In februari 2019, het jaar voor de uitbraak, kondigde de SIA (Semiconductor Industry Association of America) aan dat alleen al in 2018 een recordaantal chips was verkocht "meer dan 1 biljoen." Volgens een recent rapport in de Wall Street Journal zijn halfgeleiders het vierde meest verhandelde product ter wereld, na ruwe olie, geraffineerde olieproducten en auto's.
Dit werd gevolgd door de verklaring van de Amerikaanse president Joe Biden die chips expliciet "infrastructuur" noemde, en bevestigde dat er geen onduidelijkheid is over het feit dat halfgeleiderchips, waar veel vraag naar is, de nieuwe gemeenschappelijke valuta zijn. Hun vermogen om miljoenen complexe operaties uit te voeren en hun energie-efficiëntie hebben halfgeleiders tot een belangrijk onderdeel van bijna elke industrie gemaakt, waardoor de wereldeconomie wordt aansturen.
Tegenwoordig heeft een smartphone veel meer rekenkracht dan de computer die NASA in 1969 gebruikte om een man op de maan te zetten. Bovendien worden bijna alle opkomende technologieën zoals KUNSTMATIGE intelligentie, cloud computing, quantum computing, geavanceerde draadloze netwerken, blockchain-toepassingen, bitcoin mining, 5G, Internet of things, zelfrijdende auto's, drones, robotica, gaming en wearables aangedreven door deze discrete technologieën. Maar zeer complexe halfgeleiders. Volgens een nieuw rapport van Juniper Research zal het aantal Iot-apparaten alleen al eind 2021 46 miljard bedragen. Elk van deze apparaten wordt aangedreven door een halfgeleider.
Halfgeleiders zijn van cruciaal belang voor high-computing toepassingen in elektronica en productie, landbouw, gezondheidszorg, infrastructuur, entertainment, telecommunicatie, transport, energiebeheer, militaire systemen en lucht- en ruimtevaart.
Een pijler van meerdere industrieën
Begin met de belangrijkste gezondheidszorg - halfgeleiders zijn een integraal onderdeel van klinische diagnostische, therapeutische en postrevalidatie interventietoepassingen. Halfgeleiderapparaten zoals MRI-machines (Magnetic Resonance Imaging), pacemakers, bloeddrukmeters, bloedgasanalysatoren, draadloze patiëntmonitoren en beademingsapparatuur redden elke dag levens. Sommige chirurgische ingrepen worden gerevolutioneerd door het gebruik van robotische chirurgische systemen die chips ondersteunen.
Alleen al voor Covid-zorg zijn testapparatuur, zuurstofmonitoren en bijna alle life support-systemen afhankelijk van halfgeleiders. Bovendien zijn de cross-country distributie van vaccins, app-gebaseerde certificering, drones die levensondersteunende medicijnen leveren, het verstrekken van een gestage stroom van gegevens naar de COVID-19 oorlogskamer - allemaal afhankelijk van siliciumwafels.
Marktonderzoeksprognoses suggereren dat webgeïntegreerde draadloze gezondheidszorgapparaten, 3D-printen van wearables en organen en medische apparaten uitgerust met halfgeleiders belangrijke factoren zullen zijn om de levering van nieuwe en creatieve gezondheidszorgbenaderingen in de toekomst te garanderen. De wereldwijde markt voor halfgeleiders voor auto's was in 2020 $ 48,13 miljard waard en zal naar verwachting $ 129,17 miljard bereiken in 2026.
Autofabrikanten integreren elektrische autosystemen die stroomdiodes en regelaars met superieure betrouwbaarheid vereisen. Automotive halfgeleiders met verschillende functies worden gebruikt in een verscheidenheid aan automotive producten, zoals navigatiebesturingen, infotainmentsystemen en botsingsdetectiesystemen. Een moderne verbonden zelfrijdende auto kan gemakkelijk meer dan 3.000 chips hebben met de nieuwste technologische mogelijkheden. In situaties waarin de huidige pandemie "alles op afstand" dwingt - of het nu gaat om zaken, studie, entertainment of communicatie met vrienden en familie - ondersteunen halfgeleiders de technische infrastructuur die nodig is om communicatienetwerken te onderhouden, in plaats van traditionele fysieke omgevingen.
Tijdens deze pandemie konden organisaties hun activiteiten soepel online verplaatsen met behulp van digitale, halfgeleidergestuurde apparaten en technologieën en konden ze individuen veilig en op afstand laten werken zonder interferentie. Deze digitale transformatie heeft een nieuwe wereld van kansen geopend voor de halfgeleiderindustrie
Ritten op een chip
Opkomende technologieën, met name het Internet of Things, kunstmatige intelligentie, augmented en extended reality en blockchain, zijn steeds prominenter aanwezig in verschillende industrieën. Naarmate deze toepassingen meer aandacht krijgen over het hele spectrum, neemt de behoefte aan speciale sensoren, geïntegreerde schakelingen, verbeterd geheugen en verbeterde processors toe.
Veel slimme steden over de hele wereld zetten zich in voor een drastische verbetering van stedelijke diensten en kritieke maatschappelijke infrastructuur voor hun burgers. Om dit te doen, moeten ze bijna alle aspecten van gemeentelijke infrastructuur verbinden met een verscheidenheid aan apparaten, die op hun beurt op individuen zullen worden aangesloten. Deze onderling verbonden infrastructuur zal worden aangedreven door halfgeleiders.
Mobiele netwerken van de vijfde generatie zijn ontworpen om bijna alles en iedereen met elkaar te verbinden - machines, objecten en apparaten; Zorg voor piekgegevenssnelheid; Bereik ultra-lage vertraging; Hogere betrouwbaarheid; Enorme netwerkcapaciteit; Hogere bruikbaarheid en een meer uniforme gebruikerservaring. In het hart van deze volgende generatie technologie zullen geavanceerde halfgeleiderchips met kleinere knooppunten en een grotere efficiëntie zorgen voor kritisch, snel en high-performance computing.
Vooruitgang in halfgeleidertechnologie
De scheidslijn tussen midden - en midden - tot high-end integrated circuit (IC) productie is 12/16 nm en 7 nm procestechnologieën. Ze worden gebruikt in toepassingen zoals centrale verwerkingseenheden, grafische verwerkingseenheden, kunstmatige intelligentie en in producten zoals televisies, airconditioners, auto's, hogesnelheidstreinen, satellieten, industriële robots, liften en drones.
De vooruitgang in halfgeleidertechnologie heeft de introductie van 5 nm-technologie gezien, die kleiner en sneller is dan eerdere generaties chips.
Nu IBM onlangs 's werelds eerste 2 nm chipproductietechnologie introduceerde (45% sneller en 75% energiezuiniger dan de gangbare 7 nm-chips die tegenwoordig in veel laptops en mobiele telefoons worden gebruikt), wil de industrie in de toekomst hogere prestaties en energie-efficiëntie ontgrendelen.
Complexe chipproductie
Chipproductie zelf is een complex proces waarbij meerdere afhankelijkheden van landen/regio's betrokken zijn. Van chipontwerp tot de inkoop van basisgrondstoffen tot de productie, assemblage, testen, verpakken, opslag en uiteindelijke levering van halfgeleiders op maat voor verschillende industrieën, het proces kan meer dan 1.000 stappen en 70 nationale grenspunten omvatten. Momenteel is de gepatenteerde technologie en het vermogen om uit te voeren van Alpha tot Omega afhankelijk van professionele wereldleiders zoals Intel, TSMC en Samsung, evenals een aantal anderen.
In de huidige wereldwijde context bieden de Verenigde Staten, met hun universiteiten van wereldklasse en ingenieurstalent en marktgedreven innovatie-ecosysteem, de meeste R&D-intensieve activiteiten zoals automatisering van elektronisch ontwerp, kernin intellectueel eigendom, chipontwerp en geavanceerde productieapparatuur en kapitaalinvesteringen.
Regio's zoals Taiwan, het vasteland van China en Zuid-Korea lopen voorop in de waferproductie, functies die aanzienlijke kapitaalinvesteringen, sterke infrastructuur en geschoolde arbeidskrachten vereisen. Taiwan is ook een leider in halfgeleiderassemblage-, verpakkings- en testfuncties, gevolgd door China en Maleisië, die minder vaardigheids- en kapitaalintensief zijn.
Wereldwijde chipcrisis
De COVID-19-crisis heeft geleid tot wijdverbreide tekorten aan chips over de hele wereld, waardoor gaten in de wereldwijde halfgeleiderketen zijn ontstaan en veel technologieën en producten die cruciaal zijn voor ons dagelijks leven in gevaar zijn gekomen.
De belangrijkste redenen voor dit tekort zijn onderinvesteringen in wafercapaciteit in voorgaande jaren, verstoringen van de toeleveringsketen als gevolg van de COVID-19-pandemie, toenemende vraag naar nieuwe technologieën zoals kunstmatige intelligentie en elektrische voertuigen en een toegenomen vraag naar producten voor thuiswerken (WFH).
Voeg daar de droogte in Taiwan aan toe (enkele van 's werelds grootste en meest geavanceerde hightechgieterijen vertrouwen op waterintensieve productieprocessen voor hun watertoewijzing) en groeiende geopolitieke onzekerheid over de handel met China.
Ver vooruit
Het goede nieuws is dat verschillende oprichters, waaronder TSMC, Intel en GXIC, miljarden dollars investeren om apparatuur te upgraden en nieuwe productielijnen te bouwen om te voldoen aan de stijgende vraag- en aanbodtekorten voor "feature-rich" chips.
TSMC onthulde onlangs de grootste investering ooit in de industrie, waarbij $ 100 miljard in de komende drie jaar wordt toegewezen om de capaciteit te vergroten. Intel heeft $ 20 miljard toegezegd voor twee sites in Arizona en zegt dat het dit jaar verdere investeringsverplichtingen zal aangaan. Samsung Electronics uit Zuid-Korea heeft tegen 2030 $ 116 miljard aan investeringen gereserveerd om zijn chipproductie te diversifiëren.
India rondt ook plannen af om halfgeleiderchips massaal te produceren als onderdeel van zijn "Make in India"-programma. Het land biedt meer dan $ 1 miljard in contanten aan elk halfgeleiderbedrijf dat een productie-eenheid in het land opzet. Lokaal gemaakte chips worden aangeduid als "vertrouwde bronnen" en kunnen worden gebruikt in producten variërend van CCTV-camera's tot 5G-apparatuur. In december nodigde India "blijken van belangstelling" uit van chipmakers over het opzetten van productie-eenheden in het land of het verwerven van dergelijke eenheden.
Het draait allemaal om het bereiken van zelfvoorziening in halfgeleiderproductie, het zorgen voor een betere controle over gegevensbeveiliging en het voorkomen dat landen over de hele wereld worden vastgehouden aan losgeld door specifieke leden van de bestaande halfgeleiderketen.
Het is duidelijk dat halfgeleiders de spelregels veranderen in onze moderne, snel veranderende wereld. Het is duidelijk dat de halfgeleiderindustrie voor nieuwe uitdagingen staat. Voor alle duidelijkheid, regeringen over de hele wereld bevinden zich nu in de crisisbeheersingsmodus en in de nabije toekomst zullen halfgeleiders in de meeste landen de status van "kritieke infrastructuur" krijgen.