نیمه‌هادی‌ها پایه و اساس و نیروی محرکه توسعه سریع صنعت فناوری اطلاعات امروزی هستند. آن‌ها به شدت در زمینه‌های مختلف توسعه اقتصادی و اجتماعی نفوذ کرده و ادغام شده‌اند. سطح فناوری و مقیاس توسعه آن‌ها به یکی از شاخص‌های مهم برای سنجش رقابت صنعتی و قدرت ملی جامع یک کشور تبدیل شده است.

در سال ۲۰۲۰، به دلیل تأثیر بیماری همه‌گیر کووید-۱۹، اقتصاد جهانی رکود اقتصادی را تجربه کرد، اما بازار جهانی نیمه‌رساناها برخلاف روند معمول، به دلیل نیازهایی مانند کار و یادگیری در منزل و جلسات از راه دور، به رشد دست یافته است. در سال ۲۰۲۰، بازار جهانی نیمه‌رساناها به ۴۴۰ میلیارد دلار آمریکا رسید که نسبت به سال گذشته ۶.۸ درصد افزایش داشته است. محصولات نیمه‌رسانا که شامل حافظه و تراشه‌های خاص‌منظوره می‌شوند، شروع به ورود به چرخه رونق کرده‌اند. تقاضای بازار مدارهای مجتمع چین همچنان قوی است و فروش سالانه بازار مدارهای مجتمع به ۱,۶۳۳.۹۷ میلیارد یوان افزایش یافته است که نسبت به سال گذشته ۸.۲۶ درصد افزایش داشته است. انتظار می‌رود اندازه بازار در سال ۲۰۲۱ بیشتر رشد کند.

مدل توسعه «مارپیچی رو به بالا»

توسعه بازار جهانی نیمه‌رساناها، مدلی «مارپیچ صعودی» را نشان می‌دهد و پس از کاهش یا عقب‌نشینی، بهبود قوی‌تری را تجربه خواهد کرد. در سال ۲۰۰۰، حباب اینترنت ترکید و باعث شد صنعت نیمه‌رساناها یک دوره تعدیل دو ساله را پشت سر بگذارد. پس از آن، با انباشت انرژی و معرفی ویفرهای سیلیکونی ۱۲ اینچی، بازار نیمه‌رساناها به سرعت توسعه یافت. وقوع بحران مالی جهانی در سه‌ماهه چهارم سال ۲۰۰۸ باعث شد بازار نیمه‌رساناها وارد یک دوره تعدیل کوتاه‌مدت شود.

از سال ۲۰۱۰، ظهور ترمینال‌های تلفن همراه مانند آیفون و آیپد، عصر اینترنت موبایل را آغاز کرده و نرخ رشد بازار نیمه‌رساناها به اوج تاریخی خود رسیده است. با انفجار بازار حافظه، بازار جهانی نیمه‌رساناها در سال ۲۰۱۷ از ۴۰۰ میلیارد دلار آمریکا فراتر رفت. در نیمه دوم سال ۲۰۱۸، بازار جهانی نیمه‌رساناها دوباره وارد دوره تعدیل شد. در سال ۲۰۱۹، به دلیل کاهش رشد تقاضا برای حافظه‌های حالت جامد، تلفن‌های هوشمند و رایانه‌های شخصی، موجودی بالای محصولات و کاهش تقاضای جهانی نیمه‌رساناها، قیمت بازار حافظه کاهش یافت. همراه با افزایش عدم قطعیت ناشی از اختلافات تجاری جهانی، بازار جهانی نیمه‌رساناها در سال ۲۰۱۹ با کاهش ۱۲ درصدی به طور قابل توجهی کاهش یافت. این همچنین بزرگترین کاهش در بازار جهانی نیمه‌رساناها در ۱۵ سال گذشته است.

در سال ۲۰۲۰، علیرغم تأثیر همه‌گیری کووید-۱۹، بازار جهانی نیمه‌رساناها همچنان به شدت بهبود یافت و اندازه بازار به ۴۴۰ میلیارد دلار آمریکا رسید که نسبت به سال گذشته ۶.۸ درصد افزایش داشته است. محصولات نیمه‌رسانا که شامل حافظه و تراشه‌های خاص‌منظوره می‌شوند، وارد چرخه رونق شده‌اند. در سراسر صنعت، بیشترین رشد در تراشه‌های منطقی (۱۱.۱ درصد) و پس از آن حسگرها (۱۰.۷ درصد) و حافظه (۱۰.۴ درصد) بود.

از منظر ساختار منطقه‌ای، چین برای سال‌های متوالی به بزرگترین بازار مصرف نیمه‌هادی در جهان تبدیل شده است. در سال 2020، سهم بازار چین به حداکثر 34.4 درصد رسید. سهم ایالات متحده، اروپا، ژاپن و سایر بازارها به ترتیب 21.7٪، 8.5٪، 8.3٪ و 27.1٪ است. در میان آنها، بازار ایالات متحده به رشد قوی 21.3٪، بازار آسیا و اقیانوسیه به رشد 5.1٪، بازار ژاپن به رشد ضعیف 1.3٪ و بازار اروپا 5.8٪ کاهش یافت. دلیل رشد قوی بازار ایالات متحده این است که بازار ایالات متحده در سال 2019 با افت 23.7٪، بیشترین کاهش را تجربه کرد که 11.7 درصد بیشتر از جهان بود. ژاپن نیز 10.0٪ کاهش یافت. اروپا، چین و سایر مناطق به ترتیب 7.4٪، 9.3٪ و 8.8٪ کاهش یافتند.

تحت تأثیر این بیماری همه‌گیر، کاربردهایی مانند اداری و آموزش از راه دور به سرعت گسترش یافتند و باعث بهبود سریع ارتباطات و محصولات کامپیوتری در بازار پایین‌دستی شدند. در سال 2020، ارتباطات و کامپیوترها همچنان بیشترین استفاده از نیمه‌هادی‌ها را در جهان به خود اختصاص داده‌اند و سهم بازار آنها به ترتیب به 33.5٪ و 29.1٪ رسیده است. با بهره‌گیری از محبوبیت کاربردهای 4G و 5G، سهم بازار تراشه‌های ارتباطی از 22.2٪ در سال 2010 به 33.5٪ در سال 2020 افزایش یافته است. در عین حال، سهم بازار کامپیوترهای شخصی همچنان توسط محصولات الکترونیکی نوظهور مانند تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها پیشی گرفته است و سهم بازار از 40.9٪ در سال 2010 به 29.1٪ در سال 2019 کاهش یافته است.

رقابت در بازار به طور فزاینده‌ای شدید می‌شود

برای بازار جهانی نیمه‌هادی‌ها، سال ۲۰۲۰ سالی شایان توجه است. تراشه جدید ۲ نانومتری توسعه‌یافته توسط IBM چشم‌نواز است. این تراشه با استفاده از ترانزیستورهای انباشته‌شده روی هم در نانوصفحات، معروف به ترانزیستورهای GAA، ساخته شده است. در مقایسه با پیشرفته‌ترین تراشه‌های ۷ نانومتری امروزی، این تراشه ۴۵٪ بهبود عملکرد یا ۷۵٪ کاهش مصرف انرژی را به همراه خواهد داشت. IBM اعلام کرد که با استفاده از فناوری ۲ نانومتری می‌توان تا ۵۰ میلیارد ترانزیستور را در تراشه‌ای به اندازه یک ناخن انگشت جای داد.

وضعیت درآمد شرکت‌های نیمه‌هادی نیز مورد توجه این صنعت است. در میان ده شرکت برتر نیمه‌هادی جهان در سال ۲۰۲۰، ۶ شرکت آمریکایی هستند. از نظر درآمد کل، ۶ شرکت در ایالات متحده ۵۹.۲٪ از ارزش کل ده شرکت برتر و ۲ شرکت در کره جنوبی ۳۲.۴٪ از ارزش کل ده شرکت برتر را به خود اختصاص داده‌اند.

از منظر زنجیره صنعت، در میان ده شرکت برتر نیمه‌هادی جهان در سال ۲۰۲۰، ۶ شرکت IDM با درآمد کل فروش ۱۹۷.۰۹ میلیارد دلار آمریکا وجود دارند که ۷۸.۳ درصد از کل فروش ده شرکت برتر را تشکیل می‌دهند؛ ۴ شرکت طراحی با درآمد کل فروش ۵۴.۷۰ میلیارد دلار آمریکا وجود دارند که ۲۱.۷ درصد از کل فروش ده شرکت برتر را تشکیل می‌دهند.

در سال ۲۰۲۰، اینتل همچنان از نظر درآمد در بین شرکت‌های نیمه‌هادی، پیشتاز جهان بود. با درآمد امسال، اینتل همچنان جایگاه خود را به عنوان بزرگترین تأمین‌کننده نیمه‌هادی در جهان حفظ کرد و درآمد نیمه‌هادی آن به ۷۰.۲۴۴ میلیارد دلار آمریکا رسید که نسبت به سال گذشته ۳.۷ درصد افزایش داشته است. این امر به دلیل رشد در کسب‌وکارهای اصلی پردازنده‌های کلاینت و سرور آن بود. در میان ده شرکت برتر نیمه‌هادی جهان در سال ۲۰۲۰، مدیاتک بیشترین افزایش سالانه را داشت و پس از آن انویدیا و کوالکام قرار گرفتند. تگزاس اینسترومنتس تنها شرکتی بود که شاهد کاهش درآمد بود.

امسال، با نگاهی به هزینه‌های تحقیق و توسعه جهانی نیمه‌هادی‌ها، هزینه‌های سرمایه‌گذاری تحقیق و توسعه ده شرکت برتر نیمه‌هادی 11 درصد افزایش یافته و در مجموع به 43.5 میلیارد دلار آمریکا رسیده است که 64 درصد از کل صنعت را تشکیل می‌دهد. این نشان می‌دهد که تمرکز بازار شرکت‌های پیشرو بیشتر افزایش یافته و رقابت در بازار شدیدتر شده است.

در نیمه دوم سال ۲۰۲۰، در مجموع پنج ادغام و تملک در مقیاس بزرگ و بیش از ده ادغام و تملک در مقیاس کوچک در حوزه نیمه‌هادی‌های جهانی رخ داد که شامل مبلغ بی‌سابقه ۱۱۸ میلیارد دلار آمریکا بود. بنابراین، سال ۲۰۲۰ به سالی با بزرگترین حجم معاملات در تاریخ ادغام و تملک نیمه‌هادی‌ها تبدیل شده است. با این حال، ادغام‌ها و تملک‌های فوق هنوز کل فرآیند معامله و تأیید را تکمیل نکرده‌اند. افزایش شدید میزان ادغام و تملک در صنعت نیمه‌هادی جهانی عمدتاً به دلیل اتحادهای قوی بین تولیدکنندگان غول‌پیکر در زمینه‌های مختلف است.

پیش از این، شرکت تولیدکننده تراشه‌های آنالوگ ADI اعلام کرده بود که شرکت سیگنال آنالوگ/هیبریدی Maxim Integrated Products را به قیمت ۲۱ میلیارد دلار آمریکا خریداری خواهد کرد؛ غول کارت گرافیک Nvidia در سپتامبر ۲۰۲۰ اعلام کرد که شرکت Arm، تأمین‌کننده پروتکل معماری پردازنده، را به قیمت ۴۰ میلیارد دلار آمریکا خریداری خواهد کرد. پیش از این، Arm توسط SoftBank ژاپن کنترل می‌شد. علاوه بر این، Intel ایالات متحده اعلام کرد که تجارت حافظه فلش NAND و کارخانه تولید ویفر ۳۰۰ میلی‌متری خود را که در چین فعالیت می‌کند، به SK Hynix کره جنوبی به قیمت ۹ میلیارد دلار آمریکا خواهد فروخت؛ AMD ایالات متحده در ۲۹ اکتبر ۲۰۲۰ اعلام کرد که آن را به قیمت تقریبی ۳۵ میلیارد دلار آمریکا خریداری خواهد کرد. Xilinx تأمین‌کننده FPGA، انتظار می‌رود این معامله تا پایان سال ۲۰۲۱ تکمیل شود؛ در همان روز، Marvell Electronics Marvell اعلام کرد که Inphi تأمین‌کننده IC سیلیکون ولی را به قیمت ۱۰ میلیارد دلار آمریکا به صورت نقدی و سهام خریداری خواهد کرد. این معامله نیز در نیمه دوم سال ۲۰۲۱ تکمیل خواهد شد. معامله فوق هنوز تکمیل نشده و هنوز توسط مقامات نظارتی مربوطه در دست بررسی است.

فناوری‌های تحول‌آفرین در دوران پس از مور

ادغام ناهمگن یک فناوری توسعه معمول در دوران پس از مور است. این فناوری در زمینه بسته‌بندی کاربرد دارد. در صورت برآورده شدن تقاضا، می‌توان از فناوری چیپلت برای اعمال سریع و مؤثر عملکرد تراشه استفاده کرد. استفاده از این فناوری همچنین مزایایی از جمله دشواری کم طراحی، تولید راحت و هزینه کم را دارد.

این مسیر، توسعه تراشه را قادر ساخته است تا از دنبال کردن کورکورانه کاهش مصرف برق و افزایش عملکرد، به سمت برآورده کردن عملی‌تر نیازهای بازار تغییر جهت دهد. بسیاری از شرکت‌ها برنامه‌هایی برای "ذرات هسته" دارند. به عنوان مثال، اینتل فناوری Foveros را راه‌اندازی کرده است که می‌تواند تراشه‌های منطقی و تراشه‌های حافظه را به صورت سه‌بعدی بسته‌بندی کند؛ TSMC فناوری SoIC با قابلیت انباشت چند تراشه را راه‌اندازی کرده است که می‌تواند به اتصال ویفر به ویفر دست یابد. در عین حال، این فناوری همچنین یک فناوری توسعه کلیدی برای صنعت نیمه‌هادی چین در دوران پس از مور است.

معماری RISC-V MCU تغییراتی را در ساختار بازار MCU ایجاد خواهد کرد. RISC-V مبتنی بر مجوز استاندارد BSD است که به شما امکان می‌دهد آزادانه و بدون محدودیت از CPU طراحی شده استفاده کنید، مجموعه دستورالعمل‌های توسعه‌یافته خود را توسعه داده و اضافه کنید و انتخاب کنید که آیا می‌خواهید به صورت عمومی منتشر کنید، به صورت تجاری بفروشید یا سایر قراردادهای مجوز را جایگزین کنید یا از آن به طور کامل به صورت متن بسته استفاده کنید. RISC-V در حال حاضر برای AIoT مناسب‌ترین است و انتظار می‌رود با پردازنده‌های معماری ARM رقابت کند و یک اکوسیستم RISC-V را در چین تشکیل دهد و MCU یکی از بهترین زمینه‌های کاربرد برای RISC-V است. با مزایای متن باز، مصرف برق کم و هزینه کم، MCUهای معماری RISC-V بر MCUهای معماری ARM تأثیر خواهند گذاشت و تغییرات جدیدی را در بازار به ارمغان خواهند آورد.

تراشه‌های فوتونی ممکن است به مسیر جدیدی برای توسعه تراشه تبدیل شوند. تراشه‌های فوتونی تراشه‌هایی هستند که از سیگنال‌های نوری برای کسب داده، انتقال، محاسبه، ذخیره‌سازی و نمایش استفاده می‌کنند. در حال حاضر، تراشه‌های فوتونی در ارتباطات نوری، به ویژه با ساخت زیرساخت‌های مرکز داده، استفاده می‌شوند. فوتونیک سیلیکونی برای ادغام اجزای نوری روی تراشه‌های سیلیکونی استفاده می‌شود تا از هزینه کم، مقیاس‌پذیری و سهولت ساخت و مونتاژ دستگاه‌های CMOS بهره‌مند شود. در مقایسه با مدارهای مجتمع الکترونیکی، تراشه‌های فوتونی دارای ویژگی‌های سرعت فوق‌العاده بالا و مصرف انرژی فوق‌العاده کم هستند. از لحاظ تئوری، مقیاس تراشه‌های فوتونی را می‌توان مدوله کرد و ویژگی‌های نور ذاتاً برای محاسبات خطی، از جمله محاسبات موازی با چگالی بالا، مناسب هستند. با توسعه سریع هوش مصنوعی، اثر ضرب ماتریس تراشه‌های فوتونی این فرصت را دارد که صدها یا هزاران برابر بهتر از تراشه‌های الکترونیکی موجود باشد و دانشگاه‌ها و صنعت را به سمت بررسی فرصت‌های ناشی از محاسبات فوتونی سوق دهد.

تحت تأثیر روند «خنثی‌سازی کربن»، صنعت نیمه‌هادی نسل سوم که می‌تواند راندمان تبدیل انرژی را بهبود بخشد، در حال توسعه شتابان است. با کاهش تدریجی تأثیر اپیدمی کووید-۱۹، تقاضا برای قطعات مورد نیاز برای تبدیل انرژی صنعتی، مانند اینورترها و مبدل‌های فرکانس و همچنین ایستگاه‌های پایه ارتباطی، تثبیت شده است. با تغییر تدریجی اینورترهای خودروی برقی تسلا مدل ۳ به فرآیندهای تولید قطعات SiC (کاربید سیلیکون)، نیمه‌هادی‌های نسل سوم به تدریج توجه بیشتری را در بازار خودرو به خود جلب کرده‌اند.

نیمه‌رساناهای نسل سوم که توسط نیترید گالیوم (GaN) و کاربید سیلیکون (SiC) ارائه می‌شوند، مزایای مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر ولتاژ بالا، فرکانس بالا و توان بالا را دارند. در مقایسه با دستگاه‌های سیلیکونی، آنها می‌توانند اتلاف انرژی را بیش از 50٪ کاهش داده و حجم تجهیزات را بیش از 75٪ کاهش دهند. آنها یک جهت توسعه مهم برای کمک به صرفه‌جویی در انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و دستیابی به هدف "خنثی‌سازی کربن" هستند. در حال حاضر، دسترسی به نیمه‌رساناهای نسل سوم به بسیاری از حوزه‌های کلیدی مانند مراکز داده و وسایل نقلیه انرژی جدید گسترش یافته است. کل صنعت نیمه‌رساناهای نسل سوم در حال بهتر شدن و پیشرفت است و انتظار می‌رود به محور اصلی اقتصاد سبز تبدیل شود.

سلب مسئولیت: این مقاله از "اخبار الکترونیکی چین" بازنشر شده است. این مقاله فقط بیانگر دیدگاه‌های شخصی نویسنده است و بیانگر دیدگاه‌های ساکو میکرو و صنعت نیست. این مقاله فقط برای حمایت از حفاظت از حقوق مالکیت معنوی بازنشر و به اشتراک گذاشته شده است. لطفاً منبع اصلی و نویسنده را برای بازنشر ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن