Электронные компоненты. Дистрибьюция и сервисы с 1993 г
№4 / 2017 / статья 2

Полупроводниковая отрасль в 2016 году: беспилотные электромобили, связь 5G и дорогая память

Алексей Васильев (г. Москва)

Отраслевой аналитик и независимый журналист, бывший редактор журнала «Магазин Свет», представляет свой взгляд на основные итоги развития полупроводниковой отрасли в прошедшем 2016 году и на ее дальнейшие перспективы.

Происходящие сейчас перемены, характеризующиеся переходом к новому, так называемому «четвертому технологическому укладу», немыслимы без развития полупроводниковой отрасли. По данным Американской ассоциации полупроводниковой промышленности (Semiconductor Industry Association, SIA), в 2016 году объем продаж полупроводниковых приборов в мире достиг $338,9 млрд, что является историческим максимумом. По сравнению с 2015 годом рост не очень впечатляющий – всего 1,1%, но не будем забывать, что в настоящее время мировая экономика испытывает определенные трудности. Наличие хоть небольшого роста в какой-нибудь отрасли – уже само по себе положительное явление, тем более, что изначально на 2016 год прогнозировалось снижение продаж полупроводников. Гораздо важнее, что в 2016 году прошли важные структурные изменения в отрасли, которые окажут влияние на ее развитие в последующие годы.

Стремление к специализации

Современное полупроводниковое производство настолько сложное, что управлять им в рамках многопрофильного холдинга становится практически невозможно. Вот почему современной тенденцией становится выделение компаний, производящих полупроводниковые приборы, в отдельный бизнес.

2016 год ознаменовался продажей принадлежащего немецкой компании Semikron пакета из 51% акций компании Compact Dynamics, производящей электрические моторы, известному поставщику автомобильных и индустриальных комплектующих – Schaeffler. Это позволит Schaeffler укрепить позиции на рынке комплектующих для электромобилей. Тем не менее, в собственности Semikron еще остается 49% акций Compact Dynamics. Одновременно Semikron и Schaeffler заключили партнерское соглашение, открывающее более широкие перспективы для использования мощных полупроводниковых устройств Semikron в электромобилях.

Известный японский производитель электроники Omron когда-то имел в своем составе подразделение Omron Oilfield and Marine, имеющее лидирующие позиции на таком специфическом рынке как поставки инвертеров для буровых установок в Северной Америке. В 2016 году это подразделение было продано компании Schlumberger, для которой данный бизнес является профильным.

Иногда стремление избавиться от какого-либо подразделения связано с устареванием технологии. Например, в 2016 году завершился процесс передачи завода Renesas Electronic в японском городе Цуруоке компании TDK. Данный завод производил чипы по устаревшей технологии, использующей пластины диаметром 5 дюймов (7,5 см). Если бы Renesas Electronics не передала завод в собственность TDK, его бы просто закрыли. TDK впоследствии на этой площадке развернет производство по более современным технологиям, а Renesas Electronics, освободившись от данной обузы, смогла еще сильнее сфокусироваться на решениях для беспилотных автомобилей.

Компания TSMC продала в 2016 году 5,1% акций Xintec. Это уже вторая продажа акций данной компании, после нее у TSMC остается 41% акций. TSMC заверила акционеров, что больше акции Xintec продаваться ею не будут. Компания Xintec знаменита своей технологией 3D-корпусирования, позволяющей корпусировать чипы одновременно на всей пластине. Причины, побудившие TSMC продать часть акций близкой по профилю компании, официально не разглашается, но можно предположить, что это как-то связано с амбициозными планами по развитию основного бизнеса. К 2018 году TSMC планирует запустить производство чипов по технологии 16 мкм на пластинах диаметром 12 дюймов (30,5 см). Под этот проект в 2016 году удалось договориться с правительством китайской провинции Наньин о получении инвестиций в размере $3 млрд.

Тем временем конкуренты не дремлют, и в октябре 2016 года компания Samsung Electronics начала производство чипов по 10 нм-процессу, а в ноябре представила широкой публике кремниевую подложку для процесса 7 нм. Так что технологические прорывы по-прежнему возможны и в условиях гигантских многопрофильных холдингов. Кстати, в 2016 году Samsung Electronics отличился не только в производстве, но и в потреблении, став самым большим потребителем полупроводниковых компонентов. В 2015 году эта компания занимала второе место, а первое с небольшим отрывом принадлежало Apple.

Слияния и поглощения по-прежнему актуальны

Рис. 1. Компания Quallcom знаменита в первую очередь своими процессорами для мобильных устройств

Рис. 1. Компания Qualcom знаменита в первую очередь своими процессорами для мобильных устройств

Тем не менее, в полупроводниковой отрасли продолжают проходить слияния и поглощения. Настоящей «сделкой года» стала покупка Qualcom компании NXP Semiconductors, – производителя полупроводников, некогда выделившегося из Philips, – за $47 млрд. Бренд Qualcom известен даже людям, далеким от полупроводниковой промышленности. Эта компания – мировой лидер в производстве процессоров для мобильных устройств (рисунок 1). У NXP Semiconductors очень сильные позиции в области создания микроконтроллеров, чипов для средств безопасности, автомобильной электроники, сетевых технологий и беспроводного электропитания. C коммерческой точки зрения у NXP Semiconductors есть интересные каналы прямых продаж. От сделки ожидается мощный синергический эффект, позволяющий получить прочные позиции на новых рынках. Ожидается, что годовая выручка объединенной компании на первых порах составит не менее $30 млрд.

Американская компания Avago Technologies продолжила стратегию покупки производителей чипов. До 2015 года эта компания, уже поглотившая к тому времени ряд серьезных игроков рынка, специализировалась на выпуске всевозможных чипов и OEM-модулей для производителей средств связи. В феврале 2016 года завершился процесс приобретения данной компанией известного производителя чипов для средств связи – Broadcom Corporation. Получившаяся в итоге компания была названа Broadcom Limited. Ожидается, что конгломерат станет седьмым по размеру производителем полупроводниковых приборов в мире с годовым оборотом порядка $15 млрд.

Возможно, не столь впечатляющей по сумме на фоне ранее описанных оказалась сделка по приобретению в 2016 году компанией ON Semiconductor производителя полупроводниковых приборов Fairchild Semiconductor за $2,4 млрд. Но, вдумайтесь, какие имена в ней фигурируют! ON Semiconductor – это бывшее полупроводниковое отделение Motorola, отделившееся от материнской компании в 1999 году. До сих пор ON Semiconductor производит широкий ассортимент микросхем под легендарным брендом Motorola. ON Semiconductor имеет сильные позиции во многих сегментах рынка, но наиболее известны ее сигнальные процессоры. Кроме этого, ON Semicoductor владеет уникальной технологией, позволяющей создавать в одном полупроводниковом кристалле как мощный цифровой процессор, так и сложные аналоговые узлы устройства.

Рис. 2. MOSFET-транзистор для использования в электромобилях

Рис. 2. MOSFET-транзистор для использования в электромобилях

Компания Fairchild Semiconductor, созданная еще в 1957 году в рамках многопрофильной промышленной группы – признанный первопроходец полупроводниковой промышленности. Это – первый кремниевый транзистор (до Fairchild Semiconductor транзисторы делали только из германия, поэтому их параметры сильно зависели от температуры), первая микросхема операционного усилителя. Также это – впервые в мировой практике – разработка и реализация производства твердотельных микросхем и MOSFET-транзисторов (рисунок 2). На протяжении своей истории компания не раз меняла владельцев.

В номенклатуре Fairchild Semiconductor и сейчас есть немало уникальных технологий. Для компании ON Semiconductor, активно действующей сейчас на рынке автомобильной электроники, возможно, наибольший интерес представляют датчики движения и мощные MOSFET-транзисторы. Объединение двух компаний должно дать огромный импульс производству беспилотных электромобилей.

Рис. 3. Беспилотные автомобили могут стать локомотивом, который поведет электронную промышлен- ность к светлому будущему

Рис. 3. Беспилотные автомобили могут стать локомотивом, который поведет электронную промышленность к светлому будущему

Представим себе автомобиль (рисунок 3), в котором установлены чипы от объединенной компании. Информация, поступающая от датчиков, разработанных Fairchild Semiconductor, а также производимых ON Semiconductor КМОП-матриц обрабатывается сигнальными процессорами ON Semiconductor, а затем поступает на центральный процессор автомобиля (от стороннего производителя). Процессор отдает команды, передаваемые на MOSFET-транзисторы, переключающие силовые электрические цепи автомобиля. Впрочем, можно указать и на другой аспект сделки. Ранее Fairchild Semiconductor активно сотрудничал с Infineon в деле создания MOSFET-транзисторов, теперь такого сотрудничества с конкурентом ON Semiconductor уже не будет.

Интересом к рынку автомобильных комплектующих можно объяснить и действия Analog Devices в 2016 году. Важной вехой в развитии как самой компании, так и рынка в целом, стал поглощение компании Linear Technolоgies. Сделка оценивается в $30 млрд, часть из которых оплачена путем обмена акций. В портфеле компании Linear Technologies есть много интересных технологий, в том числе – и конкурирующих с технологиями Analog Devices. Но главное, ради чего стоило покупать компанию – ее уникальные разработки в области силовой электроники, которые найдут свое применение в электромобилях. А ближе к концу года Analog Devices прикупила еще и Vescent Photonics – компанию, известную своими лазерными радарами, которые весьма перспективны для использования в беспилотных автомобилях.

В 2016 году на рынке впервые появились слухи, что Intel может купить Qualcom. Возможно, не всю компанию, а ту ее часть, которая производит чипы для Apple. Если это произойдет, то Intel будет занимать такую же доминирующую роль на рынке процессоров для мобильных устройств, какую она занимала на рынке процессоров для десктопов в 90-е годы. Тем не менее, даже в условиях продолжающейся острой конкурентной борьбы на рынке решений для мобильных устройств, Intel в четвертом квартале 2016 года продемонстрировала рекордную для себя выручку в $16,4 млрд, причем рост по сравнению с аналогичным периодом предыдущего года составил 10%.

В ожидании 5G

Помимо революционных изменений в автомобильной индустрии, к переменам полупроводниковую отрасль подталкивает ожидаемое уже в ближайшем будущем внедрение сетей мобильной связи стандарта 5G. Скорость передачи данных в таких сетях может достигать 25 Гбит/с. Пока единый международный стандарт не выработан, но в июне 2015 года Международный союз электросвязи уже дал отмашку, выпустив план развития технологии 5G и дав ей рабочее название IMT-2020. В итоге весь 2016 год прошел для полупроводниковой промышленности под знаком 5G. Свои чипы для 5G представили Broadcom, Intel, Qorvo, Qualcomm, Samsung и некоторые другие компании.

В феврале 2016 года на Mobile World Congress в Барселоне компании NXP Semiconductors и Bell Labs (приобретенная в 2016 году в рамках сделки по поглощению компанией Alcatel Lucent) продемонстрировали модем, объединяющий в одном устройстве кабельный доступ, DSL, LTE и 5G. В нем используется специально разработанный NXP Semiconductors чип AFD4400 для систем мобильной связи пятого поколения, включающий в себя 11 сигнальных и один ARM-процессор.

Переход на нитрид галлия

Рис. 4. Особое строение кристаллической решетки нитрида галлия обусловило его свойства, полез- ные для электронной промышленности

Рис. 4. Особое строение кристаллической решетки нитрида галлия обусловило его свойства, полезные для электронной промышленности

Ожидается, что благодаря повсеместному распространению 5G нитрид галлия потеснит кремний в качестве основного материала для изготовления чипов (рисунок 4). Ранее GaN использовался, в основном, для светодиодов. Микросхемы на основе данных полупроводников изготавливались небольшими партиями, главным образом – для устройств специального назначения. Теперь же GaN выходит на массовый рынок, спрос будет стимулировать рост производства электромобилей и мощных дата-центров. Ведь, помимо возможности изготавливать приборы, работающие на более высоких частотах, чем кремниевая электроника, GaN позволяет производить мощные полупроводниковые переключатели. Их преимуществом является очень маленькое сопротивление в замкнутом состоянии, а также малое время переключения, что снижает потери в системе электропитания.

Не следует сбрасывать со счетов и обострение международной обстановки, что повлекло рост спроса на оборудование для военных, в том числе и радиолокаторы, военные средства наземной и спутниковой связи. Во всех этих применениях широко используются транзисторы, диоды и микросхемы из нитрида галлия.

Наиболее яркий пример конверсии технологий – выход британской компании Dialog Semiconductor на рынок электроники для массового применения с GaN-микросхемой DA8801, предназначенной для использования в блоках питания. Чип производится по технологии, разработанной тайваньской компанией TSMC. Микросхему предполагается использовать не в радарах или электромобилях, а в более обыденных устройствах, таких как электрический привод ворот в гараже или ускоренная зарядка для мобильника. Благодаря использованию GaN (технология GaN-on-Si) потери мощности в блоке питания уменьшаются вдвое. В итоге блок питания на основе микросхемы DA8801 имеет КПД до 94%. Благодаря этому уменьшается рассеиваемая мощность, и блок питания можно сделать компактнее. Например, блок питания мощностью 40 Вт на GaN-чипе без проблем размещается о объеме, который занимает 25-ваттный блок питания на кремниевой элементой базе.

Рис. 5. Драйвер для мощного GaN-транзистора Panasonic X-GaN

Рис. 5. Драйвер для мощного GaN-транзистора Panasonic X-GaN

Panasonic в 2016 году начал продажи мощного GaN-транзистора X-GaN для использования в инверторах и системах возобновляемой энергетики. В зависимости от модификации сопротивление открытого канала такого транзистора составляет 70 или 190 мОм. GaN-транзистор требует для управления наличия специального драйвера (рисунок 5). В ноябре 2016 года начат выпуск чипа драйвера AN34092B. Получившееся решение позволяет переключать цепи под напряжением до 600 В на частоте до 4 МГц.

До недавнего времени основной технологией для массового производства GaN-электроники была технология GaN-on-Si. Структуры из GaN выращивались на кремниевой подложке. Теплопроводность кремниевой подложки ограничивала параметры мощных GaN-устройств. Наиболее полно раскрыть возможности GaN-электроники позволит технология GaN-on-Diamond, которую с 2016 года стала развивать южнокорейская компания RFHIC Corporation. Суть этой технологии заключается в выращивании структуры из GaN не на кремниевой, а на алмазной основе. Плотность электрической мощности в транзисторе при использовании данной технологии можно увеличить до 3 раз по сравнению с GaN-on-Si. Открываются возможности по созданию одиночного транзистора, способного коммутировать мощность до 1 кВт! Планируется выпускать в том числе мощные транзисторы, которые заменят магнетроны в промышленных, а может быть, и в бытовых микроволновых печах.

Алмазная основа позволяет также расширить частотный диапазон мощных полупроводниковых приборов. RFHIC Corporation планирует уже в 2018 году выпустить на рынок линейку продуктов, способных работать на частотах до 40 ГГц.

Можно сказать, что мы стоим на пороге новой революции в полупроводниковой индустрии. Transparency Market Research прогнозирует, что среднегодовой рост рынка GaN-компонентов с учетом сложного процента (CAGR) за 2016…2024 года составит 17%. Ожидается, что к 2024 году объем этого рынка превысит $3,4 млрд.

Вкусный и здоровый бизнес

Ведущие производители светодиодов из стран «старого света», такие как Cree, Osram и Luxeon, оказались в 2016 году под мощным ценовым давлением со стороны китайских компаний. Причем качество китайских светодиодов неуклонно росло, а светоотдача оказывалась подчас выше, чем у некоторых американских и европейских производителей. Сильная сторона компаний «старого света» – наличие серьезных разработок. Но какая высокая наука нужна для офисного светильника и потолков «армстронг»?

Рис. 6. Основные усилия американских и европейских производителей светодиодов направлены на выпуск продукции для сельского хозяйства

Рис. 6. Основные усилия американских и европейских производителей светодиодов направлены на выпуск продукции для сельского хозяйства

Решить проблему европейские и американские компании пытаются производством светодиодов для агротехнических и медицинских применений (рисунок 6). Например, компания Cree начала выпуск мощных светодиодов глубокого красного цвета, стимулирующих набирание массы растениями. Luxeon в 2016 году представил две модели светодиодов для агрокультуры: SunPlus 20 и SunPlus 35. Они отличаются оптимизированным спектром, стимулирующим рост растений и получение плодов с насыщенным вкусом.

Компания Osram Opto создала инфракрасный светодиод SFH 4735 со спектром излучения 650…1050 нм. На основе этого светодиода планируется создавать миниатюрные анализаторы качества продуктов питания, основанные на спектроскопии. Устройство размером с USB-флешку будет использоваться совместно со смартфоном для повседневного контроля качества еды.

Vishay Intertechnology выпустила ультрафиолетовый светодиод с длиной волны 365 нм, мощность излучения которого достигает 945 мВт. Предполагается, что он заменит ртутные лампы, которые сейчас используются в медицине для создания мощного ультрафиолетового излучения. Светодиод имеет встроенную силиконовую линзу, что упрощает его использование в медицинской аппаратуре.

Разочарования года или нет худа без добра

Следует отметить, что рост мирового рынка полупроводниковой продукции происходил в основном за счет таких стран как Китай (крупнейший рынок полупроводников по итогам 2016 года, рост на 9,2%), Япония (рост 3,8%, несмотря на длительный экономический застой в стране) и стран Азиатско-Тихоокеанского региона (прибавка в 1,6%). В то же время, согласно данным SIA, Европа и США «просели» на 4,5%. Косвенно это означает, что попытки правительств стран «старого света» стимулировать возврат туда высокотехнологичных производств из Юго-Восточной Азии, которые предпринимаются с 2008 года, пока не дали ожидаемых результатов.

Продолжили в 2016 году ухудшаться дела у группы компаний Toshiba. Основная причина – бедственное положение дочерней компании в США, занимающейся ядерной энергетикой. Тем не менее, ситуация косвенно ударила и по полупроводниковому бизнесу Toshiba. В начале 2017 он был выставлен на продажу.

Рис. 7. Аналитики еще в начале года прогнозировали обвальное падение цен на память DRAM, но в итоге цены резко пошли вверх

Рис. 7. Аналитики еще в начале года прогнозировали обвальное падение цен на память DRAM, но в итоге цены резко пошли вверх

Неприятным сюрпризом для потребителей электроники стал рост цен на чипы памяти DRAM, начавшийся с июля 2016 году. Например, в октябре средняя цена на плату DDR4 2×8 Гбайт (рисунок 7) выросла сразу с $70 до $75. Некоторые контракты на поставку чипов памяти, заключенные в конце 2016 года, вообще предусматривают увеличение цены на 30%. И это при том, что еще в начале 2016 года предсказывалось падение цен на DRAM аж на 20% по итогам года. Причины связаны со значительным ростом спроса на память, который не смогли (или не захотели?) отследить производители, уже привыкшие к затовариванию и падению цен на продукцию.

Но, как говорится, нет худа без добра. После неприятной истории с Samsung Galaxy Note 7 (рисунок 8), южнокорейская компания столкнулась с серьезными проблемами. Но по итогам четвертого квартала 2016 года Samsung Electronics все же показала неплохую прибыль. Дело в том, что эта компания является крупным производителем чипов DRAM, и рост цен позволил ей получить дополнительную прибыль, компенсировавшую убытки из-за самовоспламенявшихся мобильных устройств.

Рис. 8. Выгода от роста цен на память оказалась столь велика, что позволила Samsung компенсировать потери от неприятных событий вокруг смартфона Galaxy Note 7

Рис. 8. Выгода от роста цен на память оказалась столь велика, что позволила компании Samsung компенсировать потери от неприятных событий вокруг смартфона Galaxy Note 7

Другим «бенефициаром» роста цен на DRAM стала компания Micron Technology. Если в третьем квартале она показала чистый убыток в $170 млн, то уже в четвертом квартале – чистую прибыль в $471 млн. Основной причиной убытков стало сокращение рынка Flash-памяти, которое потом с лихвой было компенсировано ростом цен на DRAM.

Предполагается, что таким же образом, но уже на глобальном уровне, рост цен на DRAM “спасет” всю полупроводниковую индустрию, обеспечив хорошие показатели и в 2017 году. Но это будет непросто, поскольку в 2017 году электронную промышленность ожидает спад, вызванный замедлением темпов экономического роста в Китае. Другой серьезной проблемой стала неопределенность позиции новой администрации США в вопросах развития альтернативной энергетики.

Прогнозы на будущее

В фокусе 2017 года в полупроводниковой индустрии будет Интернет вещей (IoT). Для нового направления будут создаваться чипы, включающие в себя как процессоры, так и основные элементы сетей связи. Важным моментом станет уменьшение энергопотребления таких чипов, в чем поможет переход на GaN. Малое энергопотребление означает возможность использования автономного питания, что позволит включать в глобальную сеть самые разнообразные предметы. Создание инфраструктуры для беспилотных автомобилей также потребует развития Интернета вещей. Важный шаг на пути в этом направлении сделала компания STMicroelectronics, купившая в 2016 году AMS – компанию, производящую устройства для технологий коммуникаций ближнего действия NFC и RFID. Одновременно STMicroelectronics представила линейку продуктов с пониженным энергопотреблением.

Новый стандарт мобильной связи 5G потребует не только создания новых коммуникационных чипов, но и переработки всех элементов мобильного устройства, так как увеличивать скорость передачи данных есть смысл только в том случае, когда будет обеспечиваться принципиально новое качество связи, а также новые функции. Придется создавать дисплеи более высокого разрешения и контроллеры для них, видеокамеры более высокого разрешения. Возможно, 5G-устройства будут передавать не только видео и звук, но и информацию другого рода, например, тактильные ощущения. Это требует разработки абсолютно новых чипов, что станет в 2017 году актуальной задачей. В частности, потребуются сигнальные процессоры с принципиально новым уровнем производительности.

Единственное препятствие, которое может возникнуть на пути создания 5G-чипов для массового промышленного производства – отсутствие на данный момент утвержденного международного стандарта. Без этого инвестиции в отрасль не пойдут. Всем еще памятны события по внедрению сетей 4G, когда крупнейшие компании по производству полупроводниковых чипов сделали ставку на WiMax, но в итоге возобладала точка зрения связистов, для которых более удобным оказался стандарт LTE.

Развитие силовой электроники в ближайшие годы будет проходить под знаком создания и внедрения диодов, транзисторов и микросхем на основе GaN. Такие транзисторы могут использоваться как в электромобилях, так и в инфраструктуре для их быстрой зарядки.

А вот иных изменений технологических основ производства полупроводниковых приборов, кроме как широкого перехода на GaN, ожидать в ближайшие год-два не стоит. Многообещающие технологии вроде графеновой электроники или углеродных нанотрубок пока остаются в стенах лабораторий, до внедрения их в производство еще очень далеко.

Infineon_CoolMOS_02_17

Наличие на складах
Наименование Наличие Цена
SFH4713A (OSRAM) 1 349 1.8235 $ 107.23 руб. от 600 шт
SFH4780S (OSRAM) 0
SFH4770S (OSRAM) 0
SFH4726S (OSRAM) 0
SFH4725S (OSRAM) 0
SFH4725AS (OSRAM) 0
SFH4716AS (OSRAM) 0
SFH4715S-DB (OSRAM) 0
SFH4715S (OSRAM) 0
SFH4715A (OSRAM) 0