Att tolka halvledarbranschens historia, del 2: Paradigmer för systemdesign

Halvledare finns överallt. De styr och reglerar strömflödet i elektroniska enheter och utrustning, och tillverkas vanligtvis av kisel, germanium eller andra rena grundämnen. Kisel är det vanligaste materialet vid tillverkning av halvledare, tätt följt av galliumarsenid.

Halvledare spelar en avgörande roll i nästan alla aspekter av vårt dagliga liv och används i stor utsträckning i laserdioder, solceller, integrerade kretsar för mikrovågsfrekvenser och många andra tillämpningar. De är teknikvärldens okända hjältar och förekommer i alla tekniska tillämpningar som mänskligheten känner till, inklusive enheter som smartphones, bilar och övervakningskameror, för att nämna några. 

Redan i början av 1800-talet genomförde forskare som Thomas Johann Seebeck och Michael Faraday tidiga experiment som skulle leda till utvecklingen av de första halvledarna. I anslutning till det efterföljande arbetet av Alexandre Becquerel, Peter Rosenschold och Willoughby Smith var det Karl Ferdinand Braun som 1874 utvecklade kristalldetektorn, den första kända halvledarkomponenten.  

Tack vare snabba framsteg inom konstruktionen har användningen av halvledare resulterat i snabbare, mer ekonomiska och effektivare maskiner. Dagens moderna halvledare erbjuder en hel del fördelar. 

För det första är de lätta och billiga. Eftersom de kan integreras i en mängd olika apparater ökar detta tillförlitligheten.  

För det andra har de lång livslängd och kräver mindre energi, vilket gör dem till ett idealiskt material för ett brett spektrum av tillämpningar i en mängd olika produkter.

Halvledare utgör grunden och stommen i tekniken, och de är utan tvekan grunden för våra nuvarande och framtida genombrott. Från rymdindustrin och konsumentelektronik till energi och medicin har halvledare satt outplånliga avtryck överallt.   

Några av de områden där halvledare har upplevt en betydande tillväxt är:

Hälso- och sjukvård: Nästa generations sjukhus och vårdgivare använder sig av banbrytande teknik. Robotteknik används som stöd vid komplicerade operationer. Telemedicin underlättar kommunikationen med patienter och diagnostiseringen av symtom. Dessa enheter är endast möjliga tack vare halvledare, som styr strömförsörjning, sensorer, temperaturer, tryck, beräkningar och en mängd andra funktioner. 

5G: När 5G är fullt implementerat kommer det att möjliggöra snabbare informationsflöde och databehandling. 5G:s nya specifikationer kommer att kräva banbrytande halvledarkonstruktion. Det ser mycket lovande ut; den globala marknaden för 5G-chipset förväntas nå 90,79 miljarder USD år 2030, med en årlig tillväxt på 44,95 % mellan 2020 och 2030.  

Artificiell intelligens (AI): Som ett resultat av den omfattande användningen av AI-teknik utarbetar många företag strategier och utvecklar AI-integrerade halvledarchips. Dessa har många fördelar inom olika branscher, bland annat lägre driftskostnader, förbättrad prestanda och ökad tillverkningshastighet. Den globala marknaden för AI-chip kommer att uppgå till 304,09 miljarder USD år 2030, med en årlig tillväxttakt (CAGR) på 29,9 % mellan 2022 och 2030.  

År 2021 upplevde halvledarindustrin sitt andra år i rad med rekordtillväxt och nådde 527,88 miljarder dollar. Den globala halvledarchipindustrin förväntas nå cirka 600 miljarder US-dollar år 2022 om den fortsätter att växa i nuvarande takt.  

Leveranserna av kisel satte nya rekord då efterfrågan på kisel förblev hög för att stödja det breda utbudet av halvledarkomponenter som krävs för den moderna digitala ekonomin. Den globala halvledarmarknaden förväntas växa med en genomsnittlig årlig tillväxttakt (CAGR) på 12,2 % mellan 2022 och 2029, från 600 miljarder dollar till 1 380,79 miljarder dollar.  

Som vi har nämnt tidigare är de fyra huvudkomponenterna i halvledare mycket storskalig mjukvaruintegration (VLSI), systemdesign, plattformsmjukvara och mellanprogramvara samt validering. De samverkar för att bygga ett robust system som ger en effektiv och kraftfull halvledare. Här fokuserar vi särskilt på systemdesign.  

Systemdesign är en väsentlig del av halvledarutvecklingen. Från datacentret till nätverkskanten kräver nuvarande och framtida tillämpningar högpresterande och högeffektiva hårdvarulösningar. Att skapa en heltäckande och integrerad systemdesignprocess underlättar identifieringen av lämpliga lösningar och åtgärder för potentiella utmaningar.

Inom halvledarområdet omfattar systemdesign följande funktionsområden:   

• Design av hårdvaruplattform
• Radiofrekvensdesign
• Mekanisk design
• Testning och validering
• Design av plattformsprogramvara
• Design och validering av fältprogrammerbara grindmatriser (FPGA)

Inom ovanstående områden är det primära målet med systemdesignen att säkerställa optimal bearbetning under hela processen från utveckling till testning av kretsar.  

Ur ett systemdesignperspektiv arbetar LTTS med system- och hårdvarukomponenter för att leverera referenskortdesign, utvecklingsplattformar, utvärderingskort, valideringskort/lastkort/testkort, designanalys och bibliotekshantering. LTTS har toppmoderna laboratorier utrustade med den senaste tekniken och har mångårig expertis inom:     

• Kortdesign
• Prototyptillverkning
• FPGA-design och validering
• SI/PI-analys
• Förtestning (EMI/EMC, RF, termisk)
• Komponentutveckling

Halvledare möjliggör framtida teknologier, såsom kvantdatorer och avancerade trådlösa nätverk. De kommer oundvikligen att bli mindre, mer effektiva och kraftfullare med tiden, vilket gör det möjligt att integrera dem i mer tekniskt avancerade enheter. Halvledarindustrins framtid präglas av expansion och tillväxt, vilket möjliggör en bättre framtid för alla.   

LTTS har bidragit till flera framgångar inom halvledarområdet tack vare sin expertis inom systemdesign. Klicka här för att ta reda på hur LTTS skapade mervärde i ett avgörande uppdrag för en av sina kunder.  

Läs del III av vår bloggserie om halvledare, där vi utforskar plattformsprogramvara och mellanprogramvara, här.