در فوریه 2019 ، یک سال قبل از شیوع بیماری ، SIA (انجمن صنایع نیمه هادی آمریکا) اعلام کرد که تنها در سال 2018 ، تعداد بی نظیری چیپس به فروش رسیده است (GG) بیش از 1 تریلیون."؛ بر اساس گزارش اخیر وال استریت ژورنال ، نیمه هادی ها بعد از نفت خام ، فرآورده های نفتی تصفیه شده و خودروها چهارمین محصول پر معامله در جهان هستند.
پس از آن ، اظهارات جو بایدن [39] رئیس جمهور ایالات متحده&به صراحت تراشه ها را"؛ زیرساخت ،"؛ تأیید می کند که هیچ ابهامی در مورد این واقعیت وجود ندارد که تراشه های نیمه هادی ، که تقاضای زیادی دارند ، واحد رایج جدید هستند. توانایی آنها در انجام میلیون ها عملیات پیچیده و بهره وری انرژی آنها ، نیمه هادی ها را به یکی از اجزای اصلی تقریباً هر صنعت تبدیل کرده و اقتصاد جهانی را برانگیخته است.
امروزه یک تلفن هوشمند دارای قدرت محاسباتی بسیار بیشتری نسبت به رایانه ای است که ناسا برای قرار دادن انسان در ماه در سال 1969 استفاده کرد. شبکه های بی سیم ، برنامه های بلاک چین ، استخراج بیت کوین ، 5G ، اینترنت اشیا ، اتومبیل های خودران ، هواپیماهای بدون سرنشین ، روباتیک ، بازی ها و پوشیدنی ها توسط این فناوری های مجزا هدایت می شوند. اما نیمه هادی های بسیار پیچیده. بر اساس گزارش جدیدی از Juniper Research ، تعداد دستگاه های Iot به تنهایی تا پایان سال 2021 به 46 میلیارد دستگاه می رسد. هر یک از این دستگاه ها از یک نیمه هادی تغذیه خواهند کرد.
نیمه هادی ها برای کاربردهای محاسباتی بالا در صنایع الکترونیک و تولید ، کشاورزی ، مراقبت های بهداشتی ، زیرساخت ها ، سرگرمی ، ارتباطات از راه دور ، حمل و نقل ، مدیریت انرژی ، سیستم های نظامی و هوافضا بسیار مهم هستند.
ستون صنایع متعدد
با مهمترین مراقبت های بهداشتی شروع کنید-نیمه هادی ها بخشی جدایی ناپذیر از برنامه های کاربردی مداخله تشخیصی ، درمانی و پس از توانبخشی هستند. دستگاه های نیمه هادی مانند دستگاه های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) ، ضربان ساز ، دستگاه های اندازه گیری فشار خون ، آنالیز کننده گاز خون ، مانیتورهای بی سیم بیماران و دستگاه های تنفس هر روز جان افراد را نجات می دهند. برخی از روش های جراحی با استفاده از سیستم های جراحی روباتیک که از تراشه ها پشتیبانی می کنند متحول شده است.
فقط برای مراقبت از کووید ، تجهیزات آزمایش ، مانیتورهای اکسیژن و تقریباً همه سیستم های پشتیبانی کننده زندگی به نیمه هادی ها متکی هستند. علاوه بر این ، توزیع بین المللی واکسن ها ، گواهینامه مبتنی بر برنامه ، هواپیماهای بدون سرنشین که داروهای حمایتی را تحویل می دهند ، و یک جریان ثابت از داده ها را به اتاق جنگ COVID-19 ارائه می دهند-همه آنها به ویفرهای سیلیکونی متکی هستند.
پیش بینی های تحقیقات بازار نشان می دهد که دستگاه های بهداشتی بی سیم یکپارچه تحت وب ، چاپ سه بعدی پوشیدنی ها و اندام ها و دستگاه های پزشکی مجهز به نیمه رسانا عوامل کلیدی برای اطمینان از ارائه رویکردهای جدید و خلاقانه مراقبت های بهداشتی در آینده خواهند بود. بازار جهانی نیمه هادی های خودرو در سال 2020 48.13 میلیارد دلار ارزش داشت و پیش بینی می شود تا سال 2026 به 129.17 میلیارد دلار برسد.
خودروسازان در حال ادغام سیستم های الکتریکی خودرو هستند که به دیودهای قدرت و تنظیم کننده با قابلیت اطمینان بالا نیاز دارند. سیستم های نیمه هادی خودرو با عملکردهای مختلف در انواع محصولات خودرو مانند کنترل های ناوبری ، سیستم های سرگرمی اطلاعات و سیستم های تشخیص برخورد استفاده می شود. یک اتومبیل خودران متصل مدرن به راحتی می تواند بیش از 3000 تراشه با آخرین قابلیت های فناوری داشته باشد. در شرایطی که نیروهای همه گیر فعلی"؛ همه چیز از راه دور"؛ - چه برای تجارت ، مطالعه ، سرگرمی و یا ارتباط با دوستان و خانواده- نیمه هادی ها از زیرساخت های فنی مورد نیاز برای حفظ شبکه های ارتباطی به جای محیط های فیزیکی سنتی پشتیبانی می کنند.
در طول این همه گیری همه گیر ، سازمان ها توانستند با کمک دستگاه ها و فناوری های دیجیتالی و نیمه رسانا عملیات خود را به صورت آنلاین به راحتی انجام دهند و به افراد اجازه دهند بدون دخالت از راه دور با خیال راحت و از راه دور کار کنند. این تحول دیجیتالی دنیای جدیدی از فرصت را برای صنعت نیمه هادی ها ایجاد کرده است
بر روی تراشه سوار می شود
فناوری های نوظهور ، به ویژه اینترنت اشیا ، هوش مصنوعی ، واقعیت افزوده و توسعه یافته و بلاک چین ، به طور فزاینده ای در صنایع مختلف برجسته هستند. با توجه بیشتر توجه به این برنامه ها در طیف ، نیاز به سنسورهای اختصاصی ، مدارهای مجتمع ، حافظه بهبود یافته و پردازنده های افزایش یافته افزایش می یابد.
بسیاری از شهرهای هوشمند در سراسر جهان متعهد به بهبود چشمگیر خدمات شهری و زیرساخت های حیاتی مدنی برای شهروندان خود هستند. برای انجام این کار ، آنها باید تقریباً تمام جنبه های زیرساخت های شهرداری را به انواع دستگاه ها متصل کنند ، که به نوبه خود به افراد متصل خواهند شد. این زیرساخت به هم پیوسته توسط نیمه هادی ها تغذیه می شود.
شبکه های تلفن همراه نسل پنجم طوری طراحی شده اند که تقریباً همه و همه را-ماشین ها ، اشیاء و دستگاهها-به هم متصل می کنند. ارائه حداکثر سرعت داده ؛ دستیابی به تاخیر بسیار کم ؛ قابلیت اطمینان بیشتر ؛ ظرفیت شبکه گسترده ؛ قابلیت استفاده بیشتر و تجربه کاربر یکپارچه تر. در قلب این نسل بعدی فناوری ، تراشه های نیمه هادی پیشرفته با گره های کوچکتر و کارایی بیشتر محاسبات مهم ، سریع و با کارایی بالا را ارائه می دهند.
پیشرفت در فناوری نیمه هادی
خط تقسیم بین تولید مدارهای مجتمع متوسط و متوسط به بالا (IC) فن آوری های فرایند 12/16 نانومتر و 7 نانومتر است. آنها در برنامه های کاربردی مانند واحدهای پردازش مرکزی ، واحدهای پردازش گرافیک ، هوش مصنوعی و در محصولاتی مانند تلویزیون ، کولر گازی ، خودروها ، قطارهای سریع السیر ، ماهواره ها ، روبات های صنعتی ، آسانسورها و هواپیماهای بدون سرنشین استفاده می شوند.
با پیشرفت فناوری نیمه هادی ، فناوری 5 نانومتری معرفی شده است که کوچکتر و سریعتر از نسل قبلی تراشه ها است.
IBM به تازگی اولین فناوری تولید تراشه 2 نانومتری' جهان (45٪ سریعتر و 75٪ کارآمدتر از تراشه های اصلی 7 نانومتری که امروزه در بسیاری از لپ تاپ ها و تلفن های همراه استفاده می شود) را معرفی کرده است ، صنعت به دنبال این است که عملکرد و بهره وری انرژی بالاتر را در آینده باز کنید.
تولید تراشه های پیچیده
تولید چیپس خود یک فرآیند پیچیده است که وابستگی های متعددی از کشور/منطقه را شامل می شود. از طراحی تراشه تا تهیه مواد اولیه اولیه تا ساخت ، مونتاژ ، آزمایش ، بسته بندی ، ذخیره سازی و تحویل نهایی نیمه هادی های سفارشی برای صنایع مختلف ، این فرایند می تواند بیش از 1000 مرحله و 70 نقطه مرزی ملی را شامل شود. در حال حاضر ، فناوری اختصاصی و توانایی اجرای از Alpha تا Omega به رهبران حرفه ای جهانی مانند Intel ، TSMC و Samsung و تعدادی دیگر بستگی دارد.
در شرایط کنونی جهانی ، ایالات متحده ، با دانشگاه های درجه یک و استعدادهای مهندسی و اکوسیستم نوآوری بازار محور ، بیشتر فعالیتهای فشرده R&مانند اتوماسیون طراحی الکترونیکی ، مالکیت معنوی اصلی ، تراشه را ارائه می دهد. طراحی ، تجهیزات پیشرفته تولید و سرمایه گذاری های سرمایه ای.
مناطقی مانند تایوان ، سرزمین اصلی چین و کره جنوبی در تولید ویفر پیشرو هستند ، ویژگی هایی که نیاز به سرمایه گذاری قابل توجه ، زیرساخت قوی و نیروی انسانی متخصص دارد. تایوان همچنین در زمینه مونتاژ ، بسته بندی و آزمایش نیمه هادی ها پیشرو است و پس از آن چین و مالزی با مهارت و سرمایه کمتری قرار دارند.
بحران تراشه جهانی
بحران COVID-19 منجر به کمبود گسترده تراشه در سراسر جهان شده است ، حفره هایی در زنجیره تامین جهانی نیمه هادی ها ایجاد شده و بسیاری از فناوری ها و محصولات حیاتی برای زندگی روزمره ما در معرض خطر قرار گرفته است.
دلایل اصلی این کمبود شامل عدم سرمایه گذاری در ظرفیت ویفر در سال های گذشته ، اختلال در زنجیره تامین به دلیل همه گیری COVID-19 ، افزایش تقاضا برای فناوری های جدید مانند هوش مصنوعی و وسایل نقلیه برقی و افزایش تقاضا برای کار در خانه (WFH) است. به
به خشکسالی تایوان (برخی از بزرگترین و پیشرفته ترین ریخته گریهای جهان با تکنولوژی بالا برای تخصیص آب خود به فرآیندهای تولید آب زیاد نیاز دارند) و عدم قطعیت ژئوپلیتیکی در مورد تجارت با چین افزوده شود.
راه رو به جلو
خبر خوب این است که چندین بنیانگذار ، از جمله TSMC ، اینتل و GXIC ، میلیاردها دلار برای ارتقاء تجهیزات و ایجاد خطوط تولید جدید برای رفع تقاضای فزاینده و کمبود عرضه برای&نقل قول می کنند. ؛ چیپس.
TSMC اخیراً بزرگترین سرمایه گذاری صنعت' را رونمایی کرد و طی سه سال آینده 100 میلیارد دلار برای افزایش ظرفیت اختصاص داد. اینتل 20 میلیارد دلار برای دو سایت در آریزونا متعهد شده است و می گوید امسال تعهدات بیشتری برای سرمایه گذاری خواهد داشت. سامسونگ الکترونیک کره جنوبی&شماره 39 سرمایه گذاری 116 میلیارد دلاری را تا سال 2030 برای تنوع بخشیدن به تولید تراشه اختصاص داده است.
هند همچنین برنامه های خود را برای تولید انبوه تراشه های نیمه رسانا به عنوان بخشی از"؛ ساخت در هند"؛ برنامه این کشور بیش از 1 میلیارد دلار پول نقد به هر شرکت نیمه هادی که یک واحد تولیدی در کشور راه اندازی می کند ، ارائه می دهد. تراشه های تولید شده محلی به عنوان"؛ منابع معتبر"؛ و می تواند در محصولات مختلف از دوربین های مدار بسته تا تجهیزات 5G استفاده شود. در ماه دسامبر ، هند"؛ اظهارات علاقه"؛ از تولیدکنندگان تراشه در مورد راه اندازی واحدهای تولیدی در کشور یا خرید چنین واحدهایی.
39&همه چیز در مورد دستیابی به خودکفایی در تولید نیمه هادی ها ، اطمینان از کنترل بهتر بر امنیت داده ها و جلوگیری از تحت فشار قرار دادن کشورهای جهان در ازای اعضای خاص زنجیره تامین نیمه هادی موجود است.
واضح است که نیمه هادی ها قوانین بازی را در دنیای مدرن و سریع ما تغییر می دهند. واضح است که صنعت نیمه هادی ها با چالش های جدیدی روبرو است. برای روشن تر شدن مطلب ، دولت های سراسر جهان در حال حاضر در حالت مدیریت بحران هستند و در آینده نزدیک نیمه هادی ها"؛ زیرساخت های حیاتی"؛ وضعیت در اکثر کشورها