I februari 2019, året före utbrottet, meddelade SIA (Semiconductor Industry Association of America) att ensamt under 2018 såldes rekordmånga chips&-kvoter, överstigande 1 biljon." Enligt en ny rapport i Wall Street Journal är halvledare den fjärde mest omsatta produkten i världen, efter råolja, raffinerade oljeprodukter och bilar.
Detta följdes av USA: s president Joe Biden' s uttalande som uttryckligen kallar chips" infrastruktur," bekräftar att det inte finns någon oklarhet om att halvledarchips, som är mycket efterfrågade, är den nya gemensamma valutan. Deras förmåga att utföra miljontals komplexa operationer och deras energieffektivitet har gjort halvledare till en nyckelkomponent i nästan alla branscher, vilket driver den globala ekonomin.
Idag har en smartphone mycket mer datorkraft än datorn NASA använde för att sätta en man på månen 1969. Vad mer är, nästan all framväxande teknik som ARTIFICIAL intelligence, cloud computing, quantum computing, advanced trådlösa nätverk, blockchain-applikationer, bitcoin mining, 5G, sakernas internet, självkörande bilar, drönare, robotik, spel och bärbara enheter drivs av dessa diskreta tekniker. Men mycket komplexa halvledare. Enligt en ny rapport från Juniper Research kommer antalet Iot -enheter ensam att nå 46 miljarder i slutet av 2021. Var och en av dessa enheter kommer att drivas av en halvledare.
Halvledare är avgörande för högdatatillämpningar inom elektronik och tillverkning, jordbruk, sjukvård, infrastruktur, underhållning, telekommunikation, transport, energihantering, militära system och rymd.
En pelare i flera branscher
Börja med den viktigaste sjukvården-halvledare är en integrerad del av kliniska diagnostiska, terapeutiska och efterrehabiliteringsinterventioner. Halvledarutrustning som magnetresonansmaskiner (MRI), pacemaker, blodtrycksmätare, blodgasanalysatorer, trådlösa patientmonitorer och ventilatorer räddar liv varje dag. Vissa kirurgiska ingrepp revolutioneras genom användning av robotkirurgiska system som stöder chips.
Bara för Covid -vård är testutrustning, syremätare och nästan alla livsstödssystem beroende av halvledare. Dessutom distribuerar vacciner över hela landet, appbaserad certifiering, drönare som levererar livsmedelsstödjande läkemedel, som ger en stadig ström av data till krigsrummet COVID-19-alla är beroende av kiselskivor.
Marknadsforskningsprognoser tyder på att webbintegrerade trådlösa hälso- och sjukvårdsenheter, 3D-utskrift av bärbara och organiska mediciner och medicintekniska produkter utrustade med halvledare kommer att vara nyckelfaktorer för att säkerställa leverans av nya och kreativa vårdmetoder i framtiden. Den globala halvledarmarknaden för bilar var värd 48,13 miljarder dollar år 2020 och förväntas nå 129,17 miljarder dollar år 2026.
Biltillverkare integrerar fordonselektriska system som kräver kraftdioder och regulatorer med överlägsen tillförlitlighet. Automotive halvledarik med olika funktioner används i en mängd olika bilprodukter, till exempel navigeringskontroller, infotainmentsystem och kollisionsdetekteringssystem. En modern ansluten självkörande bil kan enkelt ha mer än 3000 chips med den senaste tekniska kapaciteten. I situationer där den nuvarande pandemin tvingar" allt på distans" - vare sig det gäller affärer, studier, underhållning eller kommunikation med vänner och familj- halvledare stöder den tekniska infrastruktur som behövs för att underhålla kommunikationsnätverk, snarare än traditionella fysiska miljöer.
Under denna pandemi kunde organisationer smidigt flytta sin verksamhet online med hjälp av digitala, halvledarstyrda enheter och tekniker och tillåta individer att arbeta säkert och på distans utan störningar. Denna digitala transformation har öppnat en ny värld av möjligheter för halvledarindustrin
Rider på ett chip
Framväxande teknik, särskilt Internet of Things, artificiell intelligens, förstärkt och utökad verklighet och blockchain, blir alltmer framträdande i olika branscher. Eftersom dessa applikationer får mer uppmärksamhet över hela spektrumet ökar behovet av dedikerade sensorer, integrerade kretsar, förbättrat minne och förbättrade processorer.
Många smarta städer runt om i världen har åtagit sig att dramatiskt förbättra stadstjänster och kritisk medborgarinfrastruktur för sina medborgare. För att göra det måste de ansluta nästan alla aspekter av kommunal infrastruktur till en mängd olika enheter, som i sin tur kommer att anslutas till individer. Denna sammankopplade infrastruktur kommer att drivas av halvledare.
Femte generationens mobilnät är utformade för att ansluta nästan alla och allt-maskiner, föremål och enheter; Ge maximal datahastighet; Uppnå ultralåg fördröjning; Högre tillförlitlighet; Massiv nätverkskapacitet; Högre användbarhet och en mer enhetlig användarupplevelse. Kärnan i nästa generations teknik kommer banbrytande halvledarchips med mindre noder och större effektivitet att ge kritisk, snabb och högpresterande datorer.
Framsteg inom halvledarteknik
Skiljelinjen mellan mitten - och mitten - till avancerad integrerad krets (IC) tillverkning är 12/16 nm och 7 nm processteknologi. De används i applikationer som centrala processorenheter, grafikbehandlingsenheter, artificiell intelligens och i produkter som tv, luftkonditionering, bilar, höghastighetståg, satelliter, industrirobotar, hissar och drönare.
Framsteg inom halvledarteknik har infört 5 nm -teknik, som är mindre och snabbare än tidigare generationer chips.
Med IBM som nyligen introducerade världens': s första 2 nm chip -tillverkningsteknik (45% snabbare och 75% mer energieffektiv än de vanliga 7 nm -chipsen som används i många bärbara datorer och mobiltelefoner idag), vill branschen låsa upp högre prestanda och energieffektivitet i framtiden.
Komplex chipsproduktion
Chipproduktionen i sig är en komplex process som involverar flera beroende av land/region. Från chipdesign till anskaffning av grundläggande råvaror till tillverkning, montering, testning, förpackning, lagring och slutleverans av halvledare anpassade för olika branscher, processen kan omfatta mer än 1000 steg och 70 nationella gränspunkter. För närvarande beror den egna tekniken och förmågan att köra från Alpha till Omega på professionella globala ledare som Intel, TSMC och Samsung samt ett antal andra.
I det nuvarande globala sammanhanget erbjuder USA, med sina universitet i världsklass och ingenjörstalanger och marknadsdrivet innovationsekosystem, de flesta av R&-D-intensiva aktiviteter som elektronisk designautomation, kärnintellektuell egendom, chip design och avancerad tillverkningsutrustning och investeringar.
Regioner som Taiwan, Kina och Sydkorea är ledande inom tillverkning av skivor, funktioner som kräver betydande investeringar, stark infrastruktur och skicklig arbetskraft. Taiwan är också ledande inom halvledarmontering, förpackning och testfunktioner, följt av Kina och Malaysia, som är mindre skickliga och kapitalintensiva.
Global Chip Cris
COVID-19-krisen har lett till utbredd brist på chips runt om i världen, öppnat hål i den globala halvledarförsörjningskedjan och utsatt många tekniker och produkter som är kritiska för vårt dagliga liv i fara.
De främsta orsakerna till denna brist inkluderar underinvesteringar i skivkapacitet under tidigare år, störningar i försörjningskedjan på grund av COVID-19-pandemin, ökad efterfrågan på ny teknik som artificiell intelligens och elfordon och ökad efterfrågan på arbete hemifrån (WFH) -produkter .
Lägg därtill torka i Taiwan (några av världens' s största och mest avancerade högteknologiska gjuterier förlitar sig på vattenintensiva tillverkningsprocesser för sin vattenallokering) och växande geopolitisk osäkerhet kring handeln med Kina.
Vägen framåt
Den goda nyheten är att flera grundare, inklusive TSMC, Intel och GXIC, investerar miljarder dollar för att uppgradera utrustning och bygga nya produktionslinjer för att möta ökande efterfrågan och brist på utbud för" funktionsrika" ; pommes frites.
TSMC presenterade nyligen branschens': s största investering någonsin och avsatte 100 miljarder dollar under de kommande tre åren för att öka kapaciteten. Intel har lovat 20 miljarder dollar för två platser i Arizona och säger att det kommer att göra ytterligare investeringsåtaganden i år. Sydkoreas&Samsung Electronics har avsatt 116 miljarder dollar i investeringar år 2030 för att diversifiera sin chipsproduktion.
Indien färdigställer också planer på att massproducera halvledarchips som en del av sitt" Make in India" program. Landet erbjuder mer än 1 miljard dollar i kontanter till varje halvledarföretag som bildar en tillverkningsenhet i landet. Lokalt tillverkade marker kommer att betecknas som" betrodda källor" och kan användas i produkter som sträcker sig från övervakningskameror till 5G -utrustning. I december bjöd Indien in" intresseanmälningar" från chipmakare om att inrätta tillverkningsenheter i landet eller förvärva sådana enheter.
Det handlar om att uppnå självförsörjning i halvledartillverkning, säkerställa bättre kontroll över datasäkerheten och förhindra att länder runt om i världen hålls till lösensumma av specifika medlemmar i den befintliga leverantörskedjan för halvledare.
Det är klart att halvledare ändrar spelreglerna i vår moderna, snabba värld. Det är uppenbart att halvledarindustrin står inför nya utmaningar. För att vara tydligare är regeringar runt om i världen nu i krishanteringsläge, och inom en snar framtid kommer halvledare att få" kritisk infrastruktur" status i de flesta länder.