Nel febbraio 2019, l'anno prima dello scoppio, la SIA (Semiconductor Industry Association of America) ha annunciato che solo nel 2018 era stato venduto un numero record di chip"superiore a 1 trilione." Secondo un recente rapporto del Wall Street Journal, i semiconduttori sono il quarto prodotto più scambiato al mondo, dopo il petrolio greggio, i prodotti petroliferi raffinati e le automobili.
Questa è stata seguita dalla dichiarazione del presidente degli Stati Uniti Joe Biden'che chiamava esplicitamente i chip"infrastruttura," confermando che non c'è ambiguità sul fatto che i chip semiconduttori, molto richiesti, siano la nuova moneta comune. La loro capacità di eseguire milioni di operazioni complesse e la loro efficienza energetica hanno reso i semiconduttori un componente chiave di quasi tutti i settori, guidando l'economia globale.
Oggi, uno smartphone ha molta più potenza di calcolo del computer che la NASA ha usato per mandare un uomo sulla luna nel 1969. Cosa c'è di più, quasi tutte le tecnologie emergenti come l'intelligenza ARTIFICIALE, il cloud computing, l'informatica quantistica, le tecnologie avanzate reti wireless, applicazioni blockchain, mining bitcoin, 5G, Internet delle cose, auto a guida autonoma, droni, robotica, giochi e dispositivi indossabili sono guidati da queste tecnologie discrete. Ma semiconduttori altamente complessi. Secondo un nuovo rapporto di Juniper Research, il numero dei soli dispositivi Iot raggiungerà i 46 miliardi entro la fine del 2021. Ciascuno di questi dispositivi sarà alimentato da un semiconduttore.
I semiconduttori sono fondamentali per le applicazioni ad alta informatica in elettronica e produzione, agricoltura, sanità, infrastrutture, intrattenimento, telecomunicazioni, trasporti, gestione dell'energia, sistemi militari e aerospaziale.
Un pilastro di molteplici settori
Inizia con l'assistenza sanitaria più importante: i semiconduttori sono parte integrante delle applicazioni di intervento diagnostico clinico, terapeutico e post-riabilitativo. I dispositivi a semiconduttore come le macchine per la risonanza magnetica (MRI), i pacemaker, i misuratori di pressione sanguigna, gli analizzatori di gas ematici, i monitor per pazienti wireless e i ventilatori salvano vite ogni giorno. Alcune procedure chirurgiche vengono rivoluzionate dall'uso di sistemi chirurgici robotici che supportano i chip.
Solo per la cura del Covid, le apparecchiature di test, i monitor dell'ossigeno e quasi tutti i sistemi di supporto vitale si affidano ai semiconduttori. Inoltre, la distribuzione in tutto il paese di vaccini, la certificazione basata su app, i droni che forniscono farmaci di supporto vitale, fornendo un flusso costante di dati alla stanza della guerra COVID-19, si basano tutti su wafer di silicio.
Le previsioni delle ricerche di mercato suggeriscono che i dispositivi sanitari wireless integrati nel web, la stampa 3D di dispositivi indossabili e organi e i dispositivi medici dotati di semiconduttori saranno fattori chiave per garantire la fornitura di approcci sanitari nuovi e creativi in futuro. Il mercato globale dei semiconduttori per autoveicoli valeva 48,13 miliardi di dollari nel 2020 e si prevede che raggiungerà i 129,17 miliardi di dollari entro il 2026.
Le case automobilistiche stanno integrando sistemi elettrici automobilistici che richiedono diodi di potenza e regolatori con un'affidabilità superiore. I semiconduttori automobilistici con funzioni diverse sono utilizzati in una varietà di prodotti automobilistici, come i controlli di navigazione, i sistemi di infotainment e i sistemi di rilevamento delle collisioni. Una moderna auto connessa a guida autonoma potrebbe facilmente avere più di 3.000 chip con le ultime capacità tecnologiche. In situazioni in cui l'attuale pandemia impone"tutto a distanza" -- sia per affari, studio, intrattenimento o comunicazione con amici e familiari -- i semiconduttori supportano l'infrastruttura tecnica necessaria per mantenere le reti di comunicazione, piuttosto che i tradizionali ambienti fisici.
Durante questa pandemia, le organizzazioni sono state in grado di spostare agevolmente le loro operazioni online con l'aiuto di dispositivi e tecnologie digitali basati su semiconduttori e consentire alle persone di lavorare in sicurezza e da remoto senza interferenze. Questa trasformazione digitale ha aperto un nuovo mondo di opportunità per l'industria dei semiconduttori
Corri su un chip
Le tecnologie emergenti, in particolare l'Internet delle cose, l'intelligenza artificiale, la realtà aumentata ed estesa e la blockchain, sono sempre più importanti in vari settori. Man mano che queste applicazioni ottengono maggiore attenzione in tutto lo spettro, aumenta la necessità di sensori dedicati, circuiti integrati, memoria migliorata e processori potenziati.
Molte città intelligenti in tutto il mondo sono impegnate a migliorare drasticamente i servizi urbani e le infrastrutture civiche critiche per i propri cittadini. Per fare ciò, devono collegare quasi tutti gli aspetti dell'infrastruttura municipale a una varietà di dispositivi, che a loro volta saranno collegati agli individui. Questa infrastruttura interconnessa sarà alimentata da semiconduttori.
Le reti mobili di quinta generazione sono progettate per connettere quasi tutti e tutto: macchine, oggetti e dispositivi; Fornire la massima velocità dei dati; Ottieni un ritardo ultra basso; Maggiore affidabilità; Enorme capacità di rete; Maggiore usabilità e un'esperienza utente più unificata. Al centro di questa tecnologia di prossima generazione, chip semiconduttori all'avanguardia con nodi più piccoli e maggiore efficienza forniranno un'elaborazione critica, veloce e ad alte prestazioni.
Progressi nella tecnologia dei semiconduttori
La linea di demarcazione tra la produzione di circuiti integrati (IC) di fascia media e medio-alta è costituita dalle tecnologie di processo a 12/16 nm e 7 nm. Sono utilizzati in applicazioni come unità di elaborazione centrale, unità di elaborazione grafica, intelligenza artificiale e in prodotti come televisori, condizionatori d'aria, automobili, treni ad alta velocità, satelliti, robot industriali, ascensori e droni.
I progressi nella tecnologia dei semiconduttori hanno visto l'introduzione della tecnologia a 5 nm, che è più piccola e più veloce rispetto alle precedenti generazioni di chip.
Con l'introduzione da parte di IBM della prima tecnologia di produzione di chip da 2 nm al mondo'il 45% più veloce e il 75% più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai tradizionali chip da 7 nm utilizzati oggi in molti laptop e telefoni cellulari), l'industria sta cercando di sbloccare prestazioni più elevate ed efficienza energetica in futuro.
Produzione di chip complessi
La stessa produzione di chip è un processo complesso che coinvolge più dipendenze di paesi/regioni. Dalla progettazione del chip all'approvvigionamento delle materie prime di base fino alla produzione, assemblaggio, collaudo, confezionamento, stoccaggio e consegna finale di semiconduttori personalizzati per diversi settori, il processo può coinvolgere più di 1.000 passaggi e 70 punti di confine nazionali. Attualmente, la tecnologia proprietaria e la capacità di eseguire da Alpha a Omega dipendono da leader globali professionali come Intel, TSMC e Samsung, nonché da molti altri.
Nell'attuale contesto globale, gli Stati Uniti, con le sue università di livello mondiale, i talenti ingegneristici e l'ecosistema di innovazione guidato dal mercato, forniscono la maggior parte delle attività intensive di R&D come l'automazione della progettazione elettronica, la proprietà intellettuale di base, i chip progettazione, attrezzature di produzione avanzate e investimenti di capitale.
Regioni come Taiwan, la Cina continentale e la Corea del Sud sono all'avanguardia nella produzione di wafer, caratteristiche che richiedono investimenti di capitale significativi, infrastrutture solide e manodopera qualificata. Taiwan è anche leader nelle funzioni di assemblaggio, confezionamento e test di semiconduttori, seguita da Cina e Malesia, che richiedono meno competenze e un'elevata intensità di capitale.
Crisi globale dei chip
La crisi del COVID-19 ha portato a una diffusa carenza di chip in tutto il mondo, aprendo buchi nella catena di approvvigionamento globale dei semiconduttori e mettendo a rischio molte tecnologie e prodotti fondamentali per la nostra vita quotidiana.
Le ragioni principali di questa carenza includono il sottoinvestimento nella capacità di wafer negli anni precedenti, le interruzioni della catena di approvvigionamento dovute alla pandemia di COVID-19, l'aumento della domanda di nuove tecnologie come l'intelligenza artificiale e i veicoli elettrici e l'aumento della domanda di prodotti per il lavoro da casa (WFH). .
Aggiungete a quella siccità a Taiwan (alcune delle fonderie high-tech più grandi e avanzate del mondo' si affidano a processi di produzione ad alta intensità d'acqua per la loro distribuzione dell'acqua) e la crescente incertezza geopolitica sul commercio con la Cina.
strada da percorrere
La buona notizia è che diversi fondatori, tra cui TSMC, Intel e GXIC, stanno investendo miliardi di dollari per aggiornare le apparecchiature e costruire nuove linee di produzione per soddisfare l'aumento della domanda e la carenza di offerta per"ricchi di funzionalità" ; patatine fritte.
TSMC ha recentemente presentato il più grande investimento mai realizzato dal settore &, stanziando 100 miliardi di dollari nei prossimi tre anni per aumentare la capacità. Intel ha promesso 20 miliardi di dollari per due siti in Arizona e afferma che quest'anno assumerà ulteriori impegni di investimento. Samsung Electronics della Corea del Sud' ha accantonato 116 miliardi di dollari di investimenti entro il 2030 per diversificare la sua produzione di chip.
L'India sta anche finalizzando piani per la produzione di massa di chip semiconduttori come parte del suo"Make in India" programma. Il paese offre più di 1 miliardo di dollari in contanti a ciascuna azienda di semiconduttori che crea un'unità produttiva nel paese. I chip prodotti localmente saranno designati come"fonti attendibili" e può essere utilizzato in prodotti che vanno dalle telecamere CCTV alle apparecchiature 5G. A dicembre, l'India ha invitato"manifestazioni di interesse" dai produttori di chip sulla creazione di unità produttive nel paese o sull'acquisizione di tali unità.
Si tratta di raggiungere l'autosufficienza nella produzione di semiconduttori, garantire un migliore controllo sulla sicurezza dei dati e impedire che i paesi di tutto il mondo vengano tenuti in ostaggio da membri specifici della catena di fornitura di semiconduttori esistente.
È chiaro che i semiconduttori stanno cambiando le regole del gioco nel nostro mondo moderno e in rapido movimento. Chiaramente, l'industria dei semiconduttori deve affrontare nuove sfide. Per essere più chiari, i governi di tutto il mondo sono ora in modalità di gestione delle crisi e nel prossimo futuro i semiconduttori guadagneranno"infrastruttura critica" stato nella maggior parte dei paesi.