Mellékleteink: HUP | Gamekapocs
Keres

Közel a félvezetőipar történelmének vége

Bizó Dániel, 2009. május 15. 13:41
Ez a cikk több évvel ezelőtt születetett, ezért előfordulhat, hogy a tartalma már elavult.
Frissebb anyagokat találhatsz a keresőnk segítségével:

A félvezetőipar történelmének végéhez közeledünk az Intel szerint. A világ legnagyobb árbevételű félvezetőgyártója úgy látja, néhány év múlva rajta kívül csak két versenyképes szereplő marad meg a porondon, a többiek pedig tartós technológiai és gazdaságossági hátrányba kerülnek, miután képtelenek lesznek Moore törvényét tovább teljesíteni.

Gordon Moore immár lassan fél évszázados előrejelzése, mely szerint az egy szilíciumlapkára integrálható tranzisztorok száma kétévente megduplázódik, a félvezetőipari fejlesztések mércéjévé, egyúttal irányadójává  vált. Az egyre zsugorodó geometriákat megvalósító eljárások bevezetésének üteme összhangban van Moore prognózisával -- vagyis Moore törvénye egyúttal a félvezetőipar törvényszerűsége is.

Áldás

Ez a törvényszerűség azonban áldás és átok egyszerre. Áldás, hiszen a miniatürizáció a piac számára egyet jelent az olcsó, más ipar termékeihez és a gazdasági folyamatokhoz képest rohamos sebességgel fejlődő chipekkel, melyek katalizátorként hatnak vissza azokra. Áldás az ipar számára is, és nemcsak azért, mert ez a fejlődés hatalmas, egyre növekvő keresletet stimulál, hanem mert új félvezetőgyártási technológiák az áramköri struktúrák egyre kompaktabb kialakításának köszönhetően drasztikusan olcsóbbá teszik a már jelenlévő kereslet kielégítését. Az évtizedes tendencia alapján kétévente nagyjából megfeleződik egy adott áramkör legyártásának költsége, ahogyan a tranzisztorok és összeköttetések zsugorítása révén mintegy 30-40 százalékkal kisebb szilíciumterületet foglal el, ami lényegében megduplázza a szilíciumszeletenként kinyerhető chipek mennyiségét.

Moore törvénye tehát valójában exponenciális ütemben növeli a gyártókapacitást is. Az új eljárások bevezetéséhez ugyan hatalmas kutatás-fejlesztési kiadásokra, valamint gyakorlatilag szüntelen, csillagászatinak tűnő összegeket felemésztő berendezésvásárlásokra van szükség, a végeredmény még így is összehasonlíthatatlanul tőke- és költséghatékonyabb az üzemek szilíciumfeldolgozó képességének bővítésénél vagy új gyárak építésénél.

Az elmúlt évtizedek tapasztalatai alapján az Intel szerint Moore törvénye a következő 10 év során 20 milliárd dollárt takarít meg a vállalat számára, ha az integrált tranzisztorok száma nem növekedne. Amennyiben növeljük a chipek komplexitását, vagyis kétévente megduplázzuk az alkatrészek számát, a szilíciummegmunkálási kapacitási iránti igény egyesülve exponenciális sebességgel kezd el felfelé robogni, szürreális mértékben növelve meg a költségeket. Ebben az elméleti forgatókönyvben 10 év alatt mintegy 210 milliárd dollárral több beruházást kellene végrehajtania az Intelnek, vagyis a jelenlegi évi 5-6 milliárdos tőkeberuházási igény ötszöröződne.

Mindez természetesen nélkülözi a realitásokat, hiszen a gyártástechnológia megfagyásával a chipek fejlődése a chiptervezők minden erőfeszítése ellenére is megtorpanna, az emelkedő költségek idővel emelkedő piaci árakat eredményeznének, ez a két hatás pedig a kereslet jelentős részét tüntetné el, ahogyan lelassulna az új vevők megjelenése, és a számítógépvásárlási ciklusok is elnyúlnának. Az Intel kalkulációja azonban rávilágít arra, hogy Moore törvénye mélyen meghúzódó erőként egyszerre hajtja technológiailag előre az ipart, és teszi lehetővé ezt a fejlődést gazdaságossági szempontból -- ezt a hatást szokták Moore második törvényeként emlegetni.

Átok

Moore törvénye tehát áldás a félvezetőipar számára, de csak azok számára, akik tartani tudják a lépést. Azok a vállalatok, melyek nem képesek követni a kétéves technológiaváltási ciklusokat, vagy cikluskésésben vannak versenytársaikhoz képest, átok sújtja. A tartós lemaradás egyet jelent a kevésbé fejlett chipekkel (kevesebb, lassabb tranzisztor) és a magasabb termelési költségekkel (nagyobb lapkaméret), ami kikezdi a termékek piaci versenyképességét, ezen keresztül pedig a keresletet és abból kitermelhető nyereséget.

Pénzügyi tartalékok vagy külső tőkeforrások nélkül mindez kényszerűen csökkentett félvezetőipari beruházásokhoz vezet előbb vagy utóbb, ami a versenyképesség további hosszútávú romlását eredményezi. Az Intel ezt nagyon jól megértette, és folyamatosan hatalmas befektetéseket öl a félvezetők kutatás-fejlesztésébe, valamint gyárak építésébe és korszerűsítésébe -- ez tette lehetővé számára, hogy győztesen kerüljön ki a processzorgyártók versengéséből, és mára már a hagyományosan az ARM chipek által uralt beágyazott területeket is ostrom alá tudja venni.

Mindezt természetesen a vállalatok is látják, ezért hatalmas összegeket fektetnek be gyártástechnológiai kutatás-fejlesztésekbe, továbbá üzemek létesítésébe és folyamatos modernizálásába. Moore törvényének költségei azonban a félvezetőtermékek iránti keresletnél meredekebben emelkednek, így minden egyes technológiai generációváltásnál csökken azon cégek száma, melyek képesek mindezt megtérüléssel megfinanszírozni -- a piacszerzés a túlélésért folyik, és ezeket a folyamatokat a válság csak felgyorsítja. A recesszió hatására tavaly nem növekedett, hanem 5,2 százalékkal még zsugorodott is a félvezetőpiac, és idén további dollár tízmilliárdok tűnnek el. Az iSuppli szerint 2008-ban 258,3 milliárd dolláros volt a globális piac.

Kalapok és kabátok

Ennek hatására a vállalatok sorra vonulnak ki a területről a félvezetőgyártási részleg eladásával vagy leválasztásával, és az integrált tervezés-gyártás (IDM, integrated device manufacturer) modelljétől az úgynevezett fabless, azaz a saját tervezés és a kiszervezett gyártás felé mozognak. Ennek két legutóbbi áldozata a gyártási tevékenységet arab tőke bevonásával kiszervező AMD, valamint az üzemeit a Toshibának átadó Sony. 40 évvel ezelőtt mindössze 6 millió dollárnak megfelelő összegért lehetett egy korszerű félvezetőgyárat felépíteni, addig ez az összeg az ezredfordulóra 2 milliárd dollárra, mára pedig 4 milliárd dollárra emelkedett, a cégek minden erőfeszítései ellenére is. A költségeket a litográfiai berendezések cseréje mellett robbanásszerűen megdobta a termelést gazdaságosabbá tevő nagyobb szilíciumszeletek tízévenkénti bevezetése is.

Az Intel lényegében azt állítja, a félvezetőipari versengés véget ért, a bajnokság eldőlt, és az elitklub mindössze három tagot számlál. Ezek egyike magától értetőd módon az Intel, mely toronymagasan a legnagyobb árbevételű félvezetőgyártó, forgalma kétszerese a második Samsung Electronicsénak, mely a világ legnagyobb memóriagyártója. Míg a 130 nanométeres csíkszélességű generációban további IDM-ek tucatjai képviseltették magukat, addig a 32 nanométeres generációban már mindössze három másik vállalat tud versenyképes maradni, történetesen az IBM, a Toshiba és az STMicroelectronics, a 22 nanométerre történő váltáskor azonban már csak az Intel és a Samsung biztos szereplők, vélik a processzorgyártónál.

Az elitklub  harmadik tagja pedig az ipari átrendeződésnek köszöhetően nem egy IDM, hanem egy foundry, vagyis szerződéses bérgyártó. A tajvani TSMC, vagyis a Taiwan Semiconductor Manufacturing Company a világ legnagyobb foundryja, hatalmas szilíciummegmunkálási kapacitásokkal, diverzifikált technológiai portfólióval. A TSMC rengeteg ügyféllel rendelkezik, köztük az NVIDIA, az AMD (ATI Radeon) a Sony, de még az Intel is megtalálható. Az Intel úgy látja, kizárólag ez a három cég költ eleget annak érdekében, hogy az élen járjon: a legnagyobb 20 gyártó beruházásainak felét a triumvirátus adja. Nem véletlen, hogy a processzorgyártó a Samsunggal és a TSMC-vel közösen dolgozza ki a 450 milliméteres szilíciumszeletek bevezetését, melyet 2012-re datálnak az érdekeltek.

Amint ezt meglépik az érdekeltek, úgy végérvényesen leszakítják magukról versenytársaikat, melyek képtelenek lesznek követni őket az átálláshoz szükséges dollármilliárdos beruházások miatt, így termelési költséghátrányba kerülnek. Míg a félvezetőtechnológiára alapuló mikroelektronika kora tart, vagyis legalább a következő évtized második feléig, úgy tűnik az Intel, a Samsung és a TSMC pozíciói megingathatatlanokká válnak, hacsak az olyan új belépők, mint az Abu Dhabi által feltőkésített ex-AMD Globalfoundries, vagy a kínai kormányzat nem akarja megbolygatni a status quót.