Рынок цифровых ИС — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по компонентам (память {DRAM, Flash, SRAM, EPROM и другие}, микропроцессоры, микроконтроллеры, цифровые системы обработки сигналов и другие), по сырью (кремний, арсенид галлия и другие), по конечному пользователю (автомобильная промышленность, промышленная бытовая электроника, связь и другие), п

Обзор рынка

Ключевые драйверы рынка

Технологические достижения и миниатюризация

Технологические достижения и неустанное стремление к миниатюризации являются движущими силами на мировом рынке цифровых ИС. По мере того, как растет спрос на более высокую производительность, улучшенную энергоэффективность и расширенную функциональность, производители полупроводников раздвигают границы инноваций. Усовершенствованные технологические узлы, такие как 7 нм, 5 нм и выше, позволяют создавать более мелкие и энергоэффективные цифровые ИС. Уменьшение размеров транзисторов приводит к более высоким уровням интеграции, что позволяет реализовать сложные функции в компактных чипах. Эти технологические достижения не только повышают производительность цифровых ИС, но и прокладывают путь для инновационных приложений в различных секторах, от мобильных устройств до высокопроизводительных вычислений и Интернета вещей (IoT).

Взрывной рост Интернета вещей (IoT)

Экспоненциальный рост Интернета вещей (IoT) является основным драйвером, формирующим глобальный рынок цифровых ИС. Распространение взаимосвязанных устройств, датчиков и интеллектуальных систем требует цифровых ИС, которые являются энергоэффективными, маломощными и способны обрабатывать данные на периферии. Приложения IoT охватывают широкий спектр секторов, включая умные дома, промышленную автоматизацию, носимые устройства здравоохранения и умные города. Цифровые ИС, оптимизированные для IoT, позволяют этим устройствам собирать, обрабатывать и передавать данные разумно, создавая бесшовную сеть взаимосвязанных технологий. Преобразовательный потенциал Интернета вещей ускоряет спрос на специализированные цифровые ИС, которые удовлетворяют уникальным требованиям подключенных устройств.

Высокопроизводительные вычисления и искусственный интеллект (ИИ)

Быстрое развитие высокопроизводительных вычислений (HPC) и распространение приложений искусственного интеллекта (ИИ) являются основными драйверами на мировом рынке цифровых ИС. Задачи, управляемые ИИ, такие как машинное обучение, глубокое обучение и обработка нейронных сетей, требуют цифровых ИС с исключительной вычислительной мощностью и возможностями обработки данных. Цифровые ИС, оптимизированные для приложений ИИ, предназначены для ускорения задач вывода и обучения, обеспечивая принятие решений в реальном времени и распознавание образов. Спрос на устройства с поддержкой ИИ, автономные системы и аналитику данных стимулирует разработку специализированных цифровых ИС, которые обеспечивают непревзойденную производительность в рабочих нагрузках, управляемых ИИ.

Связь и сети 5G

Рост связи и развертывание сетей 5G являются ключевыми драйверами, подпитывающими глобальный рынок цифровых ИС. Переход к сетям 5G обеспечивает более высокую скорость передачи данных, меньшую задержку и повышенную плотность устройств, создавая новые возможности для таких приложений, как дополненная реальность (AR), виртуальная реальность (VR) и умные города. Чтобы использовать весь потенциал 5G, цифровые ИС должны быть оптимизированы для эффективной связи, обработки данных с малой задержкой и надежного беспроводного подключения. От процессоров основной полосы частот до радиочастотных модулей цифровые ИС играют решающую роль в формировании производительности и возможностей устройств с поддержкой 5G, усиливая их значимость в глобальной экосистеме телекоммуникаций.

Спрос на энергоэффективность и зеленые технологии

Растущее внимание к энергоэффективности и зеленым технологиям является существенным фактором, формирующим глобальный рынок цифровых ИС. По мере усиления опасений по поводу изменения климата и воздействия на окружающую среду отрасли ищут цифровые ИС, которые обеспечивают более высокую производительность при минимальном энергопотреблении. Этот спрос распространяется на все сектора, от мобильных устройств до центров обработки данных. Тенденция к энергоэффективным процессорам, ИС управления питанием и цифровым ИС, оптимизированным для устройств с питанием от батареи, отражает приверженность отрасли устойчивому развитию. Кроме того, производители цифровых ИС изучают инновационные способы снижения воздействия на окружающую среду производственных процессов, материалов и методов упаковки, согласуясь с более широким стремлением к экологически чистым технологическим решениям.

Основные проблемы рынка

Сложные процессы проектирования и проверки

Глобальный рынок цифровых ИС сталкивается с проблемой все более сложных процессов проектирования и проверки. Поскольку цифровые ИС становятся все более сложными и интегрируют множество функций, проектные группы сталкиваются со сложными требованиями к проектированию и сложными процедурами проверки. Необходимость проверки функциональности, производительности, энергопотребления и безопасности в нескольких доменах представляет собой значительную проблему. Время и ресурсы, необходимые для комплексной проверки, резко возросли, что часто приводит к задержкам в циклах разработки продукта. Решение этой проблемы требует инновационных инструментов автоматизации проектирования, усовершенствованных методик проверки и сотрудничества между проектными группами для оптимизации непрерывности проектирования и проверки.

Сокращение узлов процесса и производственных затрат

Постоянное стремление к миниатюризации и повышению производительности привело к проблеме сокращения узлов процесса и роста производственных затрат на мировом рынке цифровых ИС. Поскольку производители полупроводников выходят на узлы с размерами менее 10 нм, сложность литографии, материалов и управления выходом продукции возрастает. Инвестиции, необходимые для создания и эксплуатации современных производственных мощностей, существенны, что оказывает давление на структуру затрат. Производители полупроводников должны найти способы обеспечить экономически эффективное масштабирование, сохраняя при этом высокие показатели выхода продукции и стандарты качества. Эта задача требует прорывов в технологических процессах, инновационных материалах и стратегиях совместной цепочки поставок для баланса между повышением производительности и экономической целесообразностью.

Энергоэффективность и управление температурой

Энергоэффективность и управление температурой представляют собой значительную проблему на мировом рынке цифровых ИС, особенно по мере того, как устройства становятся все более компактными и портативными. Спрос на энергоэффективные цифровые ИС растет из-за распространения устройств с батарейным питанием, датчиков Интернета вещей и носимых устройств. Достижение оптимального энергопотребления при обеспечении высокой производительности — это тонкий баланс. Кроме того, поскольку цифровые ИС работают на более высоких скоростях и интегрируют больше функций, рассеивание тепла становится проблемой. Управление выделением тепла и обеспечение надежной производительности в различных условиях эксплуатации имеют решающее значение. Чтобы преодолеть эту задачу, отрасль изучает передовые решения для упаковки, новые материалы с лучшей теплопроводностью и архитектурные инновации, оптимизирующие энергопотребление.

Защита и безопасность интеллектуальной собственности

Проблема защиты и безопасности интеллектуальной собственности (ИС) имеет первостепенное значение на мировом рынке цифровых ИС. С ростом сложности цифровых ИС повышается риск кражи интеллектуальной собственности, подделки и обратного проектирования. Защита конфиденциальной информации о конструкции и обеспечение подлинности цифровых ИС имеют важное значение для поддержания доверия в цепочке поставок. Кроме того, рост устройств IoT и интеграция подключений выдвигают на первый план проблемы кибербезопасности. Обеспечение устойчивости цифровых ИС к взлому, несанкционированному доступу и утечкам данных является сложной задачей. Заинтересованные стороны отрасли должны сотрудничать для внедрения надежных функций безопасности, механизмов шифрования и аппаратных решений безопасности, которые защищают целостность цифровых ИС на протяжении всего их жизненного цикла.

Нехватка талантов и разрыв в навыках

Глобальный рынок цифровых ИС сталкивается с проблемой растущей нехватки талантов и увеличивающегося разрыва в навыках. Проектирование и производство цифровых ИС требуют высококвалифицированных специалистов с опытом в таких областях, как электротехника, материаловедение и физика полупроводников. Однако предложение квалифицированных инженеров и специалистов с трудом поспевает за быстрым развитием отрасли. Университеты и учебные заведения должны адаптировать свои учебные программы для удовлетворения потребностей индустрии цифровых ИС, а компании должны инвестировать в программы обучения и повышения квалификации, чтобы преодолеть разрыв в навыках. Эта задача требует согласованных усилий по привлечению и развитию талантов для стимулирования инноваций и конкурентоспособности на мировом рынке цифровых ИС.

Основные тенденции рынка

Передовые технологии обработки революционизируют проектирование цифровых ИС

Глобальный рынок цифровых ИС переживает фазу преобразований, обусловленную быстрым прогрессом в технологиях обработки. Тенденция к уменьшению размеров транзисторов, повышению уровня интеграции и повышению энергоэффективности формирует ландшафт проектирования цифровых ИС. Литейные заводы и производители полупроводников вкладывают значительные средства в передовые технологические узлы, такие как 7 нм, 5 нм и даже 3 нм, чтобы удовлетворить растущий спрос на более мелкие, быстрые и энергоэффективные чипы. Эти достижения позволяют интегрировать сложные функции в меньшие форм-факторы, что приводит к инновациям в мобильных устройствах, высокопроизводительных вычислениях и приложениях Интернета вещей (IoT). Более того, поскольку закон Мура продолжает направлять отрасль, изучаются новые материалы и методы 3D-интеграции для поддержания темпов инноваций на мировом рынке цифровых ИС.

ИИ и машинное обучение стимулируют настройку и оптимизацию

Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение становятся преобразующими силами на мировом рынке цифровых ИС. Инструменты автоматизации проектирования на базе ИИ позволяют инженерам ускорять процесс проектирования, оптимизировать энергопотребление, повышать производительность и прогнозировать потенциальные сбои. Возможность исследовать более широкое пространство проектирования и находить оптимальные решения открывает новые уровни настройки и эффективности. Методологии проектирования на основе ИИ особенно ценны для сложных цифровых ИС, таких как ускорители нейронных сетей и специализированные процессоры, используемые в приложениях ИИ. Поскольку ИИ становится неотъемлемой частью рабочих процессов проектирования микросхем, на мировом рынке цифровых ИС наблюдается повышение производительности и ускорение инноваций.

Рост спроса на периферийные вычисления и Интернет вещей

Распространение устройств Интернета вещей (IoT) формирует глобальный рынок цифровых ИС в глубоких отношениях. Тенденция к периферийным вычислениям, где обработка происходит ближе к источникам данных, стимулирует спрос на энергоэффективные и маломощные цифровые ИС. Эти микросхемы должны обеспечивать баланс между вычислительной мощностью и потреблением энергии, чтобы продлить срок службы устройств с питанием от батарей и сократить задержку. Цифровые ИС, оптимизированные для периферийных вычислений, поддерживают широкий спектр приложений, включая умные дома, промышленную автоматизацию, носимые устройства для здравоохранения и автономные транспортные средства. По мере расширения экосистемы IoT глобальный рынок цифровых ИС фокусируется на предоставлении инновационных решений, которые отвечают уникальным требованиям периферийных устройств.

Безопасность и надежность как основные соображения при проектировании

Растущая цифровизация критических систем и конфиденциальных данных повысила важность безопасности и надежности на глобальном рынке цифровых ИС. В результате функции безопасности становятся неотъемлемыми компонентами проектирования цифровых ИС во всех отраслях. От механизмов безопасной загрузки до аппаратного шифрования и аутентификации цифровые ИС проектируются так, чтобы противостоять широкому спектру киберугроз. Кроме того, аппаратные модули безопасности (HSM) и доверенные платформенные модули (TPM) приобретают все большую значимость в обеспечении целостности данных и приложений. Глобальный рынок цифровых ИС переживает смену парадигмы, когда соображения безопасности внедряются в саму структуру проектирования микросхем для укрепления основ современных технологий.

Последствия квантовых вычислений для проектирования цифровых ИС

Квантовые вычисления, хотя и находятся на начальной стадии развития, являются тенденцией, которая может оказать глубокое влияние на глобальный рынок цифровых ИС. По мере развития исследований квантовых вычислений они представляют как проблемы, так и возможности для проектирования цифровых ИС. Потенциал квантовых вычислений для решения сложных задач на скоростях, недостижимых классическими компьютерами, имеет последствия для криптографии и алгоритмов оптимизации, используемых в цифровых ИС. Инженеры на глобальном рынке цифровых ИС изучают способы использования преимуществ квантовых вычислений при одновременном снижении рисков для безопасности и криптографии. Квантово-устойчивые алгоритмы и криптографические примитивы исследуются для обеспечения долгосрочной жизнеспособности цифровых ИС в эпоху квантовых вычислений.

Сегментарные идеи

Сырьевые идеи

Кремниевый сегмент

С другой стороны, арсенид галлия (GaAs), хотя и не так распространен, как кремний, занимает особое место в определенных сегментах рынка цифровых ИС благодаря своим уникальным свойствам. GaAs может похвастаться исключительной подвижностью электронов и превосходными высокочастотными характеристиками по сравнению с кремнием. Это делает его идеальным выбором для приложений, требующих высокоскоростной обработки сигналов, таких как радиочастотные (РЧ) и микроволновые приложения. Цифровые ИС на основе GaAs часто встречаются в устройствах беспроводной связи, системах спутниковой связи, радиолокационных системах и военных приложениях. Доминирование GaAs в этих специализированных секторах подчеркивает его важность в обеспечении критически важных коммуникационных и оборонных технологий.

Аналитика конечного пользователя

Автомобильный сегмент

Более того, в мире, который становится все более связанным, доминирование сегмента связи на рынке цифровых ИС неоспоримо. От проводных до беспроводных систем связи цифровые ИС обеспечивают бесперебойную связь, передачу данных и оптимизацию сетей. Расширение сетей 5G, устройств Интернета вещей (IoT) и высокоскоростной передачи данных еще больше повысило значимость цифровых ИС в этом секторе. Коммуникационные ИС, включая радиочастотные (РЧ) компоненты, процессоры основной полосы частот и сетевые процессоры, играют ключевую роль в формировании глобальной коммуникационной инфраструктуры.

Региональная аналитика

Северная Америка

С другой стороны, Азиатско-Тихоокеанский регион является мировым производственным центром электроники и полупроводников. Такие страны, как Китай, Южная Корея, Япония и Тайвань, вносят значительный вклад в рынок цифровых ИС. Здесь доминирование можно увидеть в широком спектре сегментов, включая потребительскую электронику, мобильные устройства, решения для памяти и приложения IoT. Благодаря обширной потребительской базе и процветающей экосистеме электроники Азиатско-Тихоокеанский регион является движущей силой производства цифровых ИС, которые питают повседневные устройства и новые технологии.

Последние разработки

• В феврале 2023 года Synopsys и Google объявили о сотрудничестве по разработке новых цифровых ИС для приложений искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО). Сотрудничество будет сосредоточено на использовании инструментов проектирования Synopsys и опыта Google в области ИИ для создания более эффективных и мощных цифровых ИС.
• В декабре 2022 года Intel и TSMC объявили о сотрудничестве по разработке новых цифровых ИС для рынка беспроводной связи 5G. Сотрудничество будет сосредоточено на использовании производственного опыта Intel и технологического процесса TSMC для создания более эффективных и мощных цифровых ИС для базовых станций 5G и других приложений 5G.

Ключевые игроки рынка

• Intel Corporation
• Samsung Electronics Co., Ltd.
• Taiwan Semiconductor ManufacturingCompany Limited (TSMC)
• NVIDIA Technology Corporation
• Qualcomm Incorporated
• Texas Instruments Incorporated
• Broadcom Inc.
• Analog Devices, Inc.
• Micron, Inc.
• STMicroelectronics NV