מוליכים למחצה הם הבסיס והכוח המניע להתפתחות המהירה של תעשיית טכנולוגיית המידע של ימינו. הם חודרים ושולבו רבות בתחומים שונים של פיתוח כלכלי וחברתי. רמתם הטכנולוגית והיקף הפיתוח שלהם הפכו לאחד המדדים החשובים למדידת התחרותיות התעשייתית של מדינה וחוסנה הלאומי הכולל.

בשנת 2020, עקב השפעת מגפת הקורונה, הכלכלה העולמית חוותה מיתון, אך שוק המוליכים למחצה העולמי השיג צמיחה בניגוד למגמה, המונעת על ידי צרכים כמו עבודה ולמידה מהבית ופגישות מרחוק. בשנת 2020, שוק המוליכים למחצה העולמי הגיע ל-440 מיליארד דולר, עלייה שנתית של 6.8%. מוצרי מוליכים למחצה המיוצגים על ידי זיכרון ושבבים למטרות מיוחדות החלו להיכנס למחזור פריחה; הביקוש לשוק המעגלים המשולבים בסין ממשיך להיות חזק, עם מכירות שנתיות של שוק המעגלים המשולבים שעולות ל-1,633.97 מיליארד יואן, עלייה שנתית של 8.26%. גודל השוק צפוי לגדול עוד יותר בשנת 2021.

מודל פיתוח "ספירלי כלפי מעלה"

התפתחות שוק המוליכים למחצה העולמי מראה מודל של "ספירלה כלפי מעלה", ותחווה התאוששות חזקה נוספת לאחר האטה או נסיגה. בשנת 2000, התפוצצה בועת האינטרנט, וגרמה לתעשיית המוליכים למחצה לעבור תקופת הסתגלות של שנתיים. לאחר מכן, עם צבירת האנרגיה והכנסת פרוסות סיליקון בגודל 12 אינץ', שוק המוליכים למחצה התפתח במהירות. פרוץ המשבר הפיננסי העולמי ברבעון הרביעי של 2008 גרמה לשוק המוליכים למחצה להיכנס לתקופת הסתגלות קצרה.

מאז 2010, עלייתם של מסופים ניידים כמו אייפון ואייפד בישרה את עידן האינטרנט הנייד, וקצב הצמיחה של שוק המוליכים למחצה הגיע לשיא היסטורי. עם התפוצצות שוק הזיכרון, שוק המוליכים למחצה העולמי עבר את רף 400 מיליארד הדולר בשנת 2017. במחצית השנייה של 2018, שוק המוליכים למחצה העולמי נכנס שוב לתקופת הסתגלות. בשנת 2019, עקב האטה בצמיחת הביקוש לאחסון מצב מוצק, סמארטפונים ומחשבים אישיים, מלאי מוצרים גבוה וירידה בביקוש העולמי למוליכים למחצה, מחיר שוק הזיכרון ירד. יחד עם אי הוודאות הגוברת שנגרמה עקב חיכוכי הסחר העולמי, שוק המוליכים למחצה העולמי התכווץ משמעותית בשנת 2019, עם ירידה של 12.0%. זוהי גם הירידה הגדולה ביותר בשוק המוליכים למחצה העולמי ב-15 השנים האחרונות.

בשנת 2020, למרות השפעת מגפת הקורונה, שוק המוליכים למחצה העולמי המשיך להתאושש בחוזקה, כאשר גודל השוק הגיע ל-440 מיליארד דולר, עלייה שנתית של 6.8%. מוצרי מוליכים למחצה המיוצגים על ידי זיכרון ושבבים למטרות מיוחדות נכנסו למחזור פריחה. ברחבי התעשייה, הצמיחה הגדולה ביותר הייתה בשבבי לוגיקה (11.1%), אחריהם חיישנים (10.7%) וזיכרון (10.4%).

מנקודת מבט של מבנה אזורי, סין הפכה לשוק צרכני המוליכים למחצה הגדול בעולם במשך שנים רבות ברציפות. בשנת 2020, נתח השוק של סין הגיע לשיא של 34.4%. נתחיהן של ארצות הברית, אירופה, יפן ושווקים אחרים עומדים על 21.7%, 8.5%, 8.3% ו-27.1% בהתאמה. ביניהם, השוק האמריקאי השיג צמיחה חזקה של 21.3%, שוק אסיה-פסיפיק השיג צמיחה של 5.1%, השוק היפני השיג צמיחה חלשה של 1.3%, והשוק האירופי ירד ב-5.8%. הסיבה לצמיחה החזקה של השוק האמריקאי היא שהשוק האמריקאי חווה את הירידה הגדולה ביותר בשנת 2019, עם ירידה של 23.7%, שהייתה גבוהה ב-11.7 נקודות האחוז מהעולם; גם יפן ירדה ב-10.0%; אירופה, סין ואזורים אחרים ירדו ב-7.4%, 9.3% ו-8.8% בהתאמה.

יישומים כמו הוראה משרדית והוראה מרחוק, שנפגעו מהמגפה, התפוצצו במהירות, מה שהוביל להתאוששות מהירה של מוצרי תקשורת ומחשבים בשוק ההמשך. בשנת 2020, תקשורת ומחשבים עדיין מהווים את השימוש הגדול ביותר של מוליכים למחצה בעולם, עם נתח שוק שהגיע ל-33.5% ו-29.1% בהתאמה. בזכות הפופולריות של יישומי 4G ו-5G, נתח השוק של שבבי התקשורת גדל מ-22.2% בשנת 2010 ל-33.5% בשנת 2020. במקביל, נתח השוק של מחשבים אישיים ממשיך להיות עקוף על ידי מוצרים אלקטרוניים מתפתחים כמו סמארטפונים וטאבלטים, כאשר נתח השוק ירד מ-40.9% בשנת 2010 ל-29.1% בשנת 2019.

התחרות בשוק הופכת עזה יותר ויותר

עבור שוק המוליכים למחצה העולמי, 2020 היא שנה ראויה לתשומת לב. השבב החדש של 2 ננומטר שפותח על ידי IBM מושך את העין. השבב בנוי באמצעות טרנזיסטורים מוערמים של ננו-גיליונות, המכונים טרנזיסטורים GAA. בהשוואה לטרנזיסטורי 7 ננומטר המתקדמים ביותר של ימינו, השבב ישיג שיפור ביצועים של 45% או הפחתה של 75% בצריכת האנרגיה. IBM מסרה כי שימוש בטכנולוגיית 2 ננומטר יכול להכיל עד 50 מיליארד טרנזיסטורים בשבב בגודל ציפורן.

מצב ההכנסות של חברות מוליכים למחצה הוא גם מוקד העניין של התעשייה. מבין עשר חברות המוליכים למחצה המובילות בעולם בשנת 2020, 6 הן חברות אמריקאיות. מבחינת סך ההכנסות, 6 חברות בארצות הברית היוו 59.2% מהשווי הכולל של עשר החברות המובילות, ו-2 חברות בדרום קוריאה היוו 32.4% מהשווי הכולל של עשר החברות המובילות.

מנקודת מבט של שרשרת התעשייה, בין עשר חברות המוליכים למחצה המובילות בעולם בשנת 2020, ישנן 6 חברות IDM עם הכנסות מכירות כוללות של 197.09 מיליארד דולר, המהוות 78.3% מכלל המכירות של עשר החברות המובילות; ישנן 4 חברות עיצוב עם הכנסות מכירות כוללות של 54.70 מיליארד דולר, המהוות 21.7% מכלל המכירות של עשר החברות המובילות.

בשנת 2020, אינטל המשיכה להוביל את העולם בהכנסות בקרב חברות מוליכים למחצה. עם הכנסות השנה, אינטל המשיכה לשמור על מעמדה כספקית המוליכים למחצה הגדולה בעולם, עם הכנסות של 70.244 מיליארד דולר ממוצרי מוליכים למחצה, עלייה שנתית של 3.7%. צמיחה זו נבעה מצמיחה בעסקי הליבה שלה בתחום המעבדים של לקוחות ושרתים. מבין עשר חברות המוליכים למחצה המובילות בעולם בשנת 2020, MediaTek רשמה את העלייה הגדולה ביותר משנה לשנה, אחריה Nvidia ו-Qualcomm. Texas Instruments הייתה החברה היחידה שחוותה ירידה בהכנסות.

השנה, בהתבוננות בהוצאות המו"פ העולמיות של מוליכים למחצה, הוצאות ההשקעה במו"פ של עשר חברות המוליכים למחצה המובילות גדלו ב-11%, והסתכמו ב-43.5 מיליארד דולר, המהוות 64% מסך התעשייה. ממצא זה מראה כי ריכוזיות החברות המובילות בשוק גדלה עוד יותר והתחרות בשוק הפכה עזה יותר.

במחצית השנייה של 2020, התרחשו חמישה מיזוגים ורכישות גדולים ויותר מעשרה מיזוגים ורכישות קטנים יותר בתחום המוליכים למחצה העולמי, בסכום שיא של 118 מיליארד דולר. שנת 2020 הפכה אפוא לשנה עם נפח העסקאות הגדול ביותר בהיסטוריה של מיזוגים ורכישות של מוליכים למחצה. עם זאת, המיזוגים והרכישות הנ"ל טרם השלימו את מלוא תהליך העסקה והאישור. העלייה החדה בכמות המיזוגים והרכישות בתעשיית המוליכים למחצה העולמית נובעת בעיקר מהבריתות החזקות בין יצרניות ענק בתחומים שונים.

בעבר, יצרנית השבבים האנלוגיים ADI הודיעה כי תרכוש את חברת האותות האנלוגיים/היברידיים Maxim Integrated Products תמורת 21 מיליארד דולר; ענקית כרטיסי המסך Nvidia הודיעה בספטמבר 2020 כי תרכוש את ספקית פרוטוקולי ארכיטקטורת המעבדים Arm תמורת 40 מיליארד דולר. לפני כן, Arm נשלטה על ידי SoftBank היפנית. בנוסף, אינטל האמריקאית הודיעה כי תמכור את עסקי זיכרונות הפלאש NAND שלה ואת מפעל פרוסות ה-300 מ"מ הפועל בסין ל-SK Hynix הדרום קוריאנית תמורת 9 מיליארד דולר; AMD האמריקאית הודיעה ב-29 באוקטובר 2020 כי תרכוש אותה תמורת כ-35 מיליארד דולר. ספקית ה-FPGA Xilinx, העסקה צפויה להסתיים עד סוף 2021; באותו יום, Marvell Electronics Marvell הודיעה כי תרכוש את ספקית השבבים מעמק הסיליקון Inphi תמורת 10 מיליארד דולר במזומן ובמניות. עסקה זו תושלם גם היא במחצית השנייה של 2021. העסקה הנ"ל טרם הושלמה ועדיין נמצאת בבדיקה על ידי הרשויות הרגולטוריות הרלוונטיות.

טכנולוגיות משבשות בעידן שלאחר מור

אינטגרציה הטרוגנית היא טכנולוגיית פיתוח אופיינית בעידן שלאחר מור. טכנולוגיה זו מיושמת בתחום האריזות. אם הביקוש נענה, ניתן להשתמש בטכנולוגיית שבבים (chiplet) כדי להפעיל את פונקציית השבב במהירות וביעילות. לשימוש בטכנולוגיה זו יש גם יתרונות של קושי עיצוב נמוך, ייצור נוח ועלות נמוכה.

כיוון זה אפשר לפיתוח שבבים לעבור מחתירה עיוורת להפחתת צריכת חשמל ושיפור ביצועים לעמידה פרגמטית יותר בדרישות השוק. לחברות רבות יש תוכניות ל"חלקיקי ליבה". לדוגמה, אינטל השיקה את טכנולוגיית Foveros שיכולה לארוז שבבי לוגיקה ושבבי זיכרון בתלת מימד; TSMC השיקה טכנולוגיית SoIC מרובת שבבים שיכולה להשיג קשירת פרוסה לפרוסה. במקביל, טכנולוגיה זו היא גם טכנולוגיית פיתוח מרכזית עבור תעשיית המוליכים למחצה של סין בעידן שלאחר מור.

מיקרו-בקרים בעלי ארכיטקטורת RISC-V יביאו שינויים במבנה שוק המיקרו-בקרים. RISC-V מבוסס על רישיון BSD סטנדרטי, המאפשר לך להשתמש בחופשיות ובחופשיות במעבד העיצובי, לפתח ולהוסיף סט הוראות מורחב משלך, ולבחור האם לשחרר לציבור, למכור באופן מסחרי או להחליף הסכמי רישיון אחרים, או להשתמש בו בקוד סגור לחלוטין. RISC-V מתאים כיום ביותר עבור AIoT וצפוי להתחרות במעבדי ארכיטקטורת ARM וליצור מערכת אקולוגית של RISC-V בסין, ו-MCU הוא אחד מתחומי היישום הטובים ביותר עבור RISC-V. עם יתרונות הקוד הפתוח, צריכת החשמל הנמוכה והעלות הנמוכה, מיקרו-בקרים בעלי ארכיטקטורת RISC-V ישפיעו על מיקרו-בקרים בעלי ארכיטקטורת ARM ויביאו שינויים חדשים לשוק.

שבבים פוטוניים עשויים להפוך למסלול חדש לפיתוח שבבים. שבבים פוטוניים הם שבבים המשתמשים באותות אופטיים לרכישת נתונים, שידור, חישוב, אחסון ותצוגה. כיום, שבבים פוטוניים משמשים בתקשורת אופטית, במיוחד על ידי בניית תשתית מרכזי נתונים. פוטוניקה של סיליקון משמשת לשילוב רכיבים אופטיים על גבי שבבי סיליקון כדי לנצל את העלות הנמוכה, יכולת ההרחבה וקלות הייצור וההרכבה של התקני CMOS. בהשוואה למעגלים משולבים המונעים אלקטרונית, לשבבים פוטוניים יש מאפיינים של מהירות גבוהה במיוחד וצריכת חשמל נמוכה במיוחד. תיאורטית, ניתן לווסת את קנה המידה של שבבים פוטוניים, ומאפייני האור מתאימים מטבעם לחישוב ליניארי, כולל חישוב מקבילי בצפיפות גבוהה. עם ההתפתחות המהירה של בינה מלאכותית, לאפקט הכפל המטריצות של שבבים פוטוניים יש הזדמנות להיות טוב פי מאות או אלפי מהשבבים האלקטרוניים הקיימים, מה שמושך את האקדמיה והתעשייה למהר ולחקור את ההזדמנויות שמביא חישוב פוטוני.

מושפעת ממגמת "נייטרליות פחמן", תעשיית המוליכים למחצה מהדור השלישי, שיכולה לשפר את יעילות המרת האנרגיה, מאיצה את הפיתוח. ככל שהשפעת מגפת הקורונה פוחתת בהדרגה, התייצב הביקוש לרכיבים הנדרשים להמרת אנרגיה תעשייתית, כגון ממירים וממירי תדרים, כמו גם תחנות בסיס לתקשורת. ככל שממירי הרכב החשמלי של טסלה מודל 3 עוברים בהדרגה לתהליכי ייצור רכיבי SiC (סיליקון קרביד), מוליכים למחצה מהדור השלישי משכו בהדרגה יותר תשומת לב בשוק הרכב.

מוליכים למחצה מהדור השלישי, המיוצגים על ידי גליום ניטריד (GaN) וסיליקון קרביד (SiC), נהנים מיתרונות של עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות במתח גבוה, תדר גבוה והספק גבוה. בהשוואה להתקני סיליקון, הם יכולים להפחית את אובדן האנרגיה ביותר מ-50% ולהפחית את נפח הציוד ביותר מ-75%. הם מהווים כיוון פיתוח חשוב המסייע לחיסכון באנרגיה ולהפחתת פליטות, ולהשגת המטרה של "נייטרליות פחמן". כיום, טווח ההגעה של מוליכים למחצה מהדור השלישי התרחב לתחומים מרכזיים רבים כמו מרכזי נתונים וכלי רכב לאנרגיה חדשים. כל תעשיית המוליכים למחצה מהדור השלישי משתפרת וצפויה להפוך לעמוד התווך של הכלכלה הירוקה.

הצהרת אחריות: מאמר זה הודפס מחדש מ"China Electronic News". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר ואינו מייצג את דעותיה של Sacco Micro והתעשייה. הוא מודפס מחדש ומשותף אך ורק לתמיכה בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור המקורי ואת המחבר לצורך הדפסה חוזרת. במקרה של הפרה כלשהי, אנא צרו עמנו קשר כדי למחוק אותה.

מספר טלפון של החברה: 86-0755-83044319+
פקס/פקס: 86-0755-83975897+
דוא"ל: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 מנהל לי

QQ: 332496225 מנהל Qiu

כתובת: חדר 809, בניין C, בניין הטכנולוגיה ז'אנטאו, שדרת מינגז'י מס' 1079, רובע לונגהואה החדש, שנזן