Gambar 2. Pasar mikroelektronika dunia (pendapatan) berdasarkan jenis produk. SumberPada gambar ini, kita melihat chip mana yang dijual. Harap dicatat bahwa ini bukan potongan, tetapi uang. Komponen diskrit 5% sen dalam potongan akan memberikan lebih dari seratus dolar mikroprosesor. Bagian terbesar adalah dalam memori, terutama DDR dan flash. Volume pasar sedemikian rupa sehingga produsen utama hanya diisi dengan memori atau hampir hanya dengan memori. Ini juga difasilitasi oleh fakta bahwa DDR dan multi-level flash memerlukan opsi teknologi khusus yang biasanya tidak ditemukan dalam proses untuk aplikasi lain. Logika adalah semua sirkuit digital yang bukan memori atau prosesor: modem, antarmuka, mikrokontroler, dan sebagainya. Komponen optoelektronik - terutama LED (secara aktif mengganti lampu pijar) dan elemen sensitif dari kamera foto dan video. Sekarang mari kita lihatsiapa yang menghasilkan semua uang gila ini.Yang terbesar
Tabel 1. 10 perusahaan semikonduktor teratas berdasarkan pendapatan pada tahun 2019.Apa yang kita lihat di sini? Dengan Intel, Samsung, Toshiba dan Nvidia, semuanya lebih atau kurang jelas, perusahaan-perusahaan ini terus-menerus hadir di persidangan. SK Hynix (sebelumnya divisi semikonduktor Hyundai) dan Micron berspesialisasi dalam memori. TSMC adalah produsen microchip kontrak terbesar di dunia (lebih lanjut tentang ini nanti). Broadcom dan Qualcomm adalah pemimpin dalam chip komunikasi, sedangkan Texas Instruments adalah pemimpin dalam chip analog. Perlu dicatat bahwa sepuluh perusahaan ini adalah dua pertiga dari seluruh pasar, dan sisanya pada dasarnya mengumpulkan apa yang tidak didapat oleh para raksasa. Namun, sisa sepertiga pasar masih besar, dan banyak perusahaan besar dan kecil sedang mengusahakannya, banyak di antaranya membuat keputusan yang unik, meskipun niche.Tambahan penting untuk tabel ini adalah hanya menunjukkan pendapatan dari penjualan microchip. Misalnya, total pendapatan Toshiba sekitar tiga kali lipat dari divisi semikonduktor mereka. Total pendapatan tahunan Samsung adalah lebih dari dua ratus miliar dolar. Sebagai tolok ukur perbandingan, Anda dapat menggunakan Apple (sekitar 260, yang desain chipnya setara dengan sekitar 7 miliar), Microsoft (125), Gazprom (120). Skala elektronik Rusia dapat diilustrasikan oleh ukuran Rostec ($ 28 miliar) dan Micron ($ 0,16 miliar).Satu hal lagi - tiga perusahaan dari daftar (Broadcom, Qualcomm, Nvidia) tidak memiliki produksi chip sendiri sama sekali. Dengan kebetulan yang lucu, ketiganya, menjadi grandees dari apa yang disebut model fabless, melakukan outsourcing produksi chip mereka di pabrik TSMC Taiwan (meskipun tidak hanya di atasnya). Banyak perusahaan dengan produksinya sendiri, tetapi menempatkan pesanan ke pengecoran paling kecil dan, dengan demikian, standar desain paling mahal, melakukan hal yang sama.Gambar 3. Salah satu papan iPhone 3G (2008).Gambar 4. Dua papan dengan iphone XS (2018).Dalam dua angka ini, Anda dapat melihat bagaimana integrasi dalam elektronik komersial telah berkembang selama satu dekade. Alih-alih satu set besar sirkuit mikro kecil dan komponen pasif diskrit, semua yang mungkin sekarang dikemas dalam sistem fungsional yang kompleks pada sebuah chip - demi mengurangi ukuran dan area papan, mengurangi konsumsi energi dan produksi yang lebih murah. Pada saat yang sama, orang dapat mengamati bagaimana Apple telah meningkatkan pengembangan chip sendiri dalam sepuluh tahun. Dan sejak rilis iphone XS yang digambarkan, Yabloko telah dibeli oleh tim yang membuat sebagian besar chip diberi label sebagai produk Intel (modem, pesaing utama Qualcomm) dan Dialog (chip manajemen daya) dalam gambar. Tetapi bahkan dengan pemikiran ini, orang dapat melihat bahwa ponsel yang sepele adalah produk kolaborasi dari selusin perusahaan mikroelektronika dan siapa lagi yang tahu berapa banyak perusahaanpemasok dan subkontraktor mereka.Produksi
Seperti yang Anda lihat, di atas tabel 1 ada perusahaan dari empat negara: Amerika Serikat, Jepang, Korea dan Taiwan. Apakah ini berarti bahwa seluruh produksi sirkuit mikro global terkonsentrasi di negara-negara ini? Iya dan tidak. Tentang fakta bahwa setidaknya tiga dari sepuluh perusahaan memproduksi chip mereka di Taiwan, saya sudah katakan. Ada pabrik Intel, selain AS, di Israel dan Irlandia, dan pabrik Micron Amerika juga di Taiwan, Singapura, dan Jepang. Secara umum, gambar produksi dunia terlihat seperti ini:Gambar 5. Produksi semikonduktor dunia berdasarkan wilayah, dalam ribuan wafer setara dua ratus milimeter per bulan.
Seperti yang Anda lihat, Taiwan, Korea, dan Jepang menyumbang lebih dari setengah produksi dunia, dan jika Anda menambahkan Cina dan Singapura dan Malaysia, yang menempati sebagian besar "sisa dunia", maka Asia Tenggara akan menempati tiga perempat produksi dunia. Harap dicatat bahwa angka tersebut tidak menunjukkan uang, tetapi jumlah plat. Pada saat yang sama, pelat yang dibuat sesuai dengan standar desain yang lebih halus lebih mahal dan biasanya membawa lebih banyak keuntungan. Jika Anda mempertimbangkan standar desain akun, gambarnya bahkan lebih menarik.Gambar 6. Distribusi produksi chip global berdasarkan standar desain.Apa yang kita lihat dalam gambar ini? Yang pertama adalah bahwa setengah dari produksi dunia dilakukan sesuai dengan standar 28 nm dan lebih tinggi (dan setengah volume ini memberikan lebih dari dua pertiga uang). Yang kedua - standar paling halus dikembangkan secara tidak proporsional di Jepang dan Korea (ini adalah konsekuensi dari penempatan pabrik khusus untuk memori di sana), sementara norma-norma untuk sebagian besar yang dikontrak produksi Taiwan didistribusikan secara lebih merata. Ketiga adalah tidak adanya India. Paradoksnya, faktanya adalah bahwa di India masih belum ada produksi semikonduktor sama sekali, dan secara umum, mikroelektronika di dalamnya hingga saat ini sangat terbelakang. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, programmer outsourcing India yang terkenal juga menguasai desain sirkuit mikro juga, dan pengembangan di India tumbuh pesat karena kombinasi kualitas dan biaya tenaga kerja yang sangat baik. Dan yang keempat - di antara daerah,di mana masih ada manufaktur chip, Eropa jelas tertinggal. Di Dunia Lama, pada kenyataannya, hanya ada empat pabrik 300 mm: pabrik Intel di Irlandia, pabrik STM di French Croll, pabrik GlobalFoundries di Dresden (ini adalah pabrik AMD yang sama yang peralatan lamanya dibeli oleh Angstrom-T yang lama menderita) dan pabrik Infineon juga di Dresden. Pabrik STM lain baru-baru ini mulai dibangun di sekitar Milan, dan itu saja.Namun, standar desain lama juga merupakan pasar multi-miliar dolar, dan dengan penggunaan yang terampil, pabrik-pabrik tersebut dapat mendatangkan keuntungan yang signifikan. Peralatan usang sedang dirancang ulang untuk produksi elektronik daya, MEMS, LED, dan bahkan komponen diskrit. Mencicit mode dalam peralatan yang dirancang untuk bekerja dengan wafer 100 dan 150 mm adalah transisi ke silikon karbida, yang sangat populer dalam elektronik daya yang tumbuh cepat. Jadi, misalnya, STM melakukannya dengan pabriknya di Sisilia Catania, dan sekarang, alih-alih menanam, itu adalah pemasok utama transistor daya untuk model Tesla 3. Pabrik dengan wafer 200 mm sudah menguasai elemen silikon diskrit dengan kekuatan dan main - dan karbida yang sama akan menjadi langkah selanjutnya bagi mereka.Gambar 7. Perbandingan produksi pada pelat 200 mm pada tahun 2006 dan 2018. Harap dicatat bahwa total volume produksi hampir tidak turun, meskipun standar desain sudah usang (200 mm adalah 130 nm atau lebih). "Bukti" keusangan terlihat jelas pada perubahan pangsa memori dalam total volume produksi: tidak ada alasan untuk tetap pada standar yang lebih tinggi jika yang tipis tersedia.Peralatan
Salah satu masalah utama produksi mikroelektronika adalah kenaikan harga yang cepat dengan setiap langkah standar desain baru. Pabrik-pabrik modern menelan biaya miliaran, atau bahkan puluhan miliar dolar, dan harga pabrik teknologi masing-masing puluhan juta. Total pasar tahunan untuk peralatan manufaktur adalah sekitar $ 50 miliar.2. .Dalam produksi peralatan, pada umumnya, hanya ada AS dan Jepang. Hanya perusahaan Belanda ASML, yang bergerak dalam bidang yang relatif sempit - litografi - tetapi memiliki lebih dari 80% pasar dunia (Canon dan Nikon bertarung untuk yang lain), keluar dari gambaran umum. Terlebih lagi, pada standar desain canggih, ASML adalah perusahaan monopoli, yang, menurut selera saya, sangat mengejutkan dan bahwa dari waktu ke waktu menimbulkan konsekuensi yang menarik. Misalnya, baru-baru ini, program pembaruan mikroelektronika Tiongkok menentang fakta bahwa pemerintah Belanda, atas permintaan Amerika, melarang ASML untuk memasok stepper litograf terbaru ke Cina. Secara umum, ada batasan ITAR untuk tujuan ini, tetapi yang mengejutkan orang Amerika, produk ASML ternyata kurang dari 25% yang dibutuhkan teknologi Amerika, dan bukannya larangan rumah tangga biasa, saya harus tunduk pada Belanda.Pengecoran
Seperti yang saya katakan di atas, ketika peralatan produksi murah, semua perusahaan mikroelektronika sendiri mengembangkan dan memproduksi sirkuit mikro mereka sendiri, dan banyak produsen peralatan elektronik memiliki produksi sirkuit mikro sendiri untuk kebutuhan domestik. Tapi sudah di tahun tujuh puluhan, ambang masuk mulai tumbuh, dan menjadi sangat sulit bagi startup garasi yang menjanjikan untuk memasuki pasar. Untuk mengatasi masalah ini, perusahaan MOSIS didirikan di ISI University of South California, mengumpulkan pesanan kecil dari semua orang dan menempatkannya dalam kelompok di pabrik-pabrik perusahaan besar yang kekurangan muatan dengan produksi mereka sendiri. Meskipun pengalaman itu ternyata berhasil dan memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pengembangan mikroelektronika, termasuk percobaan pertama dengan arsitektur RISC, pelanggan pihak ketiga selalu memiliki prioritas lebih rendah di pabrik daripada yang internal, yang tidak membantu bisnis.Titik balik utama dalam industri ini datang dari seorang insinyur Taiwan bernama Morris Chang. Lahir di daratan Cina pada tahun 1931, ia meninggalkan perguruan tinggi pada tahun 1948 untuk belajar di Amerika Serikat, di mana ia membuat karier yang sukses di puncaknya yang adalah wakil presiden Texas Instruments dan CEO Instrumen Umum. Pada 1985, ketika Chang hendak pensiun, penasihat presiden Taiwan dan mantan perdana menteri Sun Yunxuan (yang disebut arsitek mengubah negara menjadi kekuatan industri yang kuat) mengundangnya ke jabatan direktur Institut Penelitian Teknologi Industri (ITRI). Jadi Chang kembali ke tanah airnya dan mendapat kesempatan untuk mewujudkan idenya yang sudah lama ada - untuk membuat pabrik yang tidak akan mengembangkan dan menjual apa pun itu sendiri,dan hanya berkonsentrasi pada pengembangan teknologi untuk kebutuhan pelanggan pihak ketiga. Pabrik ini didirikan pada tahun 1987 dengan nama Taiwan Semiconductor Manufacturing Company atau TSMC.Model bisnis TSMC ternyata sangat sukses dan memungkinkan untuk mengubah model yang luar biasa menjadi sektor stabil besar dalam ekonomi global, memberi perusahaan kecil dari seluruh dunia akses ke teknologi canggih, dan menjadikan Taiwan salah satu ekonomi dunia yang paling penting. Tentu saja, TSMC memiliki banyak pengikut, tetapi pabrik inilah yang tetap paling sukses, memiliki sedikit lebih dari setengah dari kontrak global pembuatan microchip dan secara aktif mengembangkan standar desain yang paling canggih. Pelanggan TSMC berkisar dari raksasa seperti Apple dan AMD hingga perusahaan yang sangat kecil di seluruh dunia.Tabel 3. Pembuatan kontrak microchip terbesar pada 2019. Untuk Samsung, angka indikatif hanya diberikan untuk pembuatan kontrak untuk pelanggan eksternal.Seperti yang Anda lihat, untuk menghasilkan uang yang baik, tidak perlu memiliki teknologi paling modern - meskipun masih layak memiliki sesuatu yang baik. Bagus, bagaimanapun, tidak berarti standar desain. Sebagai contoh, GlobalFoundries, meninggalkan pertarungan melawan trio TSMC-Samsung-Intel dalam menguasai standar 7 nm yang diperlukan untuk prosesor segmen konsumen, mengandalkan FDSOI 12-28 nm, yang menjanjikan untuk Internet hal dan proses microwave, dan sejumlah lusinan tertinggal pabrik menawarkan integrasi pada satu chip logika dan transistor daya tegangan tinggi, elemen untuk sirkuit gelombang mikro dan "chip" lainnya dalam permintaan dalam chip industri dan otomotif khusus.8. FDSOI . FDSOI MOSFET, ( FinFET), , .Gambar 9. Teknologi TowerJazz.Dan di sini adalah tawaran dari pabrik Israel-Amerika TowerJazz (Tower adalah bagian Israel, dan Jazz adalah yang Amerika). Logika prosesor-digital telah berhenti pada level 45 nm, tetapi tawaran tersebut telah tumbuh secara luas, mencakup banyak aplikasi lain. Tiga jalur teknologi frekuensi radio, dua jalur proses analog dan daya, chip optik dan MEMS, serta ketersediaan sertifikasi mobil dan militer dapat memenuhi kebutuhan beragam pelanggan, membentuk portofolio tidak hanya dalam jumlah besar, tetapi dalam jumlah besar dalam jumlah kecil.Luar biasa
Tabel 4. Pengembang chip fabless terbesar.Dari semua perusahaan yang disebutkan dalam artikel, peserta dalam tabel ini adalah yang paling dimengerti oleh orang kebanyakan. Qualcomm Snapdragon adalah standar prosesor de facto untuk ponsel di Android; Broadcom - berbagai peralatan jaringan (dan sebuah chip di Raspberry Pi), Mediatek dan HiSilicon - juga dikenal sebagai produsen aksesoris untuk telepon, dengan pohon apel dan AMD semuanya menjadi jelas tanpa saya. Xilinx sedikit lebih rumit, tetapi setiap orang yang pernah mendengar istilah "FPGA" mengetahui mereka, dan Marvell dan Novatek sudah sangat kecil sehingga hanya spesialis dan pemain pertukaran yang perlu tahu tentang mereka.Tetapi bagaimana di antara perusahaan-perusahaan yang tidak memiliki pabrik sendiri adalah perusahaan tua dan terhormat seperti AMD? Jawaban untuk pertanyaan ini cukup sederhana: pada tahun 2009, segera setelah krisis keuangan yang menghancurkan, AMD, sebagai bagian dari kampanye pemulihan bisnis, memisahkan produksinya menjadi perusahaan terpisah yang disebut GlobalFoundries dan menjualnya kepada investor dari Uni Emirat Arab, menjadi klien utama untuk perusahaan baru ( pada kenyataannya, hanya meninggalkan segalanya seperti semula, tetapi melepas biaya infrastruktur). Setelah itu, investor yang sama membeli dan bergabung dengan GloFo sebuah pabrik besar Singapura Chartered Semiconductor (juga bermitra dengan AMD) dan divisi semikonduktor IBM (termasuk, antara lain, pabrik-pabrik di sekitar New York yang diterima di industri pertahanan AS). Konglomerat yang dihasilkan menjadi pabrik kontrak terbesar kedua di dunia (namun,lima kali lebih kecil dari TSMC) dengan pabrik di AS, Jerman, Singapura. Fakta menyenangkan: GloFo adalah perusahaan swasta terbesar di negara bagian Vermont, AS.Perlombaan senjata berikutnya dengan para pemimpin - TSMC dan Samsung - tidak berakhir dengan baik untuk GloFo, dengan hilangnya pelanggan terbesarnya (AMD) sebagai akibat dari ketidakmampuan untuk meluncurkan standar 7 nm. Namun, guncangan ini bermanfaat bagi perusahaan dan memungkinkan untuk memulai proses pembuangan aset yang tidak nyaman dan reorientasi (meskipun dipaksakan) ke pasar lain, sebagai akibatnya posisi keuangan GloFo telah meningkat secara signifikan. AMD sebagian dikembalikan (untuk chip I / O, yang cocok untuk standar 14 nm), pesanan muncul di bidang Internet hal-hal dan 5G. Dalam beberapa minggu terakhir, ada juga desas-desus bahwa pabrik memiliki prospek untuk mendapatkan kontrak lezat dari Intel, yang tidak memiliki kapasitas sendiri pada 14 nm. Jika kesepakatan berjalan, dan bekas pabrik AMD akan menghasilkan blue chips, itu sangat ironis.IP dan CAD
Secara umum, IP adalah properti intelektual, tetapi dalam industri semikonduktor konsep "IP core" digunakan secara aktif. Inti semacam itu adalah bagian lengkap dari desain yang tidak diproduksi oleh pengembang, tetapi dijual kepada pengembang lain. Pendekatan semacam itu memungkinkan perusahaan yang menjual sirkuit mikro untuk membeli blok standar yang siap pakai (misalnya, pengontrol antarmuka populer), secara mandiri hanya membuat sebagian kecil dari chip yang membentuk pengetahuan dan menciptakan nilai tambah utama. Baca lebih lanjut tentang ekosistem IP di sini.dan sekarang saya akan mengatakan bahwa pasar ini relatif kecil (sekitar $ 3,5 miliar), tetapi terus tumbuh (dua kali lipat diharapkan dalam lima tahun) dan penting bagi industri secara keseluruhan karena keberadaannya sangat mengurangi waktu untuk memasarkan dan meningkatkan kualitas standar suku cadang, yang sangat terlibat dalam topik profesional (baik, dalam teori), dan bukan tim tambahan produsen chip.Anda mungkin akrab dengan pemain kunci di pasar IP semikonduktor: ini adalah perusahaan ARM yang mengembangkan inti prosesor dengan nama yang sama dan melisensikannya kepada semua orang, misalnya, ke hampir semua produsen prosesor untuk ponsel. Pangsa ARM dari pasar IP semikonduktor adalah 45-50% (pendapatan $ 1,6 miliar pada 2018), dua pemain besar lainnya adalah subdivisi IP dari produsen CAD Synopsys (629 juta dari 3300) dan Cadence (189 juta dari 2100). Sepertiga sisa pasar hampir merata di antara ratusan tim kecil yang berspesialisasi dalam beberapa tugas sempit.Pasar CAD elektronik, di mana pasar IP kadang-kadang dianggap bagian, adalah sekitar $ 10 miliar. Selain Synopsys dan Cadence yang disebutkan di atas, "Tiga Besar", yang mengendalikan hampir seluruh pasar, termasukMentor, sebuah Bisnis Siemens (sebelumnya dikenal sebagai Mentor Graphics) dengan pendapatan $ 1,3 miliar. Fitur yang menarik dari pasar CAD mikroelektronik adalah bahwa produk-produk dari perusahaan yang bersaing tidak hanya kompatibel satu sama lain, tetapi bahkan dapat diintegrasikan satu sama lain, memungkinkan pengembang untuk menyusun rute desain sesuai dengan spesifikasi tugas.Gambar 10. Jendela Virtuoso Cadence dan salah satu tab, yang sebenarnya merupakan program Kaliber yang dikembangkan oleh Mentor Graphics. Seperti yang Anda lihat, Stirlitz tidak memberikan apa pun, kecuali warna abu-abu yang lebih hangat. Dan ya, perangkat lunak desain microchip modern terlihat persis seperti itu. Ini masih antarmuka grafis, bukan baris perintah.Jika bukan silikon, lalu siapa?
Meskipun sejumlah besar uang diinvestasikan dalam pengembangan alternatif silikon, yang jelas bukan bahkan tentang ekonomi dan teknologi, tetapi langit-langit fisik, tidak ada yang substansial yang dapat diharapkan di tahun-tahun mendatang. Calon yang tampaknya menjadi "bahan masa depan" datang dan pergi (gallium arsenide, carbon nanotube, graphene, dan sebagainya), dan transistor MOS silikon tidak pergi ke mana pun. Namun, ada beberapa ceruk pasar di mana bahan lain berhasil bersaing dengan silikon, atau bahkan sepenuhnya menggantikannya. Relung-relung ini, di satu sisi, merupakan beberapa persen dari total pasar, dan di sisi lain, kita berbicara tentang miliaran dolar.Hampir satu miliar dolar diperkirakan pasar penghasil laser semikonduktor, yang merupakan heterostruktur kompleks GaA, AlGaAs, InGaAs, dan sebagainya. Omong-omong, Zhores Alferov menerima Hadiah Nobel dalam Fisika atas penemuan heterostruktur ini. Atau misalnya, LED, juga terbuat dari heterostruktur berdasarkan bahan A 3 B 5 , dengan cepat menembus ke dalam kehidupan kita sehari-hari; sementara pasar LED bernilai beberapa miliar, tetapi pasar pencahayaan dioda global telah melebihi lima puluh, dan diharapkan akan terus tumbuh setidaknya sampai lampu pijar hilang sepenuhnya.Kisah menarik lainnya adalah pasar untuk perangkat tegangan tinggi berdaya tinggi, di mana transistor MOS silikon dan IGBT mulai dengan cepat menghasilkan transistor silikon karbida (SiC) MOS dan transistor mobilitas elektron tinggi (HEMTs) yang berbasis pada gallium nitride (GaN). Dan itu dan pemula lainnya karena sifat terbaik dari bahan dapat mencapai parameter yang lebih baik daripada silikon bahkan dapat memberikan secara teoritis. Perangkat baru yang sama menghilangkan sebagian pasar microwave dari GaAs - terima kasih, misalnya, ke kisaran suhu yang lebih baik. Pasar utama di mana produk baru diperkenalkan adalah mobil listrik, BTS dari jaringan 5G dan, misalnya, pengisi daya untuk ponsel.Dan dalam berita mereka secara teratur menulis bahwa beberapa ilmuwan telah mencapai terobosan dalam penggunaan semikonduktor baru. Semua pesan ini, tentu saja, harus dibagi sepuluh, tetapi bahkan dengan mengingat hal ini, banyak materi baru yang menarik sedang dalam perjalanan: galium oksida (Ga 2 O 3 ), berlian, varian baru senyawa A 3 B 5 dan A 2 B 6 , perovskites - inilah yang saya lihat dalam berita selama beberapa bulan terakhir. Tak satu pun dari mereka akan menggantikan silikon, tetapi mereka akan membuat panel surya kita lebih efisien, Internet lebih cepat, dan laser lebih cocok untuk instalasi pada robot humanoid besar.Sedikit berbeda
Pasar mikroelektronika, tentu saja, tidak terbatas pada yang di atas. Di sekitarnya ada banyak pasar terkait, misalnya, alat ukur dengan raksasa seperti Keysight (4,3 miliar), Rohde & Schwarz (2,04 miliar) dan National Instruments (1,02 miliar). Atau produksi wafer silikon yang tepat, tempat chip dibuat, juga merupakan pasar sepuluh miliar dolar, dengan pausnya sendiri, yang tidak pernah didengar orang biasa. Ya, ada orang biasa, bahkan saya, sebagai perancang chip, hanya tahu satu dari lima produsen substrat teratas sebelum memulai artikel ini, dan hanya karena French Soitec adalah pemimpin dalam substrat silikon pada isolator, yang mana saya memiliki minat profesional. Omong-omong, popularitas substrat SOI tumbuh dengan cepat, dan, yang lucu adalah,para pemimpin yang mereka gunakan adalah pabrik-pabrik Eropa GlobalFoundries dan STM, yang bekerja dengan proses teknis FDSOI untuk Internet benda dan sirkuit frekuensi radio yang terhubung. Oh ya, untuk berjaga-jaga: produsen substrat silikon terbesar di dunia adalah perusahaan Jerman Siltronic, yang kantor pusatnya berlokasi di kota Bavaria, Burghausen dengan populasi delapan belas ribu orang.
Dan bagaimana dengan Rusia?
Saya ingin melakukannya tanpa bagian ini karena terlalu sedih, tetapi itu akan menjadi tidak jujur bagi para pembaca. Jadi, volume pasar mikroelektronika Rusia adalah 0,7% dari pasar dunia, dan perusahaan industri pertahanan menyediakan sebagian besar volume ini. Menurut hasil 2019, produsen chip terbesar (Mikron) memiliki pendapatan sekitar 10 miliar rubel ($ 160 juta atau 0,5% dari TSMC) dan untuk pertama kalinya dalam sepuluh tahun (!) Tidak berubah menjadi tidak menguntungkan. Sebagai perbandingan, pendapatan Yandex untuk 2018 adalah 126 miliar rubel.Pada 2007, Mikron melisensikan proses manufaktur 180 dan 90 nm dari perusahaan Prancis-Italia ST Microelectronics. Proses mikron dengan standar 180 nm dirancang untuk produksi tag frekuensi radio (RFID), yang sudah dapat Anda temukan pada tiket transportasi umum, dan di masa depan, dalam segala hal yang dapat ditandai - mantel bulu, paspor, dan bahkan kacamata pintar. Pada 90 nm hanya ada produksi percontohan dan skala kecil. Pada saat yang sama, Micron beroperasi sebagai sebuah yayasan (sesuai dengan standar 180 dan 240 nm) untuk banyak perusahaan Rusia yang tidak memiliki pabrik, menjadi salah satu pusat utama untuk substitusi impor untuk penggunaan mikro-sirkuit ganda yang dikenai sanksi. Pada saat yang sama, jangkauan chip dual-purpose yang diproduksi sangat luas, dan sirkulasi yang kecil, oleh karena itu, untuk mempertahankan pabrik, itu pasti membutuhkan pesanan sipil skala besar - yang menyediakan tiket metro.12. 90 “”, “”.Produksi mikroelektronika terbesar kedua di Rusia adalah ... tidak, bukan Zelenograd Angstrom, seperti yang dipikirkan banyak orang, tetapi Bryansk Silicon El Group, yang memiliki produksi dengan standar desain 700 nm (dan baru-baru ini mengumumkan pengembangan 500 nm dan rencana untuk 350 nm). Pendapatan perusahaan pada 2017 adalah 3 miliar rubel, pada 2018 - 2,6 miliar rubel, produk - komponen diskrit (transistor dan dioda), modul daya berdasarkan pada mereka, serta chip analog dan power dengan kompleksitas kecil, hampir sepenuhnya berorientasi pada kebutuhan kompleks militer-industri. Dan mereka juga memiliki edisi terbaru dari surat kabar pabrik "Crystal" yang diposting di situs web mereka, secara teratur "berminggu-minggu tanpa pintu putar" secara teratur diadakan dalam produksi, dan kerja sama aktif dengan universitas lokal sedang berlangsung. Secara umum, dilakukan dengan baik dari semua sisi.Gambar 13. Pelat silikon El di bawah mikroskop.Angstrom, saingan abadi Mikron, yang berada di posisi ketiga kehormatan, menunjukkan pendapatan produksi 2,17 miliar rubel (dan 600 juta lainnya memberi Litbang) pada 2018 - dan, untuk pertama kalinya dalam beberapa tahun, berkeliaran di nol, kerugian. Angstrom tidak memiliki standar desain modern, oleh karena itu, berita menarik dari perusahaan baru-baru ini terutama menyangkut perangkat kuat terpisah - garis transistor daya tahan radiasi telah dikembangkan, diversifikasi ke pasar sipil sedang dilakukan, perjanjian ditandatangani dengan Jepang mengenai pengembangan silikon karbida untuk sangat arah yang menjanjikan dari perangkat daya tegangan tinggi.Gambar 14. Modul IGBT yang kuat yang diproduksi oleh Angstrem. Harap dicatat bahwa perusahaan tidak hanya menciptakan perangkat itu sendiri, tetapi juga produk akhir berdasarkan mereka.
Angstrem-T, yang bukan bagian dari Angstrem, dan yang berjanji untuk memulai produksi pada 90 dan 130 nm pada peralatan yang dibeli dari pabrik AMD Dresden, sebagian besar terlibat dalam kebangkrutan dan berita pinjaman sepanjang sejarahnya. Dan tentang fakta bahwa Mikron mengusulkan untuk membangun pabrik dengan standar 28 nm di gedungnya. Dari berita yang relatif baik, hanya ada sedikit kontrak untuk perusahaan semacam itu dengan Cina untuk produksi pada standar 250 nm, yang tampaknya adalah transistor terputus dari teknologi 130 nm untuk sirkuit input-output.Produksi serial lainnya adalah Voronezh (VZPP-Mikron, yang diperhitungkan dalam hasil perusahaan induk), dan sisanya adalah pabrik-pabrik eksperimental dan skala kecil yang berfokus pada kompleks industri-militer, banyak di antaranya yang sebenarnya belum diperbarui sejak zaman Soviet. Secara terpisah, perlu disebutkan "Integral" Belarusia, yang bekerja hampir seluruhnya di pasar Rusia, dengan pendapatan sekitar enam miliar rubel Rusia, standar desain minimum 800 nm dan kemampuan untuk membuat perangkat dengan tegangan operasi hingga 600 V.Dengan pengembangan Fabless, situasinya agak lebih baik daripada dengan produksi. Ada lusinan pusat desain dengan miliaran (dalam rubel, tentu saja) dari pendapatan di Rusia, mereka telah berhasil menjalin kerja sama dengan kedua pabrik silikon asing dengan kecepatan hingga 28-16 nm (terutama dengan TSMC yang sama) dan dengan pemasok IP populer blok dan inti. Ada juga beberapa cabang perusahaan asing besar, misalnya Intel di Nizhny Novgorod, tempat lebih dari seribu orang bekerja. Masalah mikroelektronika Rusia secara keseluruhan adalah bahwa, seperti dalam produksi, MIC juga mengatur pengembangan, dan sebagian besar chip yang dikembangkan, meskipun mereka memiliki keunggulan penting seperti ketahanan radiasi atau rentang suhu yang diperluas, pada prinsipnya tidak dimaksudkan untuk produksi skala besar. Sejumlah perusahaan memiliki ambisi komersial (mis., MCST,"Baikal", "Milandra" dan "Modula"), tetapi mereka semua berada pada tahap awal dan masih berorientasi pada tatanan negara, meskipun bukan militer.Industri ini memiliki harapan tinggi untuk negara yang baru diadopsi "Strategi untuk Pengembangan Industri Elektronik Federasi Rusia untuk periode hingga 2030", yang menyiratkan lompatan ke depan yang signifikan, mengatasi jeda jangka panjang di belakang bagian dunia lainnya dan reorientasi elektronik Rusia di jalur komersial. Pabrik sendiri harus dibangun dengan standar 5 nm, peralatan teknologi untuk mereka akan dikembangkan, perusahaan Rusia akan memasuki pasar dunia - dan semua ini segera, hanya lima tahun setelah astronot Rusia mendarat di bulan.Pada nada optimis yang tak terbatas ini, saya, mungkin, akan mengakhiri. Source: https://habr.com/ru/post/undefined/
All Articles