Halfgeleiderindustrie: dit zijn de kansen en de uitdagingen

De halfgeleiderindustrie staat op een belangrijk kantelpunt. Chips leveren namelijk de rekenkracht die innovatie mogelijk maakt. Deze groeimarkt biedt volop kansen, maar er zijn ook veel uitdagingen. Zo zijn toeleveringsketens kwetsbaar en is verduurzaming noodzakelijk. Dat vraagt om innovatie en slimme samenwerking en gebruik van technologieën als AI en ML.

Door ontwikkelingen als 5G, IoT, AI en elektrische auto’s is de vraag naar halfgeleiders explosief gestegen. Elke nieuwe smartphone bevat miljarden transistors. Datacenters worden volgestopt met aangepaste AI-chips om machine learning (ML) mogelijk te maken. De opkomst van IoT betekent dat chips worden ingebouwd in miljarden slimme apparaten.

Om aan deze enorme vraag te voldoen, moeten chipmakers voortdurend innoveren en efficiënter werken. Ze moeten chips maken die meer kunnen doen met minder ruimte en energie. Daarnaast zijn nieuwe architecturen nodig die speciaal zijn afgestemd op AI-toepassingen. Dit vraagt om een slim gebruik van data, analyse, modellering en simulatie in elke fase van het ontwerpproces. Zo kunnen halfgeleiderbedrijven de grenzen van de technologie blijven verleggen.

De waarde van AI en ML in de halfgeleiderindustrie

AI en ML zijn geweldige technologieën die het ontwerp van halfgeleiders naar een hoger niveau tillen. Ze stellen chipmakers in staat om enorme verbeteringen te realiseren in chipprestaties en -mogelijkheden. Met behulp van grote datasets en geavanceerde algoritmen kunnen ze belangrijke aspecten van de chipcreatie optimaliseren op een manier die handmatig onmogelijk is. AI kan helpen bij het optimaliseren van de architectuur, de fysieke lay-out, de verificatie en de maakbaarheid.

Chipmakers maken niet alleen gebruik van AI om gespecialiseerde AI-chips te ontwikkelen voor de volgende generatie toepassingen. Ze gebruiken AI ook als een ontwerptool. Virtuele modellering in combinatie met AI en ML kan fouten verminderen, voor nieuwe inzichten zorgen, en repetitieve ontwerptaken automatiseren. Dit leidt tot snellere ontwerpcycli, betere prestaties en lagere kosten.

Een van de meest indrukwekkende toepassingen van AI is simulatie. AI-gebaseerde simulaties kunnen de chipprestaties modelleren over een breed scala aan parameters en de resultaten gebruiken om het ontwerp te optimaliseren. Algoritmen voor reinforcement learning kunnen chiplay-outs en -architecturen stap voor stap aanpassen om de snelheid of energie-efficiëntie te maximaliseren. Technieken voor supervised learning kunnen miljoenen eerdere ontwerpen analyseren om patronen en potentiële problemen te identificeren die ingenieurs misschien over het hoofd zien.

Uitdagingen in de toeleveringsketen

Halfgeleiders zijn essentieel voor de vooruitgang van technologie, maar ze brengen ook grote uitdagingen met zich mee voor de bedrijven die ze produceren. De toeleveringsketens van halfgeleiders zijn zeer complex. Ze zijn ook kwetsbaar voor tekorten en verstoringen, zoals we de laatste jaren hebben gezien.

Om de veerkracht van hun toeleveringsnetwerken te vergroten, moeten halfgeleiderbedrijven diversifiëren en niet te afhankelijk zijn van één regio voor materialen, productie of zeldzame aardmetalen. Ze moeten ook meer zichtbaarheid en flexibiliteit hebben in hun toeleveringsecosysteem. Dit betekent dat ze realtime gegevens moeten kunnen delen en ontvangen van hun klanten, fabrikanten, distributeurs en honderden componentleveranciers over de hele wereld.

Digitale tools, zoals supplychain-controltowers, kunnen helpen om deze gegevens te verzamelen en te analyseren om snel beslissingen te kunnen nemen. AI en ML kunnen ook helpen om de vraag te voorspellen, de productiecapaciteit te optimaliseren en de voorraadbuffers strategisch te beheren. Halfgeleiderbedrijven die hun toeleveringsketenoperaties digitaal transformeren, zullen wendbaarder, zichtbaarder en veerkrachtiger worden. Dit zal hen een belangrijk concurrentievoordeel opleveren in een snel veranderende markt.

Groene toekomst halfgeleiderindustrie

Een groene toekomst voor de halfgeleiderindustrie is mogelijk en noodzakelijk. De sector heeft een grote verantwoordelijkheid om zijn ecologische voetafdruk te verkleinen, aangezien de productie van chips veel energie, water en chemicaliën verbruikt. Maar het is ook een kans om innovatie te stimuleren en de concurrentiepositie te versterken. Door gebruik te maken van hernieuwbare energie, de efficiëntie van de fabrieken te verhogen en de chips zo te ontwerpen dat ze minder stroom verbruiken, kunnen halfgeleiderbedrijven hun uitstoot verminderen en hun klanten helpen hetzelfde te doen.

Data-analyse kan een krachtig hulpmiddel zijn om de milieu-impact van elke stap in de waardeketen te meten en te verbeteren. Samenwerking is ook cruciaal om nieuwe groene technologieën te ontwikkelen en gemeenschappelijke normen vast te stellen voor de hele sector. Zo kunnen we samenwerken aan een netto nul-emissie voor de halfgeleiderindustrie.

Partnerschappen en open innovatie

De halfgeleiderindustrie staat voor enorme uitdagingen en kansen. Om de grenzen van de technologie te verleggen, moeten we samenwerken met verschillende spelers in het ecosysteem. Van gieterijen tot toolleveranciers, van cloudpartners tot OEM’s, we hebben allemaal een rol te spelen in het creëren van de volgende generatie chips. Daarom omarmen we co-ontwikkelingspartnerschappen met toonaangevende OEM’s in belangrijke segmenten zoals automotive, mobiele apparaten en industriële automatisering. Zo kunnen we de chipvereisten samen definiëren en de apparaten naadloos integreren in de eindproducten van de OEM.

We staan ook open voor innovatiemodellen die IP-licenties en het delen van vroege ontwerpen mogelijk maken. Dit vereist geavanceerde virtuele modelleringsmogelijkheden om vroege samenwerking te vergemakkelijken en fouten verderop in het proces te voorkomen. We gebruiken gemeenschappelijke dataomgevingen om ontwerpdelen zo efficiënt mogelijk te maken tussen verschillende teams en systemen. We verkennen ook nieuwe modellen zoals chiplet-ontwerp, waarbij modules afzonderlijk worden geproduceerd en geïntegreerd. Dit alles met respect voor de vertrouwelijkheid en veiligheid van IP. We zijn verheugd om deel uit te maken van een levendig partner-ecosysteem dat een enorme creativiteit stimuleert.

Achterblijven is geen optie

De toekomst van de halfgeleiderindustrie ziet er rooskleurig uit dankzij de sterk toegenomen vraag. Tegelijkertijd moet deze industrie alert blijven en zich aanpassen aan de veranderende omstandigheden. Bedrijven kunnen niet achterblijven bij de opkomst van nieuwe technologieën zoals AI, die nieuwe mogelijkheden en uitdagingen bieden. Ze moeten ook slim omgaan met de complexiteit van de wereldwijde markt, samenwerken met andere spelers in het ecosysteem en duurzaamheid hoog in het vaandel dragen.

De halfgeleiderindustrie is de motor van de digitale revolutie. Om deze revolutie te leiden, moeten chipmakers zichzelf voortdurend vernieuwen en verbeteren. Dat betekent dat ze agile moeten zijn, open moeten staan voor innovatie en verantwoordelijkheid moeten nemen voor het milieu. Door efficiënter, groener en slimmer te werken, kunnen ze niet alleen betere chips maken, maar ook een betere wereld. De halfgeleiderindustrie staat voor een unieke kans om het verschil te maken in het volgende tijdperk van intelligente elektronica. Maar dat kan alleen als ze een cultuur van samenwerking, digitalisering en duurzaamheid creëert in het hele ecosysteem. De chipmakers die deze elementen combineren, zullen de toekomst vormgeven en bijdragen aan een schonere en veiligere wereld.

Auteur: Manuel Rei, Semiconductor Industry Solution Experience Director bij Dassault Systèmes