Влияние и требования новых технологий на индустрию электронных компонентов

По мере того как мир продолжает развиваться в глобальную, взаимосвязанную экосистему, работающую на различных технологиях, индустрия электронных компонентов оказывается в состоянии быстрого преобразования. Сдвиг в сторону высокоскоростного подключения, энергоэффективности, искусственного интеллекта (ИИ), Интернета вещей (IoT) и автономных технологий создает спрос на передовые детали. Переломные достижения революционизируют нашу жизнь и работу и значительно влияют на сектор электронных компонентов — иногда к лучшему, иногда к худшему.

Положительное влияние на индустрию электронных компонентов

Так же, как блеск рассвета следует за темнотой ночи, волна технологических достижений озаряет индустрию электронных компонентов обещающим светом. Это начало эпохи инноваций и производительности, хотя и не без своего набора сложностей и загадок.

Повышенная производительность и эффективность

Новые технологии стимулируют создание электронных компонентов, которые предлагают лучшую производительность, долговечность и энергоэффективность. Например, такие инновации, как полупроводники на основе галлия нитрида (GaN) и карбида кремния (SiC), показали огромные перспективы в электронике мощности, предлагая лучшую энергоэффективность по сравнению с традиционными кремниевыми аналогами. Они способствуют значительной экономии энергии, что важно для устройств от электромобилей до центров обработки данных.

Больше рыночных возможностей

Растущий спрос на новейшие технологии, такие как ИИ, 5G и IoT, вызвал всплеск спроса на электронные компоненты. Распространение умных устройств стимулирует потребность в передовых процессорах, датчиках, устройствах памяти и компонентах управления питанием. В частности, внедрение 5G стимулировало спрос на компоненты радиочастоты (RF), улучшая скорость подключения и прокладывая путь для развития в таких областях, как автономное вождение и умные города.

Дополнительное преимущество для производителей заключается в различных стилях и применениях новых компонентов; не существует универсального решения для новых технологий. Фактически, различные требования потребительской электроники и промышленных приложений могут быть огромными. Потребительская электроника обычно требует меньших, более эффективных и дешевых компонентов, в то время как промышленные приложения часто требуют более надежных, долговечных и высокопроизводительных компонентов, открывая два отдельных рынка для инноваций и, в конечном итоге, монополизации.

Инновации и диверсификация

Индустрия электронных компонентов вынуждена инновировать, диверсифицировать и повышать качество, чтобы соответствовать требованиям новых технологий. Например, ИИ и алгоритмы машинного обучения требуют мощных процессоров, которые могут обрабатывать большие объемы данных с высокой скоростью и точностью. Это привело к разработке специализированных интегральных схем (ASIC), графических процессоров (GPU) и тензорных процессорных блоков (TPU), которые революционизируют приложения ИИ.

Растущее сотрудничество в индустрии

Сложные потребности новых технологий часто превышают возможности одной компании, побуждая компании к сотрудничеству и обмену экспертизой. Это увеличенное сотрудничество может — и часто делает — приводить к лучшим стандартам, улучшенной взаимосовместимости продуктов и более надежной цепочке поставок.

Негативное влияние на индустрию электронных компонентов

Так же, как прогресс парового двигателя, каким бы мощным он ни был, неизменно сопровождается дымом, который он издает, быстрый рост и развитие технологий влекут за собой множество сложностей. Индустрия электронных компонентов находится в лабиринте вызовов, каждый из которых является побочным продуктом этого неумолимого технологического развития.

Сложности цепочки поставок

Рост спроса на передовые электронные компоненты оказал давление на глобальные цепочки поставок. Эта проблема особенно заметна на фоне продолжающегося дефицита полупроводников, вызванного пандемией COVID-19, когда производители не могли удовлетворить высокий спрос на электронные компоненты, что привело к остановкам производства в различных секторах. К сожалению, сложности производства передовых компонентов, наряду с геополитическими напряженностями и неустанной природой потребительства — постоянным стремлением к новой, лучшей технике каждый год — еще больше усложнили динамику цепочек поставок.

Особенно актуальная на момент написания проблема в цепочке поставок — это закупка редкоземельных металлов и других критически важных материалов, на которые опирается производство электронных компонентов. Доступ к неону, никелю, палладию и ванадию, например, ограничен из-за продолжающегося конфликта на востоке Европы между Россией и Украиной.

Примеры, иллюстрирующие значимость перечисленных элементов, частично предоставлены Организацией экономического сотрудничества и развития:

• Производство лазеров, используемых при создании полупроводников, критически важных для производства электроники, такой как смартфоны, автомобили и компьютеры, в значительной степени зависит от неона.
• Никель находит широкое применение в различных областях, таких как нержавеющая сталь, магниты, строительные сплавы, транспорт, медицинские приборы, электронные устройства и производство энергии. Он играет ключевую роль в создании катодных материалов для аккумуляторов электромобилей.
• Палладий имеет важное значение в различных секторах, таких как ювелирные изделия, стоматология и конденсаторы для хранения энергии. Особое внимание заслуживает его роль в каталитических нейтрализаторах, где он способствует снижению выбросов.
• Ванадий повышает прочность и устойчивость к коррозии стальных сплавов, которые используются в производстве космических аппаратов, ядерных реакторов и самолетов. Он является ключевым элементом в ванадиевых редокс-потоковых батареях для хранения возобновляемой энергии и рассматривается как потенциальный компонент для аккумуляторов электромобилей.

Приведенный список ресурсов является лишь одним из множества примеров, демонстрирующих значительный риск для промышленности, который представляет геополитическая чувствительность. Для смягчения этих проблем с цепочками поставок и обеспечения постоянного потока продукции производителям необходимо серьезно инвестировать в надежное управление цепочками поставок и стратегии диверсификации.

Увеличение инвестиций

Переход к продвинутым компонентам требует значительных капиталовложений в исследования и разработки (R&D), модернизацию производственных линий и обучение сотрудников. Автоматизация, робототехника и другие технологии Индустрии 4.0 могут существенно повлиять и, в некоторой степени, революционизировать производство электронных компонентов. Производители, успешно интегрирующие эти технологии в свои процессы, могут получить конкурентное преимущество в плане производительности, точности и экономии затрат.

Помимо физического продукта, быстрый темп технологического прогресса также требует высококвалифицированного, адаптируемого персонала, способного проектировать и производить продвинутые компоненты. Инвестиции в образование, обучение и удержание талантов могут быть критически важны для компаний, желающих оставаться впереди — и это редко бывает дешево.

К сожалению, меньшим компаниям и производителям может быть сложно конкурировать с крупными фирмами, которые имеют более значительные финансовые ресурсы для инвестиций в новые технологии и навыки, что потенциально приводит к консолидации рынка.

Быстрое устаревание технологий

Новые технологии развиваются с быстрым темпом, что затрудняет для производителей электронных компонентов поспевать за ними. Сегодняшние передовые компоненты могут быстро стать устаревшими, заставляя производителей постоянно инновировать и адаптировать производственные линии к новым технологиям. Этот спрос на постоянное развитие продукта, наряду с проблемами цепочек поставок, не что иное, как рецепт катастрофы.

Высокие производственные затраты

Растущий спрос и стоимость высокопроизводительных компонентов неизбежно приводят к увеличению производственных затрат. Производителям требуется инвестировать в передовое оборудование, сложное программное обеспечение для проектирования и высококвалифицированных инженеров. Балансировка этих затрат с чувствительностью рынка к ценам является значительной проблемой для участников отрасли.

Экологические проблемы

Производство электронных компонентов может быть ресурсоемким и представлять значительные экологические вызовы. Использование опасных материалов в компонентах, электронные отходы и высокое энергопотребление во время производства - это проблемы, которые необходимо решать. Отрасль испытывает растущее давление в отношении перехода на более экологичные процессы и включения соображений жизненного цикла в дизайн компонентов.

Одним из ярких и распространенных примеров проблем устойчивого развития, с которыми сталкивается индустрия электронных компонентов, является полупроводник. Безусловно, одно из самых важных изобретений в современной истории, процесс производства полупроводников требует значительного использования воды и производит опасные химические отходы. С увеличением спроса растет и экологическое воздействие, что подчеркивает необходимость для ключевых игроков отрасли (TSMC, Intel, Qualcomm и т.д.) создавать более устойчивые производственные процессы.

Требования к индустрии электронных компонентов

Так же, как виртуоз-скрипач предъявляет высокие требования к своему инструменту для создания завораживающих мелодий, новые технологии ставят перед индустрией электронных компонентов глубокие ожидания. Этот все более сложный оркестр технологических инноваций является как вызовом, так и возможностью, требующей исключительного уровня производительности и адаптивности от игроков отрасли. Ниже приведен список некоторых из наиболее насущных требований к индустрии электронных компонентов на сегодняшний день:

1. Адаптация к передовым технологиям производства: Возникающие технологии требуют компонентов с более высокой производительностью и меньшим энергопотреблением, что необходимо для передовых методов производства, таких как литография с использованием экстремального ультрафиолета (EUV). Производителям необходимо адаптироваться к этим новым процессам, чтобы оставаться конкурентоспособными.
2. Миниатюризация компонентов: По мере того как устройства становятся умнее и меньше, компоненты, которые их питают, также должны уменьшаться в размерах без потери производительности. Этот спрос создает значительную нагрузку на производителей, которым необходимо постоянно продвигать границы миниатюризации.
3. Соединяемость: С экспоненциальным увеличением использования устройств с поддержкой IoT как в домашних условиях, так и в бизнесе (IIoT в последнем случае), надежная связь стала абсолютно критичной для повседневной жизни вокруг. Интернет вещей в значительной степени зависит от бесперебойных, быстрых и безопасных соединений, поэтому существует настоятельная потребность в компонентах, которые могут поддерживать различные протоколы связи (такие как Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee и т. д.) и обеспечивать надежную защиту данных.
4. Конфиденциальность и безопасность данных: По мере того как все больше устройств становятся взаимосвязанными, безопасность данных становится все более актуальной проблемой для потребителей и регуляторов. Производители электронных компонентов должны учитывать, как их продукция способствует общей безопасности устройств, особенно поскольку они становятся более интегрированными в критически важную инфраструктуру и чувствительные приложения.
5. Фокус на устойчивость: По мере роста экологических проблем возрастает давление на производителей с целью принятия устойчивых практик. Это включает в себя повышение энергоэффективности, сокращение использования воды и минимизацию опасных отходов.
6. Глобальная конкуренция и регулирование: С развитием технологических хабов по всему миру, конкуренция больше не ограничивается локальными рынками. Производителям компонентов теперь приходится иметь дело с международными конкурентами, которые могут иметь доступ к большим ресурсам, более дешевой рабочей силе или меньшим регуляторным ограничениям. В то же время, глобальные регуляции, касающиеся стандартов безопасности, воздействия на окружающую среду и справедливых торговых практик, также влияют на операционную среду этих производителей.
7. Инвестиции в НИОКР: Производителям необходимо инвестировать значительные средства в НИОКР для разработки передовых компонентов и опережения технологической кривой. Это включает в себя изучение новых материалов, оптимизацию конструкций и интеграцию компонентов на системном уровне.

Хотя новые технологии предоставляют привлекательные возможности для индустрии электронных компонентов, они также представляют существенные вызовы. Возьмем, к примеру, электромобили (ЭВ) и Интернет вещей; эти две инновационные технологии вызывают глубокие изменения в повседневной жизни и, в свою очередь, в индустрии электронных компонентов. Обе технологии стимулируют рост и инновации и имеют огромное экономическое значение, но также накладывают новые вызовы и требования на производителей электронных компонентов.

Чтобы добиться успеха в новой, динамичной среде, в которой мы оказались, участникам отрасли необходимо активно адаптироваться к частым изменениям, значительно инвестировать в научные исследования и разработки, а также развивать стратегические партнерства, которые снижают сложности цепочек поставок и обеспечивают бесперебойное снабжение продукцией. Производителям необходимо адаптироваться к развивающемуся технологическому ландшафту, инновировать, инвестировать в передовое производство и сосредотачиваться на устойчивом развитии, чтобы оставаться конкурентоспособными и актуальными на фоне быстрого технологического прогресса. Индустрия электронных компонентов находится на переломном этапе, и ее реакция на появляющиеся технологии определит ее траекторию в грядущие годы; способность удовлетворять общественные потребности будет критически важным фактором ее успеха в будущем — и, исходя из недавнего развития технологий и нашей зависимости от них, неудача не будет вариантом.