Półprzewodniki wysokonapięciowe - szansą producentów analogowych ukł.scalonych

Niektórzy producenci układów cyfrowych zaczęli interesować się rynkiem układów analogowych i mixed-signal (sygnałów mieszanych), co może zburzyć aktualny rozkład sił. Do nowych firm w sektorze układów analogowych można zaliczyć: chińskie CSMC i SMIC, niemiecką LFoundry oraz amerykańską ON Semiconductor. Do wielu innych, rozszerzających swoje usługi na obszar analogowy, należą ASMC, Austriamicrosystems, BCD, Dongbu HiTek, IBM, MagnaChip, NEC, Tower/Jazz, TSMC, Vanguard i X- -Fab. Wraz z dojrzewaniem sektora układów cyfrowych, rynek układów analogowych stał się nowym konkurencyjnym obszarem dla wielu producentów. Najszybszym wzrostem w branży charakteryzuje się segment układów wysokonapięciowych.

Procesy wysokonapięciowe

Procesy wysokonapięciowe umożliwią powstanie nowej generacji LED i urządzeń zarządzających mocą. Pomimo spadku rynku, wciąż dużym zainteresowaniem cieszą się LED wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym, systemy świetlne, komputery PC oraz innego rodzaju wyposażenie. Analitycy z Displaybank prognozują, że całkowity rynek LED osiągnie wartość 8,4 mld dol. w 2011 roku w porównaniu do 3,6 mld dol. zanotowanych w roku 2006.

Szansą dla producentów analogowych układów scalonych są tradycyjni producenci IDM, a więc firmy posiadające własne fabryki półprzewodników. Pojawiają się głosy, że mogą rozpocząć outsourcing produkcji, ponieważ wytwarzanie urządzeń wysokonapięciowych w technologii 180nm i nowszych w ich własnych fabrykach może być dla tych firm zbyt dużym wyzwaniem. Jednak większym problemem od nowych technologii są wojny cenowe. Według analityków, chińskie i koreańskie fabryki układów analogowych drastycznie tną ceny swoich produktów, coraz bardziej pogłębiając kłopoty tego rynku. Wciąż pojawiają się także oskarżenia o kradzieże własności intelektualnej w Chinach, co powoduje, że wiele firm obawia się współpracy z tamtejszymi producentami układów scalonych.

Zjawiska na rynku

Z powodu znacznej liczby nowych firm pojawiających się w branży analogowych układów scalonych, trudno stwierdzić, kto jest najpoważniejszym kandydatem do dominacji na tym rynku. Według analiz Databeans, całkowity rynek układów analogowych w 2007 roku skurczył się o 1%, jednak oczekuje się jego wzrostu o 8% w roku 2008 (wyniki poznamy po zamknięciu bilansów w końcu marca). Ponadto, producenci układów analogowych, tacy jak na przykład Intersil i Linear Technology, ogłosili niezadowalające wyniki i przewidują w najbliższym czasie spowolnienie.

Co więcej, przez pewien okres wiele firm IDM, produkujących głównie układy cyfrowe, przekazywało produkcję układów analogowych do fabryk zewnętrznych. Jednak, według Gartnera, wiele dużych analogowych firm IDM rezygnuje z outsourcingu, tłumacząc się chęcią ochrony własności intelektualnej oraz zachowania produkcji własnej. Utrudnia to analizę wielu trendów. W pewnym stopniu zamieszanie w branży już się rozpoczęło. X-Fab przejął fabryki od Texas Instruments, Zarlink oraz ZMD, a w 2006 roku wykupił malezyjskiego producenta układów, 1st Silicon.

Przejęcia

W maju 2008 roku izraelski Tower wykupił specjalistycznego producenta, Jazz, których łączne obroty w 2007 roku wyniosły 440 mln dol. (tab. 1). Ponadto, pod koniec 2008 roku ON przejął firmę AMI, która także produkuje układy analogowe i mixed-signal. Rynek układów analogowych jest szerokim, ale podzielonym obszarem, w skład którego wchodzą cztery podstawowe dziedziny: komponenty katalogowe, układy o dużej mocy, wysokonapięciowe i RF. Do komponentów katalogowych zalicza się komparatory oraz przetworniki. Układy o dużej mocy to urządzenia światłowodowe oraz produkty powiązane, podczas gdy układy RF są zazwyczaj związane z technologiami bezprzewodowymi.

Obecne zainteresowanie w przemyśle dotyczy głównie procesów wysokonapięciowych, do których można zaliczyć wysokonapięciowe CMOS oraz bipolarne CMOS-DMOS (BCD). Zainteresowanie układami BCD wynika z faktu integracji w jednym układzie scalonym obwodów analogowych (bipolarnych), logicznych (CMOS) i wysokonapięciowych (DMOS).

Według Jazz, większość urządzeń zarządzających zasilaniem wykonanych jest na napięcia z zakresu od 5 do 40V, dlatego urządzenia te stanowią najbardziej interesujący obszar rynku układów wysokonapięciowych. Zalicza się do nich układy scalone zarządzające akumulatorami, przetwornice DC-DC, sterowniki i stabilizatory dla LED.

Komponenty 60- i 80-woltowe są stosowane głównie w aplikacjach motoryzacyjnych, a 120- i 150-woltowe – przystosowane do urządzeń zasilających. W odróżnieniu od branży układów cyfrowych, w sektorze produkcji układów analogowych nie ma wyraźnego lidera. Jednak ostatnio takie giganty jak IBM czy TSMC rozszerzyły swoją działalność w tym zakresie, co może zaognić kryzys na rynku. Od lat TSMC oferował procesy RF, wysokonapięciowe oraz powiązane.

W ostatnim roku TSMC i Power Analog Microelectronics wspólnie rozwinęły proces BCD. TSMC przyłączył się również do przemysłowej grupy Interoperable PDK Libraries działającej na rzecz stworzenia design kitu wspomagającego proces projektowania produkowanych układów analogowych. Część analityków nie widzi w TSMC istotnego zagrożenia dla rynku. Nie zgadza się z tym sama firma, która utrzymuje, że wytwarza wszystkie możliwe rodzaje układów analogowych. Oddział mikroelektroniki firmy IBM, podobnie jak TSMC, także działa w sektorze RF. W październiku 2008 r. Austriamicrosystems przy współpracy z IBM wprowadził wysokonapięciowy, 180-nanometrowy proces CMOS. Według firm umożliwia on rozwój produktów medycznych i urządzeń MEMS do zarządzania mocą.

Czynnik chiński

Inną nieprzewidywalną kwestią są Chiny, gdzie firmy ASMC i BCD od jakiegoś czasu produkują układy analogowe i mixed- signal (sygnałów mieszanych). Teraz dwie kolejne firmy, CSMC Technologies i SMIC, wchodzą na ten rynek. Według analityków, firmy chińskie zdobyły część rynku układów analogowych dzięki obniżkom cen. Kraj ten ma jednak słabą reputację ze względu na kradzieże własności intelektualnej w przemyśle półprzewodnikowym. Z tego powodu wielu producentów układów analogowych obawia się przekazywania chińskim firmom swoich projektów. Jednak według Fairview Group, ochrona własności intelektualnej układów analogowych i mixed- signal wygląda zupełnie inaczej niż w przypadku układów cyfrowych, ponieważ nawet po demontażu i próbie skopiowania układu analogowego niemożliwe jest jego wierne powielenie.

Przez pewien okres SMIC oferował procesy mixed-signal, bazując głównie na licencjonowanych technologiach dla klientów indywidualnych. Jednak niedawno rozpoczął produkcję układów analogowych, mixed-signal i RF na rynek ogólny. Na koniec 2008 roku, SMIC zapowiedział uruchomienie 350-nanometrowych procesów BCD o maksymalnym napięciu 40V, a na początku roku 2009 miał w planach proces SOI (Silicon-on- Insulator) o podobnej specyfikacji. Inna chińska firma, CSMC, działająca głównie na rynku konsumenckich układów cyfrowych, stwierdziła, że dochodowość segmentu układów analogowych jest znacznie większa. Ponadto wprowadziła na rynek 500-nanometrowy proces BCD. Chiny gonią rywali w branży układów analogowych, szczególnie w sektorze technologii wysokonapięciowych. Poza terytorium Chin wielu producentów wprowadza 180-nanometrowe, wysokonapięciowe procesy CMOS i BCD.

Według Dongu Hitek, południowokoreańskiego producenta półprzewodników, przejście do technologii 180nm w zakresie urządzeń wysokonapięciowych jest punktem zwrotnym, gdyż IDM produkujące układy analogowe nie będą w stanie wytworzyć ich we własnych fabrykach. Jednak duże firmy IDM z branży układów analogowych nie zgadzają się z tą opinią i możliwe jest, że ich fabryki nadrobiły zaległości w zakresie technologii układów wysokonapięciowych. Tezę tę potwierdza fakt, że niemiecki producent X-Fab wprowadził niedawno 180-nanometrowy, wysokonapięciowy proces, który umożliwia wykorzystanie wbudowanej pamięci nieulotnej typu SONOS (Silicon-Oxide- Nitride-Oxide-Silicon) i jest przeznaczony dla branży motoryzacyjnej.

Terminologia towarzysząca produkcji półprzewodników IDM – Integrated Devices Manufacturing – terminem tym określa się firmę zajmującą się produkcją półprzewodników, która posiada własne fabryki wytwarzające układy scalone i jednocześnie zajmuje się ich projektowaniem i opracowywaniem na własne potrzeby. Do tego modelu działalności zalicza się wiele dużych firm półprzewodnikowych, jak na przykład Texas Instruments lub Freescale albo Samsung. Fabless – to producent półprzewodników nieposiadający własnych fabryk. Firma taka zajmuje się wyłącznie opracowywaniem projektów układów scalonych, które następnie są zlecanie do produkcji innym firmom dysponującym własnymi fabrykami. Takich firm jest na rynku bardzo wiele. Pierwszy był Xilinx, która pojawił się na rynku na początku lat 90. ubiegłego wieku, drugą firmą fabless była Chips and Technologies. Do grupy tej zaliczają się też Altera, NVidia, Broadcom, LSI Logic. Fablite – termin uzupełniający, określający producenta IDM posiadającego własne fabryki i realizującego w nich część produkcji, ale w pewnym obszarze zlecającego projekty producentom zewnętrznym (foundries). Pure Play – to producent układów scalonych, który ma fabryki półprzewodników (foundries), ale nie zajmuje się opracowywaniem układów scalonych. Taka firma zajmuje się wyłącznie realizacją zleceń płynących ze strony firm fablite i fabless. Przykładem mogą być tajwańskie firmy TSMC i UMC singapurski Chartered, chiński SMIC, a także X-Fab i MagnaChip Foundry – to skrót od silicon wafer foundry, oznaczający fabrykę półprzewodników. Termin ten początkowo oznaczał producenta Pure Play, dzisiaj jego znaczenie jest szersze, rozciąga się na produkcję półprzewodników w ogólności. Określenia te nie mają dobrych odpowiedników w języku polskim, co pogłębia chaos w terminologii.

Firma pracuje także nad kolejną 180-nanometrową wersją procesu do aplikacji zarządzania mocą. Inny dostawca, japoński Renesas, sprzedał swoją niemiecką fabrykę, Renesas Semiconductor Europe. Kupcem jest Silicon Foundry Holding, spółka powołana przez dwóch byłych menegerów Renesas. Firma funkcjonuje pod nazwą LFoundry i specjalizuje się w produkcji analogowej i mixed-signal na rynek europejski. Według LFoundry, podczas gdy czołowe europejskie spółki z branży układów analogowych i mixed-signal wykorzystują 6-calowe płytki krzemowe i procesy produkcyjne o wymiarach co najmniej 350nm, firma jest w stanie wytwarzać układy w technologiach 250nm, 180nm, a nawet 150nm, na płytkach 8- -calowych, co wpłynie na znaczną poprawę jej wydajności.

Sytuacja na rynku układów analogowych coraz bardziej się komplikuje. O ile do tej pory, aby zarabiać, wystarczyło zbudować fabrykę i rozpocząć produkcję, teraz wymagania będą znacznie większe. Na tyle duże, że szereg słabszych firm może wypaść z tego lukratywnego biznesu.

Grzegorz Michałowski