Rozwój elektroniki staje się coraz droższy

Dotychczas popularnym modelem współdzielenia kosztów R&D było łączenie się firm w konsorcja, jednak rozwiązanie to mimo zmniejszenia kosztów badań nie jest zawsze optymalne, szczególnie że przedsięwzięcie tego typu jest zawsze kompromisem pomiędzy wymaganiami poszczególnych udziałowców. Odpowiedzią mogą stać się firmy specjalizujące się w usługach w zakresie badań i rozwoju.

Według analizy Gartnera, opracowanie układu w technologii 45 nm to wydatek rzędu 1,5 mld dolarów. W przypadku procesu w wymiarze charakterystycznym 32nm koszt rośnie o ok. 12–15%. Suma ta stale się zwiększa wraz z postępem technologicznym. Całkowite wydatki branży półprzewodników na R&D w 2007 r. według Intermolecular wyniosły ok. 50 mld dolarów. Przewidywalnie, w roku obecnym wzrosną one do 65–70 mld dolarów, natomiast w 2009 r. – do 100 mld dolarów. Oznacza to dwukrotny wzrost w ciągu dwóch lat. Jak wynika z analizy IC Insights, wydatki na R&D wyniosły 17,5% całkowitej sprzedaży półprzewodników.

Od początku lat dziewięćdziesiątych, wzrost środków przeznaczanych na ten cel przewyższył wzrost wartości sprzedaży branży. Szacuje się, że w latach od 1990 do 2007 r. tempo zwiększania wydatków na badania i rozwój plasowało się na poziomie 12,7%, podczas gdy w tym samym okresie wzrost wartości sprzedaży to 9,9%.

Sojusze badawczo-rozwojowe

Część analityków twierdzi, że trend ten może doprowadzić do sytuacji, kiedy znaczna część działań w ramach badań i rozwoju będzie odbywać się poprzez konsorcja, zewnętrzne firmy powstałe specjalnie w tym celu lub będą one domeną firm produkujących półprzewodniki. Nawet najwięksi gracze, jak Intel czy IBM, nie są w stanie samemu działać na tym polu i decydują się na zawieranie sojuszy badawczo-rozwojowych lub zlecają te zadania zewnętrznym firmom.

Jednym z przykładów jest decyzja Texas Instruments do powierzenia działań z zakresu R&D dotyczących technologii cyfrowych firmie TSMC. Tym samym TI we własnym zakresie skoncentrowała się przede wszystkim na pracach nad technologią analogową.

Także takie firmy jak AMD, Freescale, Samsung czy STMicroelectronics szukają sposobów, aby zmniejszyć koszt badań. Część analityków przewiduje, że przyczyni się to do większej konsolidacji branży półprzewodników, gdyż firmy będą łączyć się w grupy celem opracowywania nowych rozwiązań. Przykładem mogą być działania firmy IBM, która współpracuje z szeregiem firm, m.in. AMD oraz Freescale, nad rozwojem nowych technologii półprzewodników.

R&D na zamówienie

Zdobywającym coraz większą popularność modelem biznesowym jest powierzenie działalności w zakresie badań i rozwoju specjalizującej się w tym firmie. Mimo że jest to dopiero rozwijający się rynek, większość firm świadczących tego typu usługi odnotowuje znaczny wzrost zainteresowania.

Przykładem może być SVTC (dawniej Silicon Valley Technology Center), pierwotnie utworzony przez Cypress Semiconductor. Jest to obecnie niezależna firma świadcząca usługi w zakresie R&D oraz pomagająca swoim klientom w zaadaptowaniu opracowanych technologii na potrzeby masowej produkcji.

SVTC umożliwia zainteresowanym firmom dostęp do narzędzi projektowych oraz urządzeń produkcyjnych. Wśród klientów SVTC są zarówno nowo powstałe firmy bez odpowiedniego zaplecza pozwalającego na działania badawczo-rozwojowe we własnym zakresie, jak i duże firmy typu fabless.

Główne obszary działalności SVTC to rozwijające się technologie, jak MEMS/MOEMS, fotowoltaika, biotechnologie czy nowatorskie architektury układów pamięci oraz tranzystorów. Firma ogłosiła w maju bieżącego roku, że podjęła współpracę z TSMC mającą na celu adresowanie nowych sposobów projektowania układów scalonych oraz optymalizacje czasu, jaki upływa od sporządzenia projektu do uruchomienia produkcji.

Niedawno SVTC rozpoczęła także działalność w branży ogniw słonecznych. Ustanawiając Silicon Valley Photovoltaic Development Center, władze firmy jako swój cel wyznaczyły dostarczenie branży narzędzi oraz usług przyczyniających się do rozwoju i szybszej komercjalizacji tego typu technologii. Niższe koszty działalności badawczej są wynikiem dzielonego dostępu do infrastruktury oraz serwisów znajdujących się w ośrodku. Pierwszym klientem nowego działu jest chińska firma JA Solar, która poprzez tę współpracę ma nadzieję na wprowadzenie na rynek szerszej oferty produktowej.

Pierwsze partie powinny trafić do produkcji jeszcze w tym roku. JA Solar, będąca na 10. miejscu największych producentów ogniw słonecznych, posiada własny oddział R&D, jednak plany firmy mają wspomóc własne działania w tym zakresie poprzez współpracę z SVTC.

Podobną działalność prowadzi Intermolecular. W ubiegłym roku przedstawiła ona platformę High Productivity Combinatorial, mającą na celu uproszczenie działań R&D z zakresu materiałów, wytwarzania oraz architektury układów scalonych. System ten opiera się na trzech podstawowych elementach.

Pierwszym z nich jest masowe wytwarzanie równoległe (Massively Parallel Processing), pozwalające na automatyzację oraz przeprowadzenie równocześnie procesów technologicznych dla różnych rozwiązań. Narzędzia wchodzące w skład Throughput-Matched Characterization pozwalają natomiast na w pełni zautomatyzowane badania nad fizycznymi oraz elektrycznymi właściwościami rozwijanych technologii.

Ogniwem spajającym jest system Automation and Analysis Informatics, pozwalający na zintegrowanie powyższych narzędzi w jeden spójny proces badawczy. Obecnie Intermolecular jest w trakcie uruchamiania pilotażowej linii R&D, której zastosowaniem mają być badania nad nowymi technologiami pamięci, jak PCM (phase-change memory) czy rezystywny RAM (resistive RAM). Współpraca z klientami firmy odbywa się na wielu płaszczyznach, m.in. poprzez ścisłą współpracę z zespołem inżynierów firmy lub kupno licencji na opatentowane przez nią technologie.

Centrum badawcze w Europie

W Europie najaktywniej działającym instytutem badawczym jest ulokowane w Belgii Interuniversity Microelectronics Centra (IMEC). Instytucja ta powstała w 1984 r. przy poparciu flamandzkiego rządu oraz środowisk akademickich jako placówka zajmująca się badaniami z zakresu mikroelektroniki. Obecnie IMEC zatrudnia ok. 1,6 tys. naukowców oraz inżynierów. Wśród firm współpracujących z ośrodkiem są m.in. Intel, Samsung, STM, NXP Semiconductors, TSMC oraz Hynix.

W skład infrastruktury IMEC wchodzą dwa cleanroomy, operujące na płytkach podłożowych w wymiarze 200mm oraz 300mm, umożliwiające badania nad technologią procesową 32nm oraz półprzewodnikowymi sensorami, aktuatorami oraz układami MEMS oraz NEMS.

W lipcu bieżącego roku przedstawiciele instytutu ogłosili, że jest on w trakcie rozwijania metody produkcji płytek podłożowych z krystalicznego krzemu o grubości 50 mikronów do zastosowań w ogniwach słonecznych. Ponadto trwają prace badawcze nad technologią układów scalonych w trzech wymiarach. Elementy te znajdą zastosowanie w wielu dziedzinach, m. in. w urządzeniach bezprzewodowych. Wśród firm uczestniczących w tym programie są m.in. Qualcomm, Infineon, Intel, Micron, NEC, NXP, Panasonic, Qimonda, Samsung, ST Microelectronics, Texas Instruments oraz TSMC.

Jacek Dębowski