От ускорения темпа жизни - к улучшению ее качества
Автор: Рене Пеннинг де Врис, главный директор по технологиям (CTO) компании NXP 
Уже более четырех десятилетий прогресс в полупроводниковой промышленности определялся принципом роста производительности - закономерностью, получившей название "Закон Мура". Это привело к появлению чрезвычайно быстрых цифровых процессоров, увеличению скорости передачи информации, разработке микросхем памяти огромной ёмкости, что, в свою очередь, резко увеличило производительность персональных компьютеров, мобильных телефонов и других устройств, задачей которых является передача и хранение больших массивов данных.
Однако экономические реалии полупроводниковой промышленности, а также изменения в жизни современного общества меняют существующую парадигму развития индустрии полупроводников и свидетельствуют о том, что действие "Закона Мура" постепенно теряет свое определяющее значение.
На это указывают и такие факторы, как возрастающая стоимость создания микросхем типа "система на кристалле" (SoC) на основе передовой CMOS-технологии и постоянно уменьшающиеся физические размеры чипов. Более того, современному потребителю нужно нечто большее, чем просто высокопроизводительная электроника, ему нужны новые интеллектуальные товары. Так, глобальный процесс старения населения требует создания инновационного медицинского оборудования и приборов контроля качества продуктов питания. Осознание обществом актуальности проблем окружающей среды требует разработки "зеленых" решений. Возросшая мобильность населения создает потребность в инновационной электронике, которая служит делу обеспечения безопасности, помогает справиться с пробками на дорогах, предоставляет людям необходимую информацию в режиме реального времени, развлекает их и оказывает им помощь в пути.
Создание таких решений становится возможным при интеграции существующих CMOS-технологий с технологиями поколения "More-than-Moore", т.е. "больше, чем Мур". More-than-Moore - направление в микро/наноэлектронике, объектом исследований и разработок которого являются новые возможности применения традиционных технологий в полупроводниковой промышленности. На основе технологий поколения More-than-Moore создаются мультитехнологичные продукты и приложения с высокой добавленной стоимостью для потребителя, поскольку акцент делается не на производительности продукта, а на потенциале его применения в повседневной жизни. К ним можно отнести технологию объединения на одном кристалле блоков аналоговой и цифровой обработки сигнала, создание высоковольтных структур, создание структур с ультранизким энергопотреблением. Такой сдвиг в сторону мультитехнологичных решений, т.е. решений, осуществляемых посредством объединения нескольких технологий, окажет свое влияние на дальнейшее развитие методологий проектирования, моделирования, верификации, а также на развитие системной архитектуры. В конечном итоге, изменятся сегодняшние модели совместного проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (R&D), возникнут новые модели отношений участников рынка высоких технологий.
Переход от конвергенции универсальных CMOS-технологий к технологическому разнообразию открывает производителям полупроводников возможности для дифференциации и новых деловых инициатив. Так, компании, обладающие опытом разработки мультитехнологичных продуктов и известные как "локомотивы" инноваций в отрасли, имеют хорошие шансы на получение своей доли на новых развивающихся рынках.
Смена парадигмы: от роста производительности к повышению качества жизни
Производство полупроводников - относительно молодая отрасль, и так сложилось, что участники рынка изначально ориентировались на постоянное увеличение производительности выпускаемой продукции в соответствии с наблюдением Мура об удвоении числа транзисторов на кремниевой пластине каждые 18 месяцев. До настоящего времени закон Мура выполнялся, при этом рост производительности сопровождался снижением затрат на изготовление транзисторов. Это привело к тому, что предлагаемые сегодня системы на кристалле, предназначенные для потребительской электроники, могут насчитывать сотни миллионов транзисторов. Гигантский рост производительности привёл также к тому разнообразию электронных устройств, которое сейчас наблюдается повсюду.
Неужели закон Мура исчерпал себя? Ответ - нет, однако наравне с увеличением плотности размещения транзисторов на кристалле возросли и затраты на разработку процессов, обеспечивающих такую плотность. В результате самое экономически выгодное интегральное решение, доступное на рынке сегодня, не обязательно производится на основе самой малой (и самой дорогой) CMOS-технологии.
Можно провести параллель с авиацией, чтобы показать, как происходит смещение акцентов с приоритета технических характеристик на экономическую целесообразность. Спустя десятилетия гонки за скоростями революционному "Конкорду", развивавшему рекордную скорость в 2000 км/ч, все же не удалось стать новым стандартом воздушного пассажирского транспорта. Ожидалось, что способность "Конкорда" преодолеть расстояние от Парижа до Нью-Йорка за три часа установит этот новый стандарт, однако экономические соображения оказались важнее чисто технических показателей. Чрезмерный расход топлива привел к росту цены билетов до неприемлемого уровня, и "Конкорд" стал музейным экспонатом. В пассажирской авиации экономически целесообразной оказалась средняя скорость в районе 1000 км/ч - цифра, остающаяся неизменной уже многие годы.
Означало ли это конец эпохи инновационного развития авиации? Вовсе нет, просто вектор развития сместился с чистого наращивания скорости на создание добавленной стоимости для пассажиров, экипажей и авиакомпаний. Самолеты стали гораздо безопаснее, комфортнее, рентабельнее, они потребляют меньше топлива и производят меньше шума.
Таким образом, закон Мура, который десятилетиями определял технологический прогресс в полупроводниковой промышленности, сохранит свое значение лишь частично. Он будет значим лишь для массово выпускаемых чипов. Но есть вероятность того, что со временем он потеряет свою актуальность и там, когда будут достигнуты границы физических возможностей или экономической целесообразности.
Тенденции в обществе благоприятствуют подходу More-than-Moore
Существующие в обществе тенденции создают широкие рыночные перспективы тем компаниям, которые поставляют отвечающие современным требованиям интегральные схемы, направленные на решение таких задач, как экономия электроэнергии в бытовой электронике и системах освещения, создание диагностического медицинского оборудования, контроль качества продуктов питания и создание систем управления транспортными потоками.
Экономический спад не мешает росту этих рынков, поскольку инвестиции в инновационные чипы весьма выгодны. Затраты на приобретение таких продуктов зачастую легко окупаются за счет получаемой экономии электроэнергии, снижения затрат на медицинское обслуживание, уменьшения экономических потерь из-за пробок на улицах. Таким образом, инновационные микросхемы, отвечающие реальным потребностям, часто становятся самоокупаемыми.
Специализированные решения
Современные рынки требуют решений, оптимизированных под конкретные применения. Для этого необходима более интенсивная кооперация между производителями оборудования (OEM), поставщиками полупроводников и другими заинтересованными игроками.
Это, в свою очередь, будет способствовать ускоренному внедрению инновационных решений, предоставляя производителям оборудования дополнительные возможности для специализации. Сотрудничество на ранних этапах также является гарантией того, что использование в оборудовании новых микросхем не создаст никаких проблем для производителя, приведёт к сокращению времени проектирования и снижению стоимости этого этапа, а также позволит производителю выйти на рынок с новым продуктом раньше конкурентов.
Все дело в инновациях
В условиях непрерывного снижения доходности и высокой конкуренции ни одна компания-производитель полупроводниковых интегральных схем не может позволить себе инвестировать свыше 20% прибыли на проведение научно-исследовательских и проектных работ. Однако замораживание инновационных проектов в целях экономии средств не является рациональным решением.
Понимая, что инновации продолжают оставаться тем топливом, на котором работает отрасль полупроводников - и это справедливо как по отношению к современным CMOS-системам на кристалле, так и к появляющимся чипам поколения More-than-Moore, - компании сегодня вынуждены решать задачу адаптации своих инновационных стратегий к изменившимся экономическим реалиям.
Полупроводниковой отрасли потребуется выработать новый, более тонкий подход к инновациям. Они должны сойти с накатанной дороги развития CMOS-технологий. Инновации будут определяться творческими решениями, позволяющими объединить существующие и новые технологии в интеллектуальных чипах, спроектированных с учетом пожеланий конкретных заказчиков. Движению в сторону мультитехнологичных (More-than-Moore) приложений способствует то обстоятельство, что на этом пути не требуется чрезвычайных затрат на этапе проектирования, присущих современным CMOS-технологиям.
Более тонкая инновационная политика также означает, что, работая с заказчиками, можно создавать решения, специализированные для их нужд, уменьшать стоимость продуктов и сокращать время их выхода на рынок. Более тонкая инновационная политика также означает, что компаниям-производителям необходим переход к более тесному сотрудничеству c научно-исследовательскими институтами, университетами, правительственными организациями и агентствами по стандартизации.
В полупроводниковой промышленности инновации продолжают оставаться необходимой предпосылкой для достижения успеха, и в настоящее время появляются новые пути создания инновационных решений. У тех компаний, которые это понимают и отказываются участвовать в бесконечной гонке за производительностью без оглядки на финансовые и иные ограничения, есть возможность создать технологию, которая будет выгодна для них самих и принесет пользу обществу.
© @Astera
