Entschlüsselung der Semicon-Story Teil 2: Systementwurfsparadigmen

Halbleiter sind allgegenwärtig. Sie steuern und kontrollieren den Stromfluss in elektronischen Geräten und Anlagen und werden in der Regel aus Silizium, Germanium oder anderen reinen Elementen hergestellt. Silizium ist das in der Halbleiterherstellung am häufigsten verwendete Material, dicht gefolgt von Galliumarsenid.

Halbleiter sind für fast jeden Aspekt unseres täglichen Lebens verantwortlich und werden in Laserdioden, Solarzellen, integrierten Schaltkreisen für Mikrowellenfrequenzen und vielen anderen Anwendungen eingesetzt. Sie sind die unbesungenen Helden der Technikwelt und kommen in allen der Menschheit bekannten technischen Anwendungen vor, darunter in Geräten wie Smartphones, Autos und CCTV-Kameras, um nur einige zu nennen.

Bereits im frühen 19. Jahrhundert führten Wissenschaftler wie Thomas Johann Seebeck und Michael Faraday erste Experimente durch, die zur Entwicklung der ersten Halbleiter führten. Nach den nachfolgenden Arbeiten von Alexandre Becquerel, Peter Rosenschold und Willoughby Smith war es Karl Ferdinand Braun, der 1874 den Kristalldetektor entwickelte, das erste bekannte Halbleiterbauelement.

Mit raschen Fortschritten in der Konstruktion hat die Implementierung von Halbleitern zu schnelleren, wirtschaftlicheren und effizienteren Maschinen geführt. Die heutigen modernen Halbleiter bieten eine ganze Reihe von Vorteilen.

Zunächst einmal sind sie leicht und kostengünstig. Da sie in eine Vielzahl von Geräten integriert werden können, erhöht sich ihre Zuverlässigkeit.

Zweitens sind sie langlebig und benötigen weniger Energie, was sie zu einem idealen Material für eine Vielzahl von Anwendungen in einer Vielzahl von Produkten macht.

Halbleiter sind die Grundlage und das Gerüst der Technologie, und sie sind zweifellos die Basis für unsere gegenwärtigen und zukünftigen Durchbrüche. Von der Luft- und Raumfahrt über die Unterhaltungselektronik bis hin zu Energie und Medizin haben Halbleiter überall einen unauslöschlichen Eindruck hinterlassen.

Einige der Bereiche, in denen Halbleiter ein bedeutendes Wachstum erfahren haben, sind:

Gesundheitswesen: Krankenhäuser und Gesundheitsdienstleister der nächsten Generation setzen auf Spitzentechnologie. Roboter werden zur Unterstützung bei komplizierten Operationen eingesetzt. Telemedizin erleichtert die Kommunikation mit Patienten und die Diagnose von Symptomen. Diese Geräte sind nur dank Halbleitern möglich, die bei der Steuerung von Strom, Sensoren, Temperaturen, Drücken, Berechnungen und einer Vielzahl anderer Funktionen helfen.

5G: Wenn 5G vollständig implementiert ist, wird es einen schnelleren Informationsfluss und eine schnellere Verarbeitung ermöglichen. die neuen Spezifikationen von 5G müssen durch ein bahnbrechendes Halbleiterdesign erfüllt werden. Der weltweite Markt für 5G-Chipsätze dürfte bis 2030 ein Volumen von 90,79 Mrd. USD erreichen und zwischen 2020 und 2030 mit einer CAGR von 44,95 % wachsen.

Künstliche Intelligenz (KI): Infolge der weit verbreiteten Einführung von KI-Technologien arbeiten viele Unternehmen an der Strategie und Entwicklung von KI-integrierten Halbleiterchips. Diese haben branchenübergreifend zahlreiche Vorteile, darunter niedrigere Betriebskosten, verbesserte Leistung und höhere Fertigungsgeschwindigkeit. Der weltweite Markt für KI-Chips wird bis 2030 ein Volumen von 304,09 Mrd. USD erreichen und zwischen 2022 und 2030 mit einer CAGR von 29,9 % wachsen.

Im Jahr 2021 verzeichnete die Halbleiterindustrie das zweite Jahr in Folge ein Rekordwachstum und erreichte 527,88 Mrd. USD. Es wird erwartet, dass die globale Halbleiterchipindustrie im Jahr 2022 rund 600 Milliarden US-Dollar erreichen wird, wenn sie weiterhin mit der derzeitigen Geschwindigkeit wächst.

Die Siliziumlieferungen erreichten neue Rekorde, da die Nachfrage nach Silizium weiterhin hoch ist, um die breite Palette von Halbleitergeräten zu unterstützen, die für die moderne digitale Wirtschaft benötigt werden. Es wird erwartet, dass der weltweite Halbleitermarkt zwischen 2022 und 2029 mit einer CAGR von 12,2 % von 600 Mrd. USD auf 1.380,79 Mrd. USD wächst.

Wie wir bereits erwähnt haben, sind die vier Hauptkomponenten von Halbleitern die sehr groß angelegte Softwareintegration (VLSI), das Systemdesign, die Plattformsoftware und Middleware sowie die Validierung. Sie arbeiten zusammen, um ein robustes System aufzubauen, das einen effizienten und leistungsstarken Halbleiter produziert. Hier sprechen wir vor allem über den Systementwurf.

Der Systementwurf ist ein wesentlicher Bestandteil der Halbleiterentwicklung. Vom Rechenzentrum bis zum Netzwerkrand erfordern aktuelle und neue Anwendungen leistungsstarke und hocheffiziente Hardware-Implementierungen. Ein umfassender und integrierter Systementwurfsprozess hilft bei der Identifizierung geeigneter Lösungen und Abhilfemaßnahmen für potenzielle Herausforderungen.

Im Halbleiterparadigma umfasst das Systemdesign die folgenden Funktionsbereiche:

• Entwurf der Hardware-Plattform
• Entwurf der Funkfrequenz
• Mechanischer Entwurf
• Prüfung und Validierung
• Entwurf der Plattform-Software
• Entwurf und Validierung von FPGAs (Field Programmable Gate Array)

In allen oben genannten Bereichen besteht das Hauptziel des Systemdesigns darin, eine optimale Verarbeitung bei der Erstellung und Prüfung von Chips zu gewährleisten.

Aus der Perspektive des Systemdesigns arbeitet LTTS mit System- und Hardwarekomponenten, um Referenzboarddesigns, Entwicklungsplattformen, Evaluierungsboards, Validierungsboards/Ladeboards/Testerkarten, Designanalysen und Bibliotheksmanagement zu liefern. LTTS verfügt über hochmoderne Labore, die mit modernsten Fähigkeiten ausgestattet sind, und kann auf jahrelange Erfahrung zurückgreifen:

• Design von Leiterplatten
• Proto-Herstellung
• FPGA-Entwurf und -Validierung
• SI/PI-Analyse
• Vorzertifizierung (EMI/EMC, RF, thermisch)
• Entwicklung von Bauteilen

Halbleiter ermöglichen Zukunftstechnologien wie Quantencomputer und fortschrittliche drahtlose Netzwerke. Sie werden im Laufe der Zeit unweigerlich kleiner, effizienter und leistungsfähiger werden, so dass sie in technologisch fortschrittlichere Geräte integriert werden können. Die Zukunft der Halbleiterindustrie ist geprägt von Expansion und Wachstum, um eine bessere Zukunft für alle zu ermöglichen.

LTTS hat mit seinem Fachwissen im Systemdesign mehrere Erfolge im Halbleiterbereich ermöglicht. Klicken Sie hier, um zu erfahren, wie LTTS in einem wichtigen Projekt für einen seiner Kunden einen Mehrwert geschaffen hat.

Lesen Sie Teil III unserer Blogserie über Halbleiter, in dem wir uns mit Plattformsoftware und Middleware beschäftigen, hier.