Directronica октябрь 2021
РЫНОК
Мировой рынок
Анализ и причины аллокации электронных компонентов в 2021 году – «Засуха в Эдеме»
Само слово «засуха» (Drought) чаще всего употребляют мировые СМИ, рассказывая о ситуации в электронной отрасли. И речь не только о засухе на Тайване, хотя и она имеет отношение к множеству других проблем, вместе создавших «идеальный шторм». Давайте пробежимся по полосам основных отраслевых изданий и попробуем разобраться, что на самом деле происходит в главной мировой отрасли.
Поставки кремниевых пластин для производства полупроводников побьют рекорд
В ближайшие годы отраслевая ассоциация SEMI, объединяющая производителей полупроводниковой продукции, соответствующего оборудования и материалов, прогнозирует уверенный рост поставок кремниевых пластин.
Напомним, кремниевые пластины — основной материал для изготовления полупроводников, важнейших компонентов всей электроники, включая компьютеры, телекоммуникационное оборудование и потребительские устройства. Кремниевые пластины представляют собой высокотехнологичные тонкие диски диаметром до 12 дюймов, которые служат в качестве материала подложки для большинства микросхем.
По оценкам SEMI, в 2021 году мировые поставки кремниевых пластин увеличатся почти на 14%, а их общая площадь приблизится к рекордным 14000 млн кв. дюймов (million square inches, MSI). Среди секторов полупроводникового рынка, которые внесут наибольший вклад в этот рост, специалисты перечислили производство логических ИС, фаундри-сектор (IC Foundry — выпуск полупроводников по технической документации заказчиков) и сегмент микросхем памяти.
«Мы наблюдаем значительный рост поставок кремниевых пластин, которому способствует долговременный высокий спрос на полупроводники со стороны различных рынков», — заявила аналитик SEMI Инна Скворцова. Специалисты ожидают сохранение восходящей динамики в последующие годы, но предупредили о ряде сдерживающих факторов, таких как замедление макроэкономического восстановления и длительные сроки, которые необходимы для расширения производственных мощностей по выпуску кремниевых подложек.
Согласно прогнозу SEMI, в 2022 году общая площадь выпущенных кремниевых пластин увеличится еще на 6,4%, до 14896 млн кв. дюймов, в 2023-м показатель вырастет на 4,6%, до 15587 млн кв. дюймов, а в 2024-м будет преодолен рубеж в 16000 млн кв. дюймов.
Аналитики IDC предсказывают ускорение темпов роста на мировом рынке полупроводников в 2021 году. Ожидается, что выручка увеличится на 17,3%, тогда как в 2020-м прибавка составила 10,8%.
В частности, продажи полупроводников для связи пятого поколения (5G) должны вырасти на 128%, а в целом выручка от реализации микросхем для мобильных телефонов поднимется на 28,5%.
Также прогнозируется рост продаж чипов для игровых консолей, систем «умного» дома и носимой электроники на 34, 20 и 21% соответственно. В сегменте автомобильных полупроводников прибавка должна составить 22,8%, а реализация полупроводниковой продукции для ноутбуков и x86-серверов увеличится на 11,8 и 24,6%.
В IDC полагают, что к 2025 году объем мирового рынка чипов достигнет $600 млрд, с учетом чего среднегодовые темпы роста в этой пятилетке должны составить 5,3%.
TSMC, Intel, Infineon и SK Hynix сливают США свои данные о цепочке поставок. Китай возмущен
Крупнейший в мире контрактный производитель полупроводников TSMC согласился до 8 ноября передать США данные по цепочке поставок, раскрытие которых у ведущих чипмейкеров потребовал Вашингтон. Аналогичное решение ранее приняли другие крупные производители полупроводников — Intel, Infineon и SK Hynix.
Хотя в TSMC заверяют, что не станут раскрывать «конфиденциальную информацию» клиентов компании и «не причинят вреда правам клиентов и акционеров», в КНР высказывают опасения, что власти США могут использовать переданные TSMC сведения для новых санкций против Пекина и китайских компаний.
Ранее Вашингтон уведомил ведущих мировых производителей электроники и чипмейкеров, включая TSMC, о том, что в срок до 8 ноября им следует добровольно предоставить США информацию о запасах, производственных мощностях и ключевых клиентах по определенным видам продукции.
Среди прочего, чипмейкеров просят перечислить «трех крупнейших клиентов по отдельным продуктам и предполагаемую долю продаж этих продуктов, которая приходится на каждого клиента». Также предлагается перечислить продукты с наибольшими объемами невыполненных заказов и привести данные о продажах этих продуктов.
Издание The South China Morning Post пишет, что согласие TSMC предоставить США запрошенную информацию вызвало бурную негативную реакцию в китайских соцсетях. Один из пользователей Weibo, китайского аналога Twitter, написал, что приняв такое решение, чипмейкер встал перед Вашингтоном на колени. Под этим постом — более 600 лайков.
В комментарии на местном технологическом портале PingWest утверждается, что с помощью переданных TSMC сведений США смогут нанести «серьезный ущерб интересам материкового Китая».
Член научного комитета Института глобального сотрудничества и взаимопонимания Пекинского университета Си Чэнь (Xi Chen) ранее заявил, что информация поможет Вашингтону более точно наносить удары по китайским компаниям с помощью санкций.
«Как только TSMC передаст данные… она перестанет заслуживать доверия», — написал еще один пользователь Weibo. Замечания с критикой в адрес TSMC также появились в крупнейшей китайской соцсети WeChat.
Правда, в правительственных ведомствах Китая публично пока не комментируют происходящее.
TSMC, на долю которой в прошлом году пришлось 54% выручки на мировом рынке фаундри-услуг, считается важнейшим звеном глобальной производственной цепочки полупроводников. Решения, которые компания принимает в условиях технологического соперничества между США и КНР, могут иметь далеко идущие последствия.
«Мы считаем, что TSMC, Samsung и другие полупроводниковые компании могут передать по запросу США относительно малозначимую информацию. Ключевые сведения, связанные с коммерческими секретами и правами клиентов, в том числе списки партнеров, состав и объемы заказов, останутся конфиденциальными, чтобы сохранить давнее доверие между TSMC и ее клиентами», — считает глава тайваньской исследовательской компании Isaiah Research Эрик Тсенг (Eric Tseng).
Круг замкнулся: дефицит чипов добрался до ASML — производителя оборудования для выпуска чипов
Крупнейшая в Европе технологическая компания ASML и одновременно монополист на рынке литографических сканеров для производства полупроводников сообщила, что в четвертом квартале она ожидает снижение выручки ниже прогнозов аналитиков. В этом виноваты трудности с получением необходимых материалов и проблемы с запуском нового логистического центра. В конечном итоге это может усугубить глобальный дефицит полупроводников.
Российский рынок
В Правительстве решили выбрать главный российский процессор
Минцифры и Минпромторг собираются выбрать приоритетную российскую микропроцессорную платформу, которую обязаны будут поддерживать все разработчики отечественного софта. В то же время и эта приоритетная платформа, и любая другая для ее включения в реестр Минпромторга должны будут обзавестись эмуляторами, чтобы с ними мог работать софт, созданный под стандартную архитектуру х86-64.
Развитие российского производства электроники и возможности инжиниринга
Рост спроса в мировой полупроводниковой промышленности на фоне пандемии и значительного спада фактически во всех не относящихся к медицине и фармацевтическому производству отраслях дает значимые основания для инвестиций в сектор микроэлектроники. По данным исследовательского центра IDC на май 2021 года, продажи полупроводниковых приборов в 2020-м выросли на 10,8%, в текущем году ожидается рост на 12,5%, что составит $522 млрд. Спрос на полупроводниковые изделия значительно превысил возможности промышленности, и это касается не только передовых топологических норм: в некоторых секторах наблюдается достаточно устойчивый дефицит изделий, изготовленных по «зрелым проектным нормам» на 200-мм пластинах, не хватает подложек и ряда других материалов, со стороны промышленности недостаточно мощностей для тестирования. В докладе SEMI (апрель 2021 года) о состоянии полупроводниковой промышленности поднята проблема дефицита кадров: это десятки тысяч вакансий по всей цепочке поставок (только среди участников SEMI в США зафиксировано 23 000 вакантных рабочих мест). Конечно, ситуацию усугубляет торговая война США и Китая, основным фронтом которой и являются технологии производства электроники. Казалось бы, России ускоренными темпами нужно включаться в новый этап борьбы за нанометровые диапазоны, но картина усложняется при детальном рассмотрении ситуации в отечественной индустрии производства электроники. Первый момент — это инвестиции на модернизацию производственных мощностей. «Стратегия развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года» в дорожной карте анонсирует бюджет в размере 798 млрд руб. (более $10 млрд).
ТЕХНОЛОГИИ
Инновационный «чип-бутерброд» позволил сделать крошечный Raspberry Pi Zero 2 W за $15 в 5 раз быстрее
Raspberry Pi Trading дополнила линейку своих компьютеров моделью Raspberry Pi Zero 2 W. Новая версия одноплатника со встроенными Wi-Fi и Bluetooth унаследовала от предшественника сверхкомпактные размеры, но существенно продвинулась в вопросе производительности — в некоторых тестах новинка почти в 5 раз быстрее первой версии девайса. Цена устройства выросла до $15.
Проект Raspberry Pi представил новое поколение самых компактных одноплатных компьютеров в линейке Raspberry — Pi Zero 2 W. Эта усовершенствованная модель отличается от предшественника — Pi Zero — существенно повышенной производительностью.
По заявлению создателей, в многопоточном режиме при тестировании утилитой sysbench новинка демонстрирует почти в 5 раз более высокие результаты в сравнении с оригинальным Pi Zero. Однако в отличие от него Pi Zero 2 W, как и Pi Zero W, несет «на борту» дополнительные модули беспроводной связи, что сказывается на его цене. Свежий Raspberry можно приобрести за $15.
Несмотря на выход новой модели, Raspberry Pi не планирует сворачивать производство Pi Zero и Pi Zero W. По мнению разработчиков, улучшенная версия Zero 2 W гармонично вписывается в семейство Zero.
TSMC усовершенствовала свой 5-нм техпроцесс до N4P
Компания TSMC представила процесс N4P, усовершенствующий 5-нм технологическую платформу, оптимизируя по критерию производительности.
Новый техпроцесс добавлен к N5, N4, N3. По словам производителя, выбор между ними предоставляет клиентам возможность остановиться на оптимальном сочетании потребляемой мощности, производительности, площади кристалла и стоимости изделий.
Новый техпроцесс — уже третье крупное усовершенствование 5-нм платформы TSMC. По оценке компании, N4P обеспечивает повышение производительности на 11% по сравнению с исходной технологией N5 и на 6% по сравнению с N4. По сравнению с N5, N4P также обеспечит повышение энергоэффективности на 22% и увеличение плотности транзисторов на 6%. Кроме того, N4P снижает сложность процесса и сокращает время цикла выращивания пластины за счет уменьшения количества масок.
Соответствует ли название технормам 4 нм и какое место в этом техпроцессе занимает EUV-литография, производитель пока не уточнил.
Как утверждается, проекты N4P будут хорошо поддерживаться комплексной экосистемой проектирования TSMC. Ожидается, что первые продукты, основанные на технологии N4P, будут переданы в производство ко второй половине 2022 года.
Контрреинжиниринг или реинжениринг с помощью рентгеноскопии
Об этом не принято говорить много и вслух, но наряду с разработкой электронного оборудования всегда существовал и процесс копирования, или, как принято его сейчас называть — реинжиниринг, или обратный инжиниринг.
Между терминами reengineering и reverse engineering есть существенное различие на семантическом уровне. Поскольку первое предполагает изучение готового изделия с целью его усовершенствования, то есть фактически продолжение процесса разработки, в то время как второе — это изучение готового изделия вместо разработки. В общем, изначально речь идет о чем-то не очень этичном (или очень неэтичном). Впрочем, мы живем в не слишком совершенном мире, поэтому примем существование реинжиниринга/обратного инжиниринга как данность. Также, поскольку все чаще процесс копирования электронных узлов (сканирование, «скол») прячут за более благозвучным термином «реинжиниринг», будем и мы пользоваться актуальной терминологией.
В Китае представили лазерный телевизор, который сворачивается в трубку
Презентация концепта лазерного телевизора Rollable Screen Laser TV, который может сворачиваться в рулон, прошла на международном форуме в Пекине, посвященном лазерным технологиям в экранах, — Global Laser Display Technology and Industry Development Forum
Представлен аналоговый нейронный процессор, наиболее точно имитирующий работу мозга человека
Компания Rain Neuromorphics завершила создание цифрового проекта процессора, наиболее точно имитирующего работу мозга человека. Чип содержит 10 тыс. цифровых нейронов и будет выпущен с использованием 180-нм техпроцесса. Масштабирование и снижение технологических норм поможет создать решение для задач искусственного интеллекта с предельно низким потреблением и мощными когнитивными функциями.
Как известно, мозг человека представляет собой нейросеть примерно из 90 млрд нейронов. Вход каждого нейрона — это множество «волосков», называемых дендритами. По ним распространяется потенциал (импульс напряжения), который заставляет нейрон реагировать тем или иным образом. Для реакции нейрона необходима усредненная сумма потенциалов всех сигналов со множества дендритов, что делает мозг «аналоговым компьютером».
Реакция нейрона также представлена потенциалом действия, но он распространяется по другим нервным «волоскам» — аксонам. Как правило, у нейронов по одному аксону (выходу), который заканчивается синапсом — местом взаимодействия с дендритами других нейронов, если говорить о головном мозге. Синапс — это бесконтактный переход от аксона к дендриту, взаимодействие между которыми представляет собой уже химическую реакцию, а не электрический сигнал. Но дальше по дендриту снова побежит электрический импульс.
В чипе химию мозга повторить либо сложно, либо невозможно. Поэтому имитация всегда будет условной и чип Rain Neuromorphics в этом плане не стал исключением. Зато в плане воспроизводства дендритов совершен прогресс. К каждому аксону цифрового нейрона подведено множество дендритов (входов других цифровых нейронов), что наиболее полно на сегодняшний день отражает строение головного мозга. Синапсы при этом образуются в месте соединения дендритов и аксонов, но они, конечно же, представляют электрический, а не химический контакт.
Воспроизводство аксонов предложено оригинальным методом. Разработчики Rain Neuromorphics взяли в качестве образца вертикальные каналы, создаваемые при производстве памяти 3D NAND, но вместо флеш-памяти (затворов), они покрыли аксоны-каналы материалом, создающим в месте контакта с дендритом переход ReRAM. Таким образом, синапс в предложенном решении — это резистивный переход, который управляет импульсом напряжения на входе нейрона. Более того, дендриты соединяют аксоны с нейронами случайным образом, почти как в мозге человека до обучения.
На снимке показаны цифровые нейроны, разным цветом помечены входы и выходы. Источник изображения: Rain Neuromorphics
Найден материал, являющийся проводником тепла и теплоизолятором одновременно
Всем известно, что практически любые электронные устройства нагреваются во время своей работы. Тепло, являющееся побочным продуктом, значительно влияет на конструкцию электронных устройств, для того чтобы избежать их «прожарки» и выхода из строя, требуется использование охлаждающих систем различного типа. А поскольку размер электронных устройств сокращается с каждым днем, все большее значение обретает проблема изоляции некоторых чувствительных компонентов от компонентов и областей, сильно нагревающихся во время работы.
Все сказанное выше определяет то, что в некоторых системах управления теплом электронных устройств можно найти как теплопроводные материалы, из которых обычно изготавливают радиаторы и теплоотводы, так и теплоизоляционные материалы, ограждающие отдельные узлы и компоненты. Но новый материал, разработанный учеными из Чикагского университета, стирает грани между проводниками тепла и теплоизоляторами, он отлично проводит тепло в одном направлении и практически полностью блокирует его в другом направлении.
Ключевым компонентом нового материала является тончайшая пленка дисульфида молибдена. В нормальных условиях этот материал прекрасно проводит тепло, но ученые обнаружили, что сложив несколько листов этого материала и немного изогнув получившуюся «пачку», можно получить практически идеальный теплоизолятор. Любой поток тепла блокируется этим материалов в «вертикальном» направлении, перпендикулярном плоскости листов дисульфида молибдена, зато тепло без каких-либо препятствий распространяется в «горизонтальной» плоскости листов.
На практике такой материал может быть использован для изготовления тепловых экранов, являющихся одновременно и теплоотводами. Подобные экраны могут оградить чувствительные компоненты, такие как аккумуляторные батареи, от тепла, вырабатываемого достаточно мощными процессорами современных смартфонов, к примеру. Помимо этого, экран-теплоотвод позволит отвести от той же батареи тепло, вырабатываемое во время процесса ее зарядки.
Кроме систем охлаждения электронных компонентов, новый материал может быть использован для увеличения эффективности термоэлектрических генераторов, устройств, вырабатывающих электрическую энергию за счет искусственно создаваемой разницы температур между их горячей и холодной сторонами.
В самом ближайшем времени ученые проведут подобные эксперименты и с другими условно двумерными материалами. Тем самым они надеются найти новые комбинации, тепловая эффективность которых будет превышать показатель материала на основе чистого дисульфида молибдена или будет иметь сопоставимые значения при более низкой стоимости производства.
У eMagin готов самый яркий в мире полноцветный микродисплей OLED.
В нем используется технология Direct Patterning Display (dPd)
Компания eMagin, специализирующаяся на разработке, проектировании и производстве активноматричных микродисплеев OLED высокого разрешения для гарнитур AR и VR и других применений, когда дисплей расположен близко к глазам, представила прототип разрешением WUXGA (1920×1200 пикселей). В нем используется технология Direct Patterning Display (dPd), позволившая получить рекордно высокую яркость 10 000 кд/кв. м. По словам производителя, это самый яркий в мире полноцветный микродисплей OLED высокого разрешения.
«Это исторический момент для eMagin и отрасли, и это наше самое большое достижение на сегодняшний день в развитии нашей собственной технологии dPd — так охарактеризовал прототип генеральный директор eMagin Эндрю Г. Скалли (Andrew G. Sculley). — Применяя прямое формирование структур к дисплеям WUXGA, мы достигли максимальной яркости более 10 000 кд/кв. м и насыщенные цвета RGB. Это 20-кратное улучшение по сравнению с нашими стандартными микродисплеями XL на белых OLED с цветным фильтром и в 3–4 раза больше, чем у наших новых микродисплеев XLE, и мы считаем, что это самый яркий полноцветный микродисплей OLED высокого разрешения в мире. Мы работаем с компанией-заказчиком первого эшелона над этой разработкой, включая поиск путей производства в промышленных масштабах.
На иллюстрации слева показано строение микродисплея на белых OLED с цветным фильтром, справа — строение микродисплея, в котором используется технология dPd.
«Яркость полноцветного изображения 10 000 кд/кв. м — важная веха на нашем пути к созданию полноцветных дисплеев с яркостью более 28 000 кд/кв. м к середине 2023 года, — добавил Скалли. — Для сравнения: типичный монитор ноутбука обеспечивает яркость 250 кд/кв. м, а качественный смартфон — всего 1000 кд/кв. м. Кроме того, наши дисплеи dPd содержат более 2500 индивидуально адресуемых пикселей на дюйм (ppi), что обеспечивает замечательную четкость и разрешение по сравнению с типичными экранами ноутбуков с разрешением 330 пикселей на дюйм и экранами OLED-смартфонов с разрешением 600 пикселей на дюйм».
25 ноября, 2013