Jak wycofanie technologii 600nm wpłynie na systemy dziedziczne

Przemysł półprzewodnikowy stoi na progu znaczącej transformacji, gdyż wycofuje się z użycia krzemieni o grubości 600nm. Ta zmiana, napędzana postępem technologicznym i potrzebą bardziej efektywnych procesów produkcyjnych, będzie miała głębokie implikacje dla starszych systemów, które polegają na tych starszych węzłach.

W tym artykule zbadamy wpływ wycofywania krzemieni 600nm, przedstawimy historyczny przegląd wolumenów krzemieni oraz omówimy szerszy kontekst wzrostu przemysłu półprzewodnikowego. Zajmiemy się również prawem Moore'a, zbadamy rodzaje systemów dziedzicznych, które są dotknięte, i wyróżnimy udane przykłady wycofywania. Na koniec zaoferujemy listę kluczowych wniosków, które pomogą nawigować przez tę transformację.

Historyczny przegląd wolumenów krzemieni 600nm

Aby zrozumieć wpływ wycofywania krzemieni 600nm, kluczowe jest spojrzenie na historyczne wolumeny tych krzemieni w przemyśle półprzewodnikowym. Poniższy wykres (rys. 1) przedstawia przekrój wolumenu krzemieni o średnicy 150mm i mniejszych (w tym 600nm) w latach 2009 i 2024, wraz z wzrostem przemysłu półprzewodnikowego oraz wolumenami/wartościami rynków 200mm i 300mm.

Globalne wolumeny produkcji krzemieni 2009 do 2024^{1, 2, 3}

Na tym wykresie, skumulowane obszary reprezentują różne wolumeny krzemieni. Adnotacje pokazują rzeczywiste wolumeny dla każdego rozmiaru krzemienia w 2009 i 2024 roku w kolorowych sekcjach:

150mm i mniejsze (włączając 600nm): 36M w 2009, 54M w 2024; 200mm: 90M w 2009, 126M w 2024; 300mm: 54M w 2009, 180M w 2024.

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

Wskaźniki wzrostu są również adnotowane: 150mm i mniejsze (włączając 600nm): 50%; 200mm: 40%; 300mm: 233,33%.

1: https://semiconductorinsight.com/report/silicon-wafer-market/

2: https://www.databridgemarketresearch.com/whitepaper/rise-in-the-production-capacity-of-8-inch-third-generation-semiconductors-fabs

3: https://www.electronicspecifier.com/news/analysis/30-million-wafers-2024-s-semiconductor-peak

Wzrost Przemysłu Półprzewodnikowego

Przemysł półprzewodnikowy odnotował nadzwyczajny rozwój w ciągu ostatnich dwudziestu lat. W 2000 roku wartość branży szacowano na około 200 miliardów dolarów, a do 2020 roku wzrosła do ponad 500 miliardów. Wzrost ten napędzany był rosnącym zapotrzebowaniem na urządzenia elektroniczne, postępami w technologii oraz rozprzestrzenianiem się takich zastosowań jak sztuczna inteligencja, Internet Rzeczy (IoT) oraz pojazdy autonomiczne.

Make cents of your BOM

Free supply chain insights delivered to your inbox

Learn More

Popyt na półprzewodniki napędzały szybkie przyjęcie smartfonów, tabletów i innych elektroniki użytkowej. W miarę jak te urządzenia stają się bardziej zintegrowane z codziennym życiem, rośnie potrzeba bardziej wydajnych i mocniejszych półprzewodników. Dodatkowo, wzrost obliczeń w chmurze i centrów danych jeszcze bardziej zwiększył zapotrzebowanie na wysokowydajne chipy.

Przemysł motoryzacyjny również odegrał znaczącą rolę w rozwoju rynku półprzewodników. Nowoczesne pojazdy są wyposażone w liczne systemy elektroniczne, od zaawansowanych systemów wspomagania kierowcy (ADAS) po funkcje rozrywki i łączności. Przesunięcie w kierunku pojazdów elektrycznych (EV) i technologii autonomicznej jazdy jeszcze bardziej przyspieszyło potrzebę zaawansowanych rozwiązań półprzewodnikowych.

Prawo Moore'a i jego zastosowanie

Gordon Moore przedstawił Prawo Moore'a w 1965 roku, przewidując, że liczba tranzystorów na mikrochipie będzie podwajać się co dwa lata. Ta prognoza spowodowała eksponencjalny wzrost mocy obliczeniowej i znaczące obniżenie względnych kosztów. Zasada ta napędzała przemysł półprzewodnikowy przez dziesięciolecia, umożliwiając rozwój mniejszych, szybszych i bardziej wydajnych chipów.

W miarę zmniejszania się węzłów technologicznych, branża napotyka fizyczne i ekonomiczne wyzwania. Przejście z 600nm na mniejsze węzły, takie jak płytki 200mm i 300mm, jest świadectwem zdolności branży do innowacji i adaptacji. Jednakże, ta zmiana oznacza również, że starsze węzły, takie jak 600nm, stają się mniej ekonomicznie opłacalne, co prowadzi do ich stopniowego wycofywania.

Ciągłe zmniejszanie rozmiaru technologii półprzewodnikowej doprowadziło do znaczących postępów w różnych dziedzinach. Na przykład, rozwój mniejszych i bardziej potężnych chipów umożliwił tworzenie kompaktowych i energooszczędnych urządzeń, takich jak technologia noszona i przenośny sprzęt medyczny. Te innowacje miały głęboki wpływ na opiekę zdrowotną, umożliwiając dokładniejszą diagnostykę i spersonalizowane leczenie.

Ponadto, postępy w technologii półprzewodników otworzyły drogę dla rozwoju sztucznej inteligencji (AI) i uczenia maszynowego. Zwiększona moc obliczeniowa i efektywność nowoczesnych chipów umożliwiły rozwój skomplikowanych algorytmów AI, które mogą analizować ogromne ilości danych w czasie rzeczywistym. Doprowadziło to do przełomów w takich obszarach, jak przetwarzanie języka naturalnego, rozpoznawanie obrazów i systemy autonomiczne.

Pomimo wyzwań, przemysł półprzewodnikowy nadal przesuwa granice tego, co jest możliwe. Badacze i inżynierowie nieustannie eksplorują nowe materiały i techniki produkcyjne, aby przezwyciężyć ograniczenia tradycyjnej technologii opartej na krzemie. Na przykład, rozwój technologii stosowania 3D i zaawansowanych technologii pakowania umożliwił tworzenie chipów o wyższej wydajności i niższym zużyciu energii.

Dlaczego 600nm jest zastępowane

1. Zwiększona wydajność i efektywność: Mniejsze węzły pozwalają na upakowanie większej liczby tranzystorów na tej samej powierzchni chipa, znacząco zwiększając wydajność i efektywność energetyczną. Jest to kluczowe dla nowoczesnych aplikacji, które wymagają wysokiej mocy obliczeniowej i niskiego zużycia energii. Na przykład, w dziedzinie elektroniki użytkowej, urządzenia takie jak smartfony i tablety wymagają chipów, które mogą zarządzać skomplikowanymi zadaniami szybko, jednocześnie zachowując żywotność baterii. Mniejsze węzły pomagają osiągnąć tę równowagę poprzez zwiększenie możliwości obliczeniowych bez proporcjonalnego wzrostu zużycia energii.
2. Efektywność kosztowa: W miarę postępu technologicznego koszt za tranzystor maleje. Sprawia to, że produkcja układów scalonych przy użyciu mniejszych węzłów staje się bardziej ekonomiczna, pomimo wyższych początkowych inwestycji w nowy sprzęt produkcyjny. Z czasem zaczynają działać ekonomie skali, a oszczędności kosztów stają się znaczące. Ta efektywność kosztowa jest szczególnie ważna dla producentów, którzy muszą pozostać konkurencyjni na rynku, gdzie cena i wydajność są kluczowymi czynnikami. Początkowa inwestycja w innowacyjną technologię produkcji zwraca się, gdy produkcja rośnie, a koszty jednostkowe spadają.
3. Postępy technologiczne: Przemysł półprzewodnikowy nieustannie innowuje, aby dotrzymać kroku Prawu Moore'a, które przewiduje podwajanie liczby tranzystorów na mikrochipie co dwa lata. Popycha to potrzebę przejścia na mniejsze węzły, aby utrzymać tempo innowacji. Nieustanny nacisk na miniaturyzację doprowadził do przełomów w technikach litografii, takich jak litografia ekstremalnie ultrafioletowa (EUV), która umożliwia precyzyjne wzorcowanie mniejszych cech na krzemowych waferach. Te postępy zapewniają, że przemysł może nadal dostarczać coraz bardziej potężne i wydajne układy scalone z każdą nową generacją.
4. Popyt na rynku: Zapotrzebowanie na bardziej wydajne i mocne urządzenia elektroniczne, takie jak smartfony, laptopy i urządzenia IoT, wymaga stosowania zaawansowanych technologii półprzewodnikowych. Konsumenci oczekują, że każda nowa generacja urządzeń będzie oferować lepszą wydajność, dłuższy czas pracy baterii i więcej funkcji. To oczekiwanie zmusza producentów do przyjmowania najnowszych technologii półprzewodnikowych, aby sprostać wymaganiom rynku. Ponadto, pojawienie się nowych zastosowań, takich jak rozszerzona rzeczywistość (AR), wirtualna rzeczywistość (VR) i edge computing, wymaga układów, które mogą efektywnie zarządzać intensywnymi zadaniami przetwarzania.

Co zastępuje proces 600nm

Technicznie, proces 600nm został już dawno „zastąpiony”, ale nie wycofany, ponieważ komponenty oparte na tym procesie były nadal poszukiwane i utrzymywane w produkcji. Jednak z czasem stało się jasne, że dążenie do mniejszych rozmiarów cech i niższego poboru mocy prowadzi proces 600nm do końca jego życia.

1. 300mm Krzemienie: Rozmiar krzemienia 200mm stał się standardem branżowym w erze procesu 600nm, ale dzisiejsze krzemienie 300mm stały się standardem w przemyśle ze względu na ich zdolność do pomieszczenia większej liczby układów na krzemieniu, co redukuje koszty produkcji i zwiększa efektywność. Przejście na większe krzemienie pozwala fabrykom półprzewodników maksymalizować ich wydajność i poprawiać wskaźniki wydajności. Ta zmiana jest kluczowa dla zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na półprzewodniki w różnych branżach. Większe krzemienie ułatwiają również produkcję bardziej złożonych i wydajniejszych układów, które są niezbędne dla zaawansowanych aplikacji.
2. Zaawansowane Węzły (7nm, 5nm i dalej): Te węzły oferują znaczące ulepszenia w wydajności, efektywności energetycznej i gęstości układów. Są niezbędne dla innowacyjnych aplikacji takich jak sztuczna inteligencja, obliczenia wysokiej wydajności i zaawansowane urządzenia mobilne. Przejście na te zaawansowane węzły wiąże się z użyciem zaawansowanych technik produkcyjnych i materiałów, aby osiągnąć pożądane zyski wydajności. Na przykład, technologia FinFET (Fin Field-Effect Transistor) odegrała kluczową rolę w umożliwieniu produkcji mniejszych, bardziej efektywnych tranzystorów na tych zaawansowanych węzłach.
3. Nowe Materiały: Poza krzemem, materiały takie jak grafen i diament są badane pod kątem ich wyjątkowych właściwości elektrycznych i potencjału do dalszej miniaturyzacji oraz poprawy wydajności półprzewodników. Grafen, ze swoją wyjątkową przewodnością i wytrzymałością, obiecuje stworzenie szybszych i bardziej wydajnych tranzystorów. Diament, znany ze swojej doskonałej przewodności cieplnej, mógłby być używany do zarządzania ciepłem w aplikacjach o wysokiej mocy. Te nowe materiały reprezentują następną granicę w technologii półprzewodników, oferując potencjał do przezwyciężenia ograniczeń tradycyjnych urządzeń opartych na krzemie i wprowadzenia nowej ery innowacji.

Przejście z 600nm na te zaawansowane technologie jest napędzane potrzebą lepszej wydajności, efektywności i opłacalności, zapewniając, że przemysł półprzewodnikowy nadal innowuje i spełnia rosnące wymagania nowoczesnej technologii.

Typy starszych systemów używających wafli 600nm

Starsze systemy, które polegają na wafelkach 600nm, są zwykle znajdowane w branżach, gdzie długie cykle życia produktów i niezawodność są kluczowe. Obejmują one:

Systemy motoryzacyjne: Wiele motoryzacyjnych jednostek sterujących i czujników nadal wykorzystuje technologię 600nm ze względu na ich sprawdzoną niezawodność i wytrzymałość w trudnych warunkach. Te systemy są kluczowe dla bezpieczeństwa i wydajności pojazdów, w tym jednostki sterujące silnikiem (ECU), systemy poduszek powietrznych i systemy przeciwblokujące (ABS). Zdolność technologii 600nm do wytrzymywania ekstremalnych temperatur, wibracji i innych wymagających warunków sprawia, że jest to preferowany wybór dla zastosowań motoryzacyjnych, gdzie awaria nie wchodzi w grę.

Urządzenia przemysłowe: Systemy produkcyjne i automatyka przemysłowa często wykorzystują krzemień o grubości 600nm ze względu na ich trwałość i długoterminową dostępność. Do tych systemów należą programowalne sterowniki logiczne (PLC), napędy silników i kontrolery robotów, które są niezbędne dla płynnej pracy fabryk i linii produkcyjnych. Długowieczność i niezawodność technologii 600nm zapewniają, że te systemy mogą działać ciągle z minimalnym czasem przestoju, co jest kluczowe dla utrzymania produktywności i efektywności w środowiskach przemysłowych.

Urządzenia Medyczne: Niektóre urządzenia medyczne, takie jak sprzęt diagnostyczny i systemy monitorowania pacjentów, polegają na technologii 600nm ze względu na jej stabilność i niezawodność. Urządzenia takie jak maszyny MRI, skanery CT i monitory funkcji życiowych wymagają wyjątkowo niezawodnych komponentów, aby zapewnić dokładną diagnostykę i bezpieczeństwo pacjenta. Użycie krzemieni 600nm w tych urządzeniach pomaga utrzymać stałą wydajność przez dłuższe okresy, co jest kluczowe w środowiskach opieki zdrowotnej, gdzie precyzja i niezawodność są krytyczne.

Telekomunikacja: Starsza infrastruktura telekomunikacyjna, w tym przełączniki sieciowe i routery, może nadal działać na krzemieniach 600nm. Te systemy stanowią kręgosłup sieci komunikacyjnych, umożliwiając transmisję danych i łączność na dużych odległościach. Wytrzymałość technologii 600nm zapewnia, że te starsze systemy mogą nadal funkcjonować efektywnie, zapewniając niezawodną usługę, nawet gdy do sieci są integrowane nowsze technologie.

Elektronika Konsumencka: Niektóre starsze urządzenia elektroniki użytkowej, takie jak starsze konsole do gier i urządzenia domowe, nadal korzystają z technologii 600nm. Te urządzenia, które obejmują klasyczne systemy do gier, telewizory i urządzenia kuchenne, zostały zaprojektowane z użyciem krzemieni 600nm, aby zapewnić długotrwałą wydajność. Trwałość technologii 600nm oznacza, że te produkty mogą być nadal używane i cieszyć się popularnością wśród konsumentów wiele lat po ich pierwszym wydaniu, podkreślając trwałą wartość tej technologii w codziennym życiu.

Przykłady Udanych Wycofań

Przemysł półprzewodnikowy z powodzeniem poradził sobie w przeszłości z wycofywaniem starszych technologii. Oto kilka godnych uwagi przykładów:

1. Przejście z krzemieni o średnicy 150mm na 200mm: W latach 90. branża przeszła z krzemieni o średnicy 150mm na 200mm, co było podyktowane potrzebą wyższej efektywności i niższych kosztów. Ta zmiana została zarządzona poprzez strategiczne planowanie, inwestycje w nowe zakłady produkcyjne oraz współpracę z dostawcami sprzętu. Na przykład firmy takie jak Intel i Texas Instruments odegrały kluczowe role w tej transformacji. Intel, znany ze swoich innowacji w produkcji półprzewodników, zainwestował znaczne środki w modernizację swoich fabryk, aby mogły one pomieścić większe krzemienie. Ten ruch pozwolił na zwiększenie zdolności produkcyjnych i obniżenie kosztów na chip, co było kluczowe dla utrzymania konkurencyjności na szybko rosnącym rynku.
2. Przejście z krzemowych płyt 200mm na 300mm: Początek lat 2000 przyniósł przejście z krzemowych płyt 200mm na 300mm, co oferowało znaczące korzyści kosztowe dzięki większemu rozmiarowi płyty. Ta zmiana była ułatwiona przez postępy w litografii i technologii procesowej. Firmy takie jak TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) i Samsung były na czele tego przejścia. TSMC, na przykład, zainwestowało w najnowocześniejszy sprzęt litograficzny i technologie procesowe, aby zapewnić płynne przejście na płyty 300mm. Ta zmiana nie tylko poprawiła efektywność produkcji, ale również umożliwiła firmie sprostanie rosnącemu zapotrzebowaniu na wysokowydajne chipy używane w różnych aplikacjach, od elektroniki użytkowej po centra danych.
3. Wycofanie lutowia ołowiowego: Branża z powodzeniem wycofała lutowie ołowiowe na rzecz alternatyw bezolowiowych, aby być zgodnym z regulacjami środowiskowymi. Przejście to wymagało szeroko zakrojonych badań i rozwoju, jak również zmian w procesach produkcyjnych. Firmy takie jak IBM i Hewlett-Packard (HP) odegrały kluczową rolę w tej zmianie. IBM, na przykład, przeprowadził obszerne badania w celu opracowania niezawodnych materiałów lutowia bezolowiowego, które spełniały rygorystyczne wymagania wydajności urządzeń elektronicznych. HP, z kolei, przeprojektowało swoje procesy produkcyjne, aby dostosować się do nowych materiałów, zapewniając, że ich produkty pozostają zgodne z normami środowiskowymi, jednocześnie utrzymując wysoką jakość i niezawodność.

Lista kontrolna: Kluczowe wnioski dotyczące przechodzenia z fazy 600nm

• Ocena wpływu na systemy dziedziczne: Zidentyfikuj, które z Twoich systemów opierają się na krzemie 600nm i ocen potencjalny wpływ wycofania tej technologii. Obejmuje to przeprowadzenie dokładnej inwentaryzacji wszystkich urządzeń i komponentów wykorzystujących technologię 600nm. Zrozumienie, na ile systemy te są zależne od tych krzemów, pomoże ustalić priorytety dla systemów, które wymagają natychmiastowej uwagi. Dodatkowo, ocen implikacje operacyjne i finansowe przejścia z krzemów 600nm, w tym potencjalne przestoje, problemy z kompatybilnością i koszt części zamiennych.
• Planowanie przejścia: Opracuj strategiczny plan przejścia na nowsze węzły, uwzględniając harmonogramy, budżet i alokację zasobów. Plan ten powinien określać kroki wymagane do wycofania krzemów 600nm i przyjęcia nowszych technologii. Ustal realistyczne terminy dla każdej fazy przejścia, upewniając się, że krytyczne systemy są modernizowane w pierwszej kolejności. Przydziel budżet, który pokryje koszt nowego sprzętu, szkolenia dla personelu i wszelkie potencjalne zakłócenia w operacjach. Alokacja zasobów powinna również uwzględniać potrzebę dodatkowego personelu lub zewnętrznych konsultantów wspierających proces przejścia.
• Współpraca z dostawcami: Ściśle współpracuj z dostawcami, aby zapewnić płynne przejście i zabezpieczyć niezbędne komponenty oraz wsparcie. Prowadź otwartą komunikację z dostawcami, aby zrozumieć ich harmonogramy wycofywania płyt krzemowych 600nm i ich plany wsparcia dla nowszych technologii. Ustal umowy, które gwarantują dostępność części zamiennych oraz wsparcie techniczne w okresie przejściowym. Współpraca z dostawcami może również dostarczyć wglądu w najlepsze praktyki i potencjalne wyzwania, pomagając minimalizować ryzyko związane z wycofywaniem.
• Inwestuj w badania i rozwój: Przeznacz zasoby na badania i rozwój, aby innowować i dostosować swoje produkty do nowszych technologii. Inwestycje w badania i rozwój są kluczowe dla utrzymania konkurencyjności i zapewnienia, że produkty spełniają ewoluujące wymagania rynku. Skup się na opracowywaniu innowacyjnych projektów i procesów, które wykorzystują zalety mniejszych węzłów, takich jak poprawiona wydajność i efektywność energetyczna. Działania badawczo-rozwojowe powinny również badać alternatywne materiały i technologie, które mogą oferować dalsze ulepszenia. Priorytetowo traktując innowacje, możesz tworzyć produkty, które nie tylko zastępują te wykorzystujące płytki krzemowe 600nm, ale również oferują lepszą funkcjonalność.
• Komunikacja ze stronami zainteresowanymi: Informuj wszystkie strony zainteresowane o planach i postępach w wycofywaniu produktów, aby zapewnić ich zgodność i wsparcie. Skuteczna komunikacja jest kluczem do płynnego zarządzania przejściem. Regularnie aktualizuj zespoły wewnętrzne, klientów i partnerów na temat statusu wycofywania i kroków podejmowanych w celu złagodzenia potencjalnych zakłóceń. Podawaj jasne ramy czasowe i oczekiwania oraz szybko reaguj na wszelkie obawy lub pytania. Przejrzysta komunikacja pomaga budować zaufanie i zapewnia, że wszyscy zaangażowani są na bieżąco, ułatwiając bardziej skoordynowany i efektywny proces przejścia.

Podsumowanie

Wycofanie wafli 600nm stanowi znaczący kamień milowy w ewolucji przemysłu półprzewodnikowego. Chociaż stwarza wyzwania dla starszych systemów, oferuje również możliwości innowacji i wzrostu. Rozumiejąc kontekst historyczny, wykorzystując wglądy z prawa Moore'a i ucząc się z przeszłych wycofań, firmy mogą skutecznie nawigować przez to przejście i nadal prosperować w ciągle ewoluującym krajobrazie technologicznym.