Att tolka halvledarbranschens historia, del 1: Ett VLSI-perspektiv

Halvledare, som ofta kallas mikrochips eller integrerade kretsar (IC), är ett av den moderna teknikens största underverk. Idag användsöver 100 miljarder halvledare varje dag runt om i världen. 

I denna bloggserie i fyra delar, skriven av flera författare, ger vi oss ut på en resa för att lära oss mer om denna banbrytande teknik, dess nuvarande framgångar och de framtida möjligheterna till oöverträffade framsteg.

Halvledare har inte bara gjort moderna prylar till verklighet, utan de ständiga framstegen inom branschen har också gjort dessa enheter mindre, billigare, kraftfullare och lättillgängliga för allmänheten. År 1984 vägde till exempel mobiltelefoner nästan 2lbs., kostade 4 000 USD och hade endast tillräcklig batterikapacitet för att prata i 30 minuter i sträck. Dagens smartphones, inklusive vikbara modeller, har sedan dess tagit ett gigantiskt språng framåt när det gäller design och kommunikationsförmåga.

Halvledare kommer att spela en nyckelroll i framtida tekniska framsteg, eftersom de utgör grunden för tekniker som 5G, AI, digital tillverkning och medicinsk teknik. År 2025 kommer antalet IoT-enheter (Internet of Things) som är installerade världen över sannolikt att överstiga74 miljarder. År 2030 beräknas detta antal nå 125 miljarder. Ju vanligare dessa enheter blir, desto mer utbredd blir halvledarteknologin, vilket vid det här laget är en självklarhet.

Det är ingen överraskning att halvledarindustrin förväntas uppleva en enorm tillväxt inom en snar framtid. En rapport från Gartner förutspår att branschen kommer att växa med7,4 % globalt under 2022. En annan rapport från McKinsey förutspår att branschen kommer att uppvisa en konstant tillväxt under hela detta decennium och utvecklas till enbransch värd en biljon dollar år 2030.

Halvledartillverkningen bedrivs huvudsakligen inom fyra vertikala områden, nämligen:

• Very Large-Scale Software Integration (VLSI)
• Systemdesign
• Plattformsprogramvara
• Validering

Kortfattat avserVLSI den process genom vilken miljontals transistorer slås samman och integreras i ett enda halvledarchip. Vidare omfattar hårdvarusystemdesign processen att utforma kompakta, smidiga och energieffektiva integrerade kretsar (IC) för att tillgodose marknadens efterfrågan. När vi talar om plattformsprogramvara som en komponent avser vi specifikt en innovativ plattformsprogramvarulösning. En sådan lösning måste göra det möjligt för halvledarföretag att tillverka produkter av överlägsen kvalitet med hög designframgång till mer konkurrenskraftiga priser. Slutligen är validering det område där ett halvledarchip testas i en laboratoriemiljö för att validera olika aspekter av funktionell korrekthet.

I denna första del av serien står VLSI i fokus.

Very Large-Scale Integration (VLSI) är den teknik som gör det möjligt för en IC-konstruktör att integrera många kringkomponenter, såsom CPU, RAM och ROM, i ett enda chip. Det är processen att utveckla en integrerad krets genom att kombinera miljontals transistorer i ett enda chip.

Tekniken kom först i förgrunden på 1970-talet, när kommunikationsteknik och komplexa halvledare först började utvecklas. Med tiden har elektroniska enheter blivit allt mer praktiska, bärbara och tillgängliga, och den otroliga utvecklingen inom denna bransch under de senaste fem decennierna kan tillskrivas framstegen inom VLSI-tekniken. Enkelt uttryckt kan VLSI betraktas som ryggraden i halvledarindustrin.

Idag utnyttjar mobilkommunikation och enheter som smartphones denna teknik för att erbjuda oöverträffad bärbarhet, tillgång till applikationer och processorkapacitet. Bärbara elektroniska apparater som bärbara datorer, smartphones och enheter som använder automatiserade applikationer, såsom kylskåp, luftkonditioneringar och tvättmaskiner, är några av de realtidsapplikationer där VLSI används. VLSI-kretsar används i all elektronisk utrustning, till exempel mikroprocessorer i en dator, chip i en digitalkamera eller ett grafikkort samt inbyggda processorer i bilar. 

De viktigaste fördelarna med VLSI-tekniken är:

• Oöverträffad minskning av kretsstorleken
• Förbättrad kostnadseffektivitet för prylar
• Snabbare driftshastighet för kretsarna
• Lägre strömförbrukning än separata komponenter 
• Hög tillförlitlighet hos enheterna 
• Mindre utrymmesbehov och främjande av miniatyrisering

L&T Technology Services (LTTS) har utvecklat flera banbrytande immateriella rättigheter inom VLSI-området som uppfyller några av de viktigaste kraven inom dagens halvledarindustri. Våra VLSI-konstruktioner inom områden som 3D-kameror, taligenkänning, smarta glasögon och öppen nätverksanslutning bidrar till att driva halvledarutvecklingen in på tidigare outforskade vägar.

Med över 2 000 chipingenjörer världen över och en framtidsinriktad FoU-infrastruktur utvecklar LTTS nästa generations produkter för en rad olika tillämpningar inom branscher som sträcker sig från medicin och fordonsindustri till telekom och konsumentelektronik.

LTTS:s helhetslösningar inom halvledarområdet omfattar systembibliotek och -stackar, utveckling av Linux-kärnor och enhetsdrivrutiner, hårdvaruabstraktionsmotorer samt en hårdvaruplattform. VLSI-verti-kalen, som specialiserar sig på design, verifiering före kiselproduktion, DFX/fysisk design, design av fältprogrammerbara grindmatriser (FPGA) samt validering före och efter kiselproduktion, leds av ett team bestående av över 650 ingenjörer. Verikalen tillhandahåller nyckelfärdiga tjänster samt frontend- och backend-design, med en kundbehållningsgrad på 80 %. 

Som en del av ett större uppdrag hjälpte LTTS en av sina värdefulla kunder att uppnå sina mål genom sin VLSI-expertis. 

Halvledarindustrin går i spetsen för den största eran av teknisk utveckling någonsin. Den har på ett genomgripande sätt revolutionerat kommunikation, underhållning, resor, arbete och behandling av sjukdomar, för att bara nämna några viktiga områden i våra liv. Med halvledare som förväntas omvandla hela branscher, från medicin och energi till konsumentelektronik och rymdindustrin, har vi ännu inte upplevt dess fulla potential. Genom ständig Innovation kommer halvledarindustrin att fortsätta att driva på den ekonomiska tillväxten, skapa sysselsättning och utveckla den teknik som krävs för att bygga en framtid med obegränsade möjligheter.

Läs del II av vår bloggserie om halvledare, där vi utforskar systemdesign, här.