Полупроводники и не только: Перспективы мировой полупроводниковой индустрии 2026

Полупроводники и не только: Перспективы мировой полупроводниковой индустрии 2026

Предисловие

Полупроводниковая промышленность переживает стремительную трансформацию, обусловленную достижениями в области ИИ, геополитическими сдвигами и увеличением государственных инвестиций в отечественное производство. По мере ускорения внедрения ИИ спрос на высокопроизводительные чипы растет, в то время как динамика цепочек поставок меняется под влиянием развивающейся торговой политики и соображений национальной безопасности. В то же время полупроводники становятся незаменимыми в таких отраслях, как автомобилестроение, здравоохранение и энергетика, что стимулирует потребность в непрерывных инновациях и стратегической адаптации.

Устойчивость цепочек поставок и технологический суверенитет в настоящее время являются главными приоритетами как для бизнеса, так и для правительств. Предпринимаются усилия по диверсификации производства и снижению зависимости, однако структурные проблемы сохраняются. Экспортный контроль, ограничения на критически важные материалы и смена торговых альянсов переопределяют ландшафт полупроводников, требуя от компаний ориентироваться в условиях возрастающей сложности, сохраняя при этом свои конкурентные преимущества.

В PwC мы работали вместе с лидерами полупроводниковой отрасли в периоды многочисленных рыночных сдвигов, помогая клиентам адаптироваться к меняющимся рыночным условиям, совершенствовать цепочки поставок и обеспечивать долгосрочный устойчивый рост. Наш глубокий отраслевой опыт позволяет нам предоставлять стратегические идеи по реструктуризации цепочек поставок, операционной эффективности и технологическим инновациям. Поскольку конкурентная и нормативная среда продолжает развиваться, мы по-прежнему стремимся помогать компаниям снижать риски, выявлять возможности для роста и позиционировать себя для долгосрочного успеха.

Поскольку полупроводники становятся еще более центральным элементом глобальных инноваций и экономической безопасности, компании должны применять дальновидный подход, чтобы оставаться конкурентоспособными. С помощью этого отчета мы стремимся предоставить лидерам отрасли, политикам и бизнесу идеи, необходимые им для навигации в будущем этого динамичного сектора. PwC готова поддержать организации в решении проблем, использовании возможностей и раскрытии потенциала полупроводниковой индустрии.

Гленн Бёрм

Партнер Глобальный лидер по полупроводникам

Ключевые моменты

Отчет PwC «Полупроводники и не только» предлагает стратегический взгляд на мировую полупроводниковую индустрию и состоит из трех частей: «Анализ спроса», в которой проводится исследование рыночного спроса на основе пяти конечных рынков; «Анализ предложения», в которой исследуется динамика каждой цепочки создания стоимости; и «Что дальше?», в которой представлены стратегические прогнозы относительно будущих технологий.

Заглядывая вперед, в разделе «Анализ спроса» прогнозируется, что рынок полупроводников вырастет с 0,6 трлн долларов в 2024 году со среднегодовым темпом роста (CAGR) 8,6%, превысив 1 трлн долларов к 2030 году. Среди различных секторов ожидается, что полупроводники для серверов и сетей будут расти быстрее всего — на 11,6% в год, что обусловлено быстрым ростом сервисов генеративного ИИ. Вторым по темпам роста сектором является автомобилестроение, который, как ожидается, будет расти на 10,7% в год благодаря достижениям в области электромобилей и технологий автономного вождения. В рамках этого анализа мы исследуем роль полупроводников в пяти основных секторах, сдвиги в моделях спроса и более широкие последствия, формирующие отрасль. Кроме того, мы анализируем, как технологические достижения влияют на потребление и разработку полупроводников.

Далее, в разделе «Анализ предложения», технологическое развитие и инвестиции сосредоточены на расширении мощностей и совершенствовании процессов вокруг передовых узлов (leading nodes). Хотя развитие этих узлов жизненно важно для отрасли, конкурентоспособность цепочек поставок варьируется от региона к региону. Исторически Соединенные Штаты имели прочные позиции в проектировании чипов, в то время как Азия преуспела в производстве. С другой стороны, регионы Юго-Восточной Азии находятся на переднем крае разработки технологий упаковки. Однако меняющийся спрос, технологические проблемы и геополитические сдвиги меняют цепочку поставок полупроводников, что, вероятно, вызовет значительные сбои.

Наконец, раздел «Что дальше?» предлагает долгосрочный анализ инновационных технологий, которые окажут значительное влияние на рынок полупроводников после 2030 года. Среди множества инновационных достижений мы оцениваем технологическую осуществимость и рыночный потенциал этих технологий с помощью количественных показателей. Признавая эти устойчивые и взаимосвязанные тенденции, мы анализируем технологии, неопределенности и ключевые вопросы, которые они вызывают. Этот анализ может предложить жизненно важную информацию для новых участников рынка и политиков о будущей динамике полупроводниковой промышленности.

Анализ спроса: Полупроводники — двигатель инноваций и повседневной жизни

Почему спрос имеет значение?

Полупроводники незаменимы в современном мире, обеспечивая устойчивый и развивающийся рыночный спрос благодаря быстрому технологическому прогрессу и растущим потребностям секторов. Поскольку спрос опережает предложение, анализ этой динамики может выявить различные пути для использования возникающих возможностей.

Мировой спрос на полупроводники по конечным рынкам

Являясь основой и стимулятором развития центров обработки данных, ИИ, автономных транспортных средств, смартфонов и других развивающихся технологических тенденций, мировой рынок полупроводников, согласно прогнозам, вырастет с 627 млрд долларов (2024 г.) до 1030 млрд долларов (2030 г. прогноз), благодаря повсеместному прогрессу на конечных рынках.

Итоговые показатели рынка:

• 2024 г.: $627 млрд

• 2030 г. (прогноз): $1,030 млрд

• Общий CAGR: +8.6%

(Источник: Omdia, анализ PwC)

Автомобилестроение

Автомобильная промышленность претерпевает глубокую трансформацию, вызванную электрификацией, автономным вождением и программно-определяемыми транспортными средствами (SDV). Эти тенденции быстро становятся отраслевым стандартом, усиливая роль и ценность полупроводников в современных автомобилях.

Поскольку ожидается, что к 2030 году рынок электромобилей (EV) займет большую часть доли, спрос на высоковольтные силовые полупроводники, такие как карбид кремния (SiC), будет стремительно расти. В то же время технология автономного вождения может продвинуться вперед: большинство автомобилей достигнут уровня 2, а все большее число — уровня 3. Эта эволюция может привести к увеличению содержания полупроводников в расчете на один автомобиль, от датчиков и интегральных схем (ИС) связи до процессоров. Распространение SDV может привести к переходу транспортных средств к зональной архитектуре с централизованными вычислительными мощностями, что повысит требования к производительности автомобильных систем на кристалле (SoC).

Автомобиль будущего может стать чем-то большим, чем просто средством передвижения — он может стать новой формой дома, высокопроизводительным компьютером на колесах, бесперебойно работающим на полупроводниках.

Электрификация и связность

Автомобильная промышленность в настоящее время переживает трансформационную фазу, отмеченную электрификацией, автономным вождением и связностью. Благодаря быстрому расширению рынка электромобилей, сначала в Китае, а вскоре в Европе, США и других регионах, производители оригинального оборудования (OEM) все чаще инвестируют в гибриды и электромобили. Ожидается, что к 2030 году такие автомобили могут составить около 50% от общего объема продаж автомобилей.

Появление подключенных и беспилотных автомобилей также формирует будущее автомобильного рынка, способствуя его созреванию. Эти тенденции в сочетании со сдвигом в технологии трансмиссии могут стать новым стандартом для автомобильной промышленности, повышая роль полупроводников.

Мировые продажи автомобилей (млн единиц)

(1) Электромобили включают аккумуляторные электромобили, гибридные электромобили и подзаряжаемые гибридные электромобили. Источник: PwC Autofacts, анализ PwC.

Больше электромобилей? Больше мощности!

Быстрый рост электромобилей, наряду с интеграцией информационно-развлекательных систем и автономного вождения, увеличивает спрос на силовые полупроводники. Они необходимы для управления и преобразования электрических систем в современных автомобилях. По мере перехода автомобильной промышленности от двигателей внутреннего сгорания (ДВС) к гибридным электромобилям (HEV) и электромобилям (EV), силовые полупроводники могут составлять более 50% от общей стоимости полупроводников.

Эффективнее? Более мощные чипы!

Со сдвигом в сторону электрификации эффективное управление мощностью становится более сложной задачей, поскольку привод и управление двигателем, а также дополнительные функции, такие как автономное вождение и информационно-развлекательные системы, зависят от электричества. Поскольку вождение электромобиля означает постоянное переключение высоковольтной мощности, спрос на силовые полупроводники, которые могут эффективно справляться с гораздо более высокой мощностью, может резко возрасти. Если чипы не выдержат высоковольтную среду, это может привести к серьезным эксплуатационным сбоям, таким как возгорание.

Это может привести к росту спроса на новые материалы, такие как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN). По сравнению с кремниевыми чипами, они выдерживают гораздо более высокие напряжения и обеспечивают более высокую скорость переключения, снижая потери мощности при переключении. Поэтому автопроизводители используют GaN для критичных по скорости средневольтных каскадов и SiC в качестве «тяжелой рабочей лошадки» для высоковольтных и высокомощных цепей, балансируя эффективность, вес и общую стоимость системы в трансмиссии электромобиля.

Доля силовых полупроводников SiC и GaN в автомобилестроении

• 2024 г.: Начальный уровень внедрения.

• 2030 г. (прогноз): Ожидается, что более 60% силовых полупроводников будут на основе GaN и SiC.

Содержание полупроводников по уровням автономности

Технология беспилотного вождения делится на уровни от 0 до 5.

• Уровни 0-1: предлагают помощь водителю, такую как предотвращение столкновений и предупреждение о выходе из полосы движения.

• Уровень 2: обеспечивает частичную автономию, например, поддержание дистанции до других автомобилей на дороге.

• Уровень 3: автомобиль может работать без постоянного контроля водителя на шоссе.

• Уровень 4: автономность распространяется на обычные дороги.

• Уровень 5: водитель вообще не требуется, превращая его в простого «пассажира».

К 2030 году большинство новых автомобилей могут иметь уровень 2, при этом уровень 3, вероятно, превысит 10% от общего объема поставок.

По мере повышения уровня автономного вождения автомобилям требуется значительно большая мощность для сбора и обработки данных. Этот прогресс увеличивает сложность архитектуры электроники автомобиля, повышая затраты на полупроводники для высокопроизводительных вычислений (HPC) и расширенных систем помощи водителю (ADAS).

системы помощи водителю (ADAS). Для реализации функций автономного вождения автомобили должны быть оснащены множеством датчиков и чипов связи для сбора информации в реальном времени, вычислительными чипами для обработки этих данных и электронными блоками управления (ECU) для выполнения любых действий с минимальной задержкой. Следовательно, по мере того как транспортные средства становятся более автономными, значительно возрастает как количество установленных чипов, так и средняя цена за чип, что стимулирует рост рынка автомобильных полупроводников.

Глаза, мозг и мышцы автомобиля

Содержание полупроводников по уровням автономии (Единица: $ на автомобиль)

1) Содержание полупроводников по уровням автономности оценивалось с использованием подхода «снизу вверх», путем агрегирования стоимости компонентов и рыночных данных по стадиям автоматизации. Эти оценки могут варьироваться в зависимости от будущих тенденций ценообразования на автономные транспортные средства и рыночных условий.

PwC 12 Полупроводники и далее 2026

• Программно-определяемое транспортное средство меняет принцип работы автомобиля

Просыпались ли вы когда-нибудь и обнаруживали новые функции на своем смартфоне после обновления программного обеспечения? Теперь представьте ту же концепцию применительно к автомобилям. Программно-определяемое транспортное средство (SDV) позволяет внедрять новые функции через обновления без изменения аппаратного обеспечения.

С развитием SDV отрасль движется к зональной архитектуре (Zonal Architecture), где центральный компьютер управляет различными зонами автомобиля. Этот подход еще больше упрощает проводку, снижает физическую сложность и значительно повышает стабильность обновлений программного обеспечения.

Эта архитектурная трансформация меняет и рынок автомобильных полупроводников. Электронные блоки управления (ECU), которые ранее отвечали за отдельные функции, теперь сокращаются в количестве, беря на себя более сложные роли. Фокус смещается с индивидуальных ECU на высокопроизводительные системы на кристалле (SoC), ИИ-акселераторы и чипы высокоскоростной памяти. Чипы связи для передачи данных в реальном времени и защищенные микроконтроллеры (MCU) для защиты программного обеспечения также приобретают все большее значение.

Автомобильные SoC будут интегрировать вычислительные блоки, такие как графические процессоры (GPU) и процессоры сигналов изображений (ISP), но по мере резкого роста требований к вычислениям и перехода архитектуры автомобилей к зональной, использование специализированных ИИ-акселераторов также будет увеличиваться.

Эволюция архитектуры автомобильной электроники

PwC 13 Полупроводники и далее 2026

Спрос на полупроводники по областям применения, 2030 год

Пузырьковая диаграмма иллюстрирует прогнозируемый спрос на полупроводники по основным областям применения на 2030 год. Пунктирные оранжевые линии отмечают средние значения по каждой оси, разделяя области применения на четыре квадранта.

Категории рыночной динамики

Средние показатели:

• Средний CAGR рынка полупроводников: 10.7%

• Средний CAGR содержания полупроводников: 4.2%

Эти две тенденции оказывают значительное влияние на увеличение спроса на полупроводники. В случае с электрифицированными силовыми агрегатами основное влияние оказывается на силовые полупроводники (такие как IGBT и чипы SiC), в то время как автономное вождение преимущественно влияет на блоки управления ADAS. Более того, спрос на электромобили и автономные транспортные средства растет одновременно.

Кроме того, по мере развития и расширения технологий автономного вождения и тенденций SDV, ожидается рост спроса на сопутствующие полупроводники, такие как автомобильные HPC, датчики и чипы связи. Кроме того, существуют ожидания по обновлению полупроводников, связанных с кузовом, информационно-развлекательными системами и безопасностью пассажиров, для улучшения среды внутри автомобиля.

Однако в случае с шасси и двигателями внутреннего сгорания ожидается постепенное сокращение размера рынка из-за снижения технологических инноваций и стагнации объемов рынка.

PwC 14 Полупроводники и далее 2026

Интенсивность спроса на полупроводники по областям применения к 2030 году

PwC 15 Полупроводники и далее 2026

Серверы и сети

С момента резкого роста приложений генеративного ИИ (Gen AI) в 2022 году объем генерируемых и обрабатываемых данных увеличился в геометрической прогрессии. От автоматизации на основе ИИ и распространения IoT до растущего интеллекта транспортных средств и промышленных систем — данные больше не являются просто активом, они являются фундаментом, на котором строится современная цифровая инфраструктура.

Ожидается, что к 2030 году растущий спрос на вычислительные мощности еще больше ускорит рост сегментов CPU, GPU и ИИ-акселераторов, при этом HBM (память с высокой пропускной способностью) останется критически важным компонентом для их поддержки. Специально для серверов крупные технологические компании, включая облачных провайдеров, уже начали разрабатывать свои собственные специализированные интегральные схемы (ASIC) для снижения операционных расходов. В то же время расширение 5G может стимулировать потребность в вычислительных мощностях для сетевого оборудования и радиочастотных (RF) чипов на основе нитрида галлия (GaN) для обеспечения сверхбыстрой связи с низкой задержкой.

Серверы и сети могут стать основой интеллекта, пронизывающего окружающие нас приложения, благодаря непрерывному совершенствованию полупроводников.

PwC 16 Полупроводники и далее 2026

ИИ-дата-центры и связь следующего поколения

Быстрый рост ИИ, систем связи и внедрение передовых технологий клиентами привели к увеличению спроса на центры обработки данных и серверы внутри них. Благодаря инвестициям провайдеров облачных услуг, центров колокации и телекоммуникационных компаний, ожидается, что мировой рынок серверов к 2030 году превысит 300 миллиардов долларов.

В то же время растет спрос на инфраструктуру, поддерживающую соединения между серверами и узлами. Потребность в более быстром, масштабируемом и надежном соединении стимулирует рост рынка таких устройств, как маршрутизаторы и модемы, являющихся основой инфраструктуры. Эта тенденция выходит за рамки одного приложения, охватывая корпоративные, государственные и частные сети.

Мировой рынок серверов (Единица: млрд $)

Мировой рынок сетевой инфраструктуры (Единица: млрд $)

Источник: Gartner, Statista, анализ PwC

PwC 17 Полупроводники и далее 2026

Более быстрые, масштабные и интеллектуальные дата-центры

Это звучит как клише, но это правда: мы живем в мире данных и связи. Сейчас взаимосвязано больше устройств, чем когда-либо прежде, включая автомобили, бытовую технику, смартфоны и ПК. В дополнение к росту числа подключенных устройств, потребители требуют более качественного развлекательного контента, такого как игры AR/VR/XR и бесшовное потоковое видео. Более того, появление «ChatGPT» в ноябре 2022 года стало стимулом как для компаний, так и для частных лиц активно использовать ИИ-сервисы в различных приложениях, которые они только могут себе представить.

Эти приложения генерируют и требуют астрономического количества данных, и мы стали свидетелями только начала этого процесса. При высоком спросе на игры и потоковое видео и, что самое важное, при растущем спросе на ИИ, ожидается, что мировые центры обработки данных к 2030 году более чем вдвое увеличат потребление энергии.

Дата-центры являются важнейшим ресурсом для хранения, обработки и управления данными. Раньше они фокусировались на предоставлении услуг для предприятий, но с ростом спроса они достигли гипермасштабируемого статуса, предоставляя интернет как услугу. Теперь, с появлением специфических для ИИ приложений, дата-центры снова эволюционируют в ИИ-дата-центры, расширяя возможности по предоставлению услуг без потерь для пользователей.

Мировое энергопотребление дата-центров (Единица: ГВт)

Растущее энергопотребление ИИ-дата-центров сигнализирует о растущем спросе на вычисления ИИ и потребности в чипсетах.

PwC 18 Полупроводники и далее 2026

Будущее интеллектуальной инфраструктуры

По мере того как приложения ИИ увеличивают требуемый объем данных для обработки, а масштабы центров обработки данных соответственно растут, операционные расходы на охлаждение и электроэнергию достигли астрономических уровней. Сейчас компании ищут способы работать более экономично.

Первый способ сделать это при одновременном повышении производительности ИИ — использовать чипы, специально разработанные для дата-центров. Эти чипы имеют решающее значение для достижения высокой производительности, поскольку они созданы для более эффективной обработки интенсивных вычислительных требований, чем процессоры общего назначения. Чтобы получить желаемый уровень производительности, компании...

обращаются к этим специализированным чипам для удовлетворения своих потребностей. Однако, даже если они разработаны специально для центров обработки данных, стандартные чипы проектируются для множества клиентов и, следовательно, содержат функции, которые конкретный клиент может не использовать. Поэтому технологические гиганты, такие как поставщики облачных услуг, разрабатывают свои собственные ИИ-ускорители, специально предназначенные для их собственных приложений в центрах обработки данных.

Разрабатывая ИИ-чипы, адаптированные к конкретной рабочей нагрузке, компании могут снизить затраты и энергопотребление, одновременно достигая более высокой производительности. Ожидается, что спрос на ИИ-ускорители будет расти по мере роста потребности в снижении затрат при увеличении спроса на обработку данных. Следовательно, доля доходов от ИИ-ускорителей среди чипов, используемых в центрах обработки данных, может расти очень быстрыми темпами, достигнув примерно 50% от общего объема чипов для центров обработки данных.

В дополнение к ИИ-ускорителям могут также вырасти другие специфические для центров обработки данных чипы, такие как блоки обработки данных (DPU) и передовые чипы памяти, такие как HBM. HBM сокращает узкое место в обработке данных, поддерживая высокопроизводительные графические процессоры (GPU), а блоки обработки данных (DPU) разгружают сетевые рабочие нагрузки центрального процессора (CPU), обрабатывая передачу данных. Продажи этих специфических для центров обработки данных чипов могут продолжать расти, по мере того как они становятся необходимыми.

ИИ-ускорители в центре обработки данных

Источник: анализ PwC

Следующее поколение Wi-Fi и мобильных сетей

Когда объем трафика данных увеличивается, в обновлении нуждаются не только центры обработки данных. Стандартизированные сетевые протоколы для подключения устройств и передачи данных также могут потребовать улучшения.

Ваше устройство может быть подключено через Wi-Fi или сотовые данные прямо сейчас. Буква «G» в 4G/5G означает «Поколение» (Generation), обновляемое примерно каждое десятилетие: от 2G в 1990-х годах для голосовой связи и службы коротких сообщений (SMS) до 3G для мультимедиа в 2000-х годах, и до высокоскоростных 4G (2010-е) и 5G (2020-е). Аналогично развивался стандарт Wi-Fi.

Когда разнообразие и объем беспроводных данных расширяются, это может потребовать более широкой полосы пропускания (более широких полос движения) и новых частотных диапазонов (новых маршрутов). Это похоже на расширение дорог или строительство новых автомагистралей по мере роста объема трафика. Текущих скоростей Wi-Fi и 4G может казаться достаточно, но всплеск данных может в конечном итоге подтолкнуть нас к более высоким стандартам.

С расширением сетей 5G и будущих сетей 6G скорость может стать в 20–100 раз выше, чем в 4G. Такие технологии, как неназемные сети (NTN), использующие спутники в качестве базовых станций, могут еще больше расширить сетевое покрытие.

Аналогично, переход от Wi-Fi 6/6E к Wi-Fi 7 может обеспечить более быструю передачу данных через более широкие каналы. Особенно с технологией многоканальной работы (MLO), Wi-Fi 7 может обеспечить одновременное использование нескольких маршрутов, гарантируя быстрое и стабильное соединение, даже если определенный маршрут будет испытывать помехи — что идеально подходит для игр и потокового видео.

По мере совершенствования стандартов связи обновляются также сетевые устройства и инфраструктура. Хотя эти изменения не так заметны, как модернизация серверов, в будущем сохранится постоянный спрос на улучшенное сетевое оборудование и инфраструктуру.

Поколения Wi-Fi по доле подключенных устройств

Источник: Wi-fi Alliance, анализ PwC

Стандарты сотовой связи по доле подключенных мобильных устройств

Источник: ITU, анализ PwC

Обеспечение передачи данных

Производительность полупроводников должна расти синхронно с обновлением стандартов связи. Полупроводники имеют решающее значение для предотвращения таких проблем, как плохая связь в лифтах или нестабильная сила сигнала в зависимости от местоположения. Полупроводники могут усиливать сигналы, чтобы они имели больший охват без искажений.

Хотя полупроводники остаются важными, ожидается, что рынок полупроводниковых компонентов, поддерживающих 5G, будет расти относительно медленнее по сравнению с рынком для центров обработки данных. Инфраструктура 5G во многих странах в значительной степени созрела, что заставляет телекоммуникационные компании уделять приоритетное внимание инвестициям в центры обработки данных. В результате рост производства полупроводников для телекоммуникационного оборудования, вероятно, останется умеренным до 2030 года.

С другой стороны, с увеличением трафика данных и широким внедрением ИИ на предприятиях наблюдается заметный рост спроса на коммутаторы, маршрутизаторы и интеллектуальные сетевые интерфейсные карты (NIC) для поддержки операций облачных сервисов в центрах обработки данных. Этот сдвиг способствует росту рынка сетевого оборудования для центров обработки данных, локальных сетей (LAN) и глобальных сетей (WAN). Следовательно, прогнозируется, что полупроводники, обслуживающие эти области, продемонстрируют устойчивый рост до 2030 года.

Растущий объем данных может потребовать более совершенного и сложного сетевого оборудования. В результате спрос на ASIC и программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС/FPGA) растет, и все больше компаний-производителей телекоммуникационного оборудования, вероятно, будут разрабатывать свои собственные чипы.

Рынок полупроводников для сетевого оборудования (Ед: млрд долл.)

Источник: анализ PwC

Переход на ВЧ-чипы GaN на рынке телекоммуникаций

РЧ-чипы (радиочастотные чипы) выполняют критически важную функцию усиления беспроводных сигналов для передачи. Появление 5G в миллиметровом диапазоне требует полупроводников, способных работать в высоких частотных диапазонах, которые предлагают GaN (нитрид галлия) и арсенид галлия (GaAs). Более того, в отличие от GaAs, GaN может одновременно выдерживать высокую мощность и высокие частоты, что делает его хорошо подходящим для жестких спецификаций, требуемых базовыми станциями. Ожидается, что преимущества полупроводников GaN проявятся в секторах, требующих надежной связи, таких как базовые станции, оборонная и аэрокосмическая промышленность.

По состоянию на 2025 год, хотя рост телекоммуникационного оборудования 5G может замедлиться по мере созревания этих технологий в развитых странах, сохраняется значительный потенциал глобального роста, обусловленный продолжающимся спросом на модернизацию существующих базовых станций. Несмотря на то, что РЧ-чипы GaN дороже кремниевых вариантов, рынок РЧ-чипов GaN готов к дальнейшему росту. GaN уже занимает более половины рынка РЧ-чипов для телекоммуникационного оборудования и, как ожидается, в будущем захватит до 90% рынка. Однако это не означает, что кремниевые РЧ-чипы могут быть полностью заменены. Базовые станции обычно усиливают сигналы в несколько этапов, что делает чипы на основе кремния экономически выгодным выбором для приложений с более низкими частотами.

Оптимальная частота и мощность по материалам РЧ-компонентов

Рынок РЧ-полупроводников в телекоммуникациях (Ед: млрд долл.)

Источник: IEEE, анализ PwC

Спрос на полупроводники по областям применения, 2030 г.

Модели ИИ становятся более сложными, а наборы данных расширяются, что приводит к росту потребности в высокоскоростной передаче данных как внутри центров обработки данных, так и по сетям. В результате наблюдается значительный рост спроса на серверы, которые могут управлять этим растущим трафиком данных, что стимулирует рост рынка.

Спрос на карты-ускорители, включая ИИ-ускорители, резко возрастает из-за повышенной потребности в передовых серверах, улучшенных возможностях ИИ и индивидуальном дизайне. Кроме того, спрос на корпоративные локальные сети (LAN) будет расти для обработки более быстрого трафика данных. С развитием стандартов связи ожидается увеличение доли чипов в общей стоимости мобильных базовых станций и оборудования фиксированного доступа.

Между тем, корпоративные WAN, беспроводные локальные сети (WLAN) и магистральная инфраструктура стабильно расширяются в объемах рынка из-за повышенного трафика данных и потребностей в связи. Несмотря на этот рост, доля затрат на полупроводники вряд ли значительно увеличится, поскольку основные инвестиции в телекоммуникационную инфраструктуру уже сделаны.

ИИ и связь: темпы роста

Средний CAGR рынка: 11.6% / Средний CAGR содержания: 2.2%

Интенсивность спроса на полупроводники по приложениям к 2030 году

Легенда:

• L – Скачок (Leap)

• E – Расширение (Expand)

• T – Трансформация (Transform)

• S – Стагнация (Stagnate)

Бытовая техника

Хотя рынок бытовой техники относительно насыщен, технологии ИИ и IoT делают приборы умнее и открывают новый потребительский опыт. Более того, на рынке набирают обороты новые устройства, такие как дополненная реальность (AR) / виртуальная реальность (VR) и носимые устройства.

Рост рынка ИИ-приборов может значительно увеличить спрос на ИИ-процессоры и такие полупроводники, как ИС управления питанием (PMIC), обеспечивающие как энергоэффективность, так и персонализированный опыт. Носимые устройства для игр и здравоохранения могут одновременно стимулировать рынок полупроводников для датчиков, ИС связи, процессоров и многого другого. Наконец, расширение IoT, вероятно, подстегнет спрос на ИС связи, способные поддерживать различные протоколы связи между электронными устройствами.

Полупроводники могут служить основой для продолжающейся эволюции бытовой техники, фундаментально трансформируя «умный опыт», доступный в наших домах.

Традиционная бытовая техника против новых участников

В то время как рынок бытовой техники относительно зрел, интеграция технологий IoT и ИИ в традиционные приборы — такие как холодильники — может ускорить циклы замены устройств потребителями. Одновремен...

...одновременно с этим инновационные продукты, такие как гарнитуры AR/VR и персональные роботы, начинают проникать на рынок бытовой техники.

Полупроводники и далее: 2026 PwC

Традиционный рынок бытовой техники (Единицы: Миллионы)

Рынок новой бытовой техники (Единицы: Миллионы)

Источник: Gartner, Statista, анализ PwC

Умные, мощные и энергоэффективные: следующая волна бытовой техники

Рост интеллектуального опыта в смартфонах, ПК и автомобилях повысил ожидания потребителей и в отношении дома — причем не только в недавно появившихся устройствах, таких как гаджеты AR/VR. Хотя объемы поставок традиционной бытовой техники не растут экспоненциально, функции ИИ интегрируются в телевизоры, роботы-пылесосы и холодильники, стимулируя спрос на ИИ-процессоры на рынке бытовой техники.

В дополнение к производительности, критически важной является энергоэффективность. ИИ также может улучшить показатели энергопотребления приборов. Это особенно важно, так как стандарты энергоэффективности для бытовой техники становятся жестче, включая правила по энергопотреблению в режиме ожидания. Ожидается, что это растущее внимание к эффективности приведет к увеличению спроса на прикладные процессоры (AP), предназначенные для рабочих нагрузок ИИ, а также на ИС управления питанием (PMIC) и компактные ИС управления батареями, которые оптимизируют использование энергии устройством.

СнК (SoC) в бытовой технике с ИИ (Ед. изм.: Млрд долл. США)

Источник: анализ PwC

Бытовая техника с поддержкой ИИ

Ключевые направления: Вычислительная мощность, Интеллектуальные функции, Энергоэффективность.

Рост опыта гиперподключенного дома

Бытовая техника теперь связана друг с другом больше, чем когда-либо прежде, устанавливая новый стандарт «умного» опыта. Такие устройства, как стиральные машины, холодильники, освещение, ИИ-колонки и роботы-пылесосы, теперь взаимодействуют друг с другом для создания бесшовной экосистемы умного дома. Этот тренд дополнительно ускоряется введением стандарта умного дома Matter в 2022 году, который позволяет устройствам разных производителей беспрепятственно общаться между собой.

По мере того как возможность подключения к IoT становится повсеместной в бытовой технике, все больше устройств будут оснащаться ИС связи. Более того, эти чипы — будь то автономные СнК (SoC) или интегрированные в прикладные процессоры (AP) — эволюционируют для поддержки нескольких протоколов связи. Для бесперебойной связи устройства используют несколько каналов в зависимости от ситуации. Matter поддерживает Bluetooth, Wi-Fi и протокол под названием Thread для прямой связи между устройствами. Например, Wi-Fi идеален для передачи больших объемов данных на высокой скорости, что делает его идеальным для смарт-ТВ и смарт-холодильников с дисплеями. Bluetooth используется для связи на малых расстояниях, в то время как Thread, отличающийся энергоэффективностью, подходит для устройств с батарейным питанием или смарт-колонок, которым необходимо напрямую подключаться к другим приборам.

В заключение, по мере того как бытовая техника все чаще внедряет и расширяет свои интеллектуальные возможности IoT, ожидается рост спроса на ИС (интегральные схемы) связи.

ИС связи в бытовой технике (Ед. изм.: Млрд долл. США)

(Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee/Thread, прочие)

Источник: Statista, анализ PwC

Соединяя границы реального и виртуального

Сколько устройств на вас надето прямо сейчас? Носимые устройства — от наушников и гарнитур до смарт-часов, фитнес-браслетов, устройств AR/VR и гаджетов для здоровья — стали неотъемлемой частью нашей жизни. В результате спрос на датчики стремительно растет; устройства AR/VR могут использовать различные датчики для отслеживания взгляда и движений для взаимодействия с пользователем, наряду с камерами и микрофонами для опыта дополненной реальности. Носимые устройства для здравоохранения также используют множество датчиков для мониторинга здоровья, движений и окружающей среды. Инерциальные датчики отслеживают скорость вашего движения, а датчики магнитного поля помогают в анализе, определяя положение вашего тела. Могут продолжать появляться новые датчики, такие как неинвазивные датчики глюкозы в крови, использующие слюну или фотоакустические методы.

Данные, собранные с этих датчиков, часто могут быть зашумленными и нерегулярными. Биологические сигналы колеблются при движении, а внешние помехи от шума и электромагнитных полей могут нарушить точность. Для решения этих проблем полупроводниковая промышленность также фокусируется на разработке передовых процессоров и специализированных для носимых устройств СнК (SoC), что позволяет более эффективно обрабатывать данные датчиков и улучшать общую производительность устройств.

ИС датчиков в носимых устройствах (Ед. изм.: Млрд долл. США)

Типы датчиков: Инерциальные, Изображения (CMOS), Магнитного поля, Окружающей среды (влажность, температура и т.д.), MEMS-микрофоны и др.

Примеры датчиков в носимых устройствах

Бытовая техника становится все более интеллектуальной и подключенной. Телевизоры — самая массовая категория — теперь оснащены функциями улучшения изображения и звука на базе ИИ, управлением умным домом и персонализированными рекомендациями контента, что подталкивает спрос на передовые полупроводники.

Крупная бытовая техника и цифровые приставки также увеличивают долю полупроводников из-за роста интеллектуальных функций и возможностей подключения, в то время как беспроводные наушники и цифровые камеры используют больше полупроводников из-за расширения функциональности и сложности.

С другой стороны, смарт-динамики и потребительские дроны сталкиваются с меньшим давлением со стороны инноваций, и, поскольку большая часть их стоимости приходится на не-полупроводниковые компоненты, их дополнительный спрос на полупроводники остается относительно скромным.

Матрица роста: Интеллектуализация и IoT

Легенда: L — Скачок, E — Расширение, T — Трансформация, S — Стагнация.

Вычислительные устройства

Хотя рынки смартфонов и ПК достигли зрелости, их ценностное предложение смещается в сторону высокопроизводительных моделей, которые переопределяют пользовательский опыт. Появление приложений на базе ИИ — от продвинутой фотографии и игр до ИИ-помощников в реальном времени — должно возобновить рост рынка, дав начало новому поколению ИИ-ПК и ИИ-смартфонов.

С ростом спроса на вычислительные устройства с интегрированным ИИ ожидается ускорение внедрения нейропроцессоров (NPU), дополняющих достижения в области GPU, CPU и процессоров обработки сигналов изображения (ISP) в составе прикладных процессоров. Между тем, технология памяти LPDDR может продолжить развиваться, улучшая производительность, миниатюризацию и энергоэффективность для ПК и смартфонов следующего поколения.

Поскольку приложения ИИ становятся повсеместными, в сочетании с растущими требованиями к дисплеям высокого разрешения, мощным вычислительным возможностям и увеличенному объему памяти, ПК и смартфоны, вероятно, продолжат стимулировать рост полупроводниковой промышленности.

Возобновление роста вычислительных устройств благодаря эволюции с ИИ

Рынки смартфонов и ПК были относительно насыщенными по сравнению с другими областями применения, такими как автомобилестроение и центры обработки данных. Однако по мере того, как ИИ проникает в нашу повседневную жизнь, наметилась тенденция к запуску ИИ-сервисов непосредственно на персональных устройствах. Этот сдвиг вызвал растущий спрос на ПК и смартфоны с поддержкой ИИ, так как пользователи ищут устройства, способные бесперебойно работать с передовыми ИИ-приложениями. Усиление интеграции функций ИИ, от виртуальных помощников до задач машинного обучения на устройстве, оживляет рынок, создавая новые возможности роста для производителей устройств и полупроводниковых компаний.

Глобальный рынок смартфонов...

PwC 33

Встроенный ИИ (On-device AI) раскрывает следующий потенциал смартфонов и ПК

Смартфоны и ПК всегда были высокотехнологичными устройствами, стимулирующими спрос на передовые чипы, изготовленные по современным техпроцессам. Они должны обрабатывать огромные объемы данных с минимальной задержкой, сохраняя при этом портативность, удобство (благодаря тонкому и легкому дизайну) и длительное время автономной работы. В результате производительность процессоров приложений (AP), которые объединяют высокопроизводительные вычислительные блоки, такие как CPU, GPU и ISP, стала ключевым фактором конкурентоспособности на рынках смартфонов и ПК.

Растущей тенденцией, еще больше повышающей производительность устройств, является переход к «периферийному ИИ» (edge AI). Ранее эти задачи решали CPU или GPU, но по мере того как модели ИИ становятся сложнее, а объем конфиденциальных данных растет, это привело к внедрению нейронных процессоров (NPU) внутри устройств. NPU, специализированное ядро для обработки задач ИИ, интегрированное в AP/SoC, обеспечивает более быструю и безопасную обработку данных. Ожидается, что эта тенденция будет способствовать росту рынка полупроводников, особенно в линейках продуктов премиум-класса.

Благодаря более быстрым и безопасным NPU и передовому встроенному ИИ смартфоны и ПК смогут предложить бесшовный опыт взаимодействия с ИИ. Смартфоны, вероятно, смогут резюмировать звонки в режиме реального времени и мгновенно улучшать фотографии без использования внешних приложений. ПК смогут обеспечить интеллектуальное шумоподавление для более четких видеозвонков и предоставлять перевод субтитров в реальном времени без задержек. Спрос на смартфоны и ПК с поддержкой ИИ уже растет, и NPU вместе с периферийным ИИ могут продолжить стимулировать рынок чипов в этих отраслях.

Чипы с поддержкой ИИ в смартфонах (Ед. изм.: млрд долл. США)

1) Рынок чипов с поддержкой ИИ для бюджетных смартфонов, вероятно, составит менее 0,3 млрд долларов, поэтому на графике он не отражен. Категория Premium включает флагманские модели. Источник: анализ PwC.

Чипы с поддержкой ИИ в ПК (Ед. изм.: млрд долл. США)

PwC 34

Что стоит за ПК и смартфонами с ИИ

По мере совершенствования процессоров высокопроизводительная память DRAM становится необходимой для поддержки более быстрой передачи данных и бесперебойной обработки. Эта потребность дополнительно подстегивается встроенным ИИ, где обработка ИИ в реальном времени требует эффективных решений памяти, которые справляются с высокими нагрузками данных при сохранении энергоэффективности.

Хотя HBM является синонимом высокопроизводительной памяти, её энергопотребление ограничивает использование в смартфонах и ПК, где критически важно время автономной работы. LPDDR, или DRAM с низким энергопотреблением и двойной скоростью передачи данных, решает эту проблему, балансируя между высокой скоростью обработки и высокой энергоэффективностью, что делает её жизненно важной для смартфонов следующего поколения и вычислений на базе ИИ.

Каждое обновление поколения LPDDR снижает энергопотребление на 30–40% за счет более низкого рабочего напряжения, а усовершенствования конструкции и техпроцесса добавляют еще 10–30% экономии внутри поколения. Будь то смена поколения или модернизация внутри одной группы, цикл обновления удлиняется с 1-2 лет до примерно 3 лет. LPDDR6 (ожидается в 2026 году) может достичь примерно на 50% меньшего энергопотребления по сравнению с LPDDR5, а дополнительные улучшения ожидаются к 2030 году.

По мере расширения рабочих нагрузок ИИ и сохранения приоритета энергоэффективности, LPDDR может продолжить стимулировать рост рынка DRAM, обеспечивая высокопроизводительные и энергоэффективные вычисления в мобильных устройствах и ПК.

Относительное энергопотребление LPDDR по поколениям

Рабочее напряжение имеет тенденцию к снижению с каждым поколением, наряду с обновлениями внутри поколения. Энергопотребление падает примерно на 50% по мере смены поколений. Источник: интервью с экспертами, анализ PwC.

PwC 35

Превращение любителя в профессионала: Процессоры обработки сигналов изображения (ISP)

Фотография когда-то требовала тщательных ручных настроек, но последовательные волны автоматизации — сначала в пленочных «мыльницах», позже в цифровых компактных камерах, а теперь и в смартфонах — сделали получение высококачественных изображений необременительным делом.

В основе этого процесса лежат сенсор камеры и ISP. Сенсор функционирует как «глаз», принимая свет и преобразуя его в электрические сигналы. ISP здесь действуют как мозг, анализируя и обрабатывая эти сигналы в режиме реального времени для улучшения конечного изображения. Высокопроизводительные камеры смартфонов полагаются на синергию между сенсорами высокого разрешения, несколькими объективами и, самое главное, мощными ISP.

По мере усложнения функций камер растут и ожидания потребителей относительно качества фотографий. Чтобы удовлетворить этот спрос, смартфоны теперь оснащаются модулями с несколькими камерами — например, тройными или четверными — и сенсорами с более высоким разрешением, что, в свою очередь, требует еще более быстрых ISP. Конечно, растет спрос на линзы или большее количество пикселей сенсоров, но именно роль ISP заключается в том, чтобы использовать эти ресурсы и воплотить в жизнь высокое качество изображения.

Как обрабатываются изображения с помощью датчиков изображения и ISP

Объект -> Линза -> Датчик изображения (Аналоговый сигнал) -> ISP (Цифровой сигнал) -> Дисплей

В то же время уменьшение рамок и увеличение отношения площади дисплея к корпусу оставляют меньше внутреннего пространства, поэтому критически важными становятся многослойные линзы, перископическая оптика и маломощные блоки интеллектуальной собственности (IP) для ISP.

Следовательно, достижения в области миниатюрных модулей камер и высокоразвитых встроенных в чип ISP становятся новым драйвером роста для полупроводников смартфонов, позволяя будущим устройствам делать снимки профессионального уровня прямо у вас на ладони.

PwC 36

Спрос на полупроводники по сегментам применения, 2030 г.

По мере расширения функциональных возможностей смартфоны перестают быть просто средствами связи и укрепляют свои позиции в качестве вычислительных устройств. Более того, в настоящее время в сегменте смартфонов наблюдается более сильный рост спроса на полупроводники по сравнению с другими вычислительными устройствами, такими как ПК и ноутбуки.

Среди них смартфоны высокого сегмента (high-end) пользуются повышенным спросом из-за более низких затрат на периферийные устройства (такие как объективы камер и дисплеи) и относительно доступных цен по сравнению с сегментом премиум. Напротив, спрос на бюджетные модели (low-end) остается относительно слабым.

В последнее время, поскольку вычислительные устройства все чаще оснащаются функциями ИИ, доля затрат на полупроводники в себестоимости продукции (COGS) стремительно растет, особенно в ноутбуках и смартфонах. Интеграция функций ИИ происходит более активно в ноутбуках по сравнению с настольными ПК, что приводит к относительно большему увеличению доли стоимости полупроводников в ноутбуках.

С другой стороны, в таких сегментах, как смарт-карты и внешние съемные накопители, наблюдается относительно слабая интенсивность спроса.

Матрица интенсивности спроса (CAGR рынка vs CAGR содержания полупроводников)

• Скачок (Leap) / Среднее 5,5%: Премиум-смартфоны, Смартфоны высокого сегмента.

• Трансформация (Transform): Ноутбуки, Планшеты, Внешние мониторы.

• Расширение (Expand): Настольные ПК.

• Стагнация (Stagnate) / Среднее 1,2%: Смарт-карты, Бюджетные смартфоны, Внешние съемные накопители.

PwC 37

Интенсивность спроса на полупроводники по сегментам применения к 2030 году

Условные обозначения: L — Скачок (Leap), E — Расширение (Expand), T — Трансформация (Transform), S — Стагнация (Stagnate).

PwC 38

Промышленный сектор

Полупроводники помогают революционизировать самые разные отрасли промышленности. Ускоряющийся переход к возобновляемым источникам энергии в ответ на климатические риски, растущая потребность в медицинских инновациях из-за старения населения и подъем интеллектуального производства на заводах и фермах — вот ключевые примеры тенденций, глубоко связанных с достижениями в области полупроводников.

Полупроводники поддерживают специалистов здравоохранения, обеспечивая более быструю диагностику, эффективные операции и профилактику заболеваний с помощью передовых CPU, GPU, биосенсоров и технологий MEMS. Переход к возобновляемой энергии также стимулирует спрос на силовые полупроводники на основе карбида кремния (SiC), в то время как расширение интеллектуального производства во всех отраслях стимулирует рынок полупроводников в сегментах датчиков, ИС связи и чипов ИИ.

По мере того как отрасли продолжают интегрировать интеллект, автоматизацию и ИИ, полупроводники, вероятно, будут проникать во все новые области, повышая эффективность и стимулируя дальнейшие инновации.

PwC 39

Отрасли никогда не перестают меняться

Отрасли по всему миру — включая здравоохранение, сельское хозяйство, производство и оборону — постоянно развиваются под влиянием глобальных демографических сдвигов, повышения производительности за счет новых технологий, появления новых категорий продуктов и рисков, связанных с климатом. Многие из этих факторов стимулируют спрос на более высокопроизводительные полупроводники и рост их общего объема. К 2030 году чипы, вероятно, будут встроены в еще более широкий спектр повседневных приложений.

Прогнозы развития отраслевых рынков

Источник: IEA, Statista, Gartner, анализ PwC.

PwC 40

Полупроводники в сердце медицинских инноваций

Общемировой тенденцией является то, что население...

Полупроводники в будущем медицинском обслуживании

Население стареет, что вызывает естественный всплеск интереса к здравоохранению. Полупроводники играют жизненно важную роль в медицинских инновациях. Одним из примечательных примеров является роботизированная хирургия, которая занимает все большую долю рынка. В США количество операций по лечению вентральных грыж с помощью роботов выросло с 2,1% в 2010 году до более чем 20% в 2020 году. 1) Этот рост обеспечивается технологией микроэлектромеханических систем (MEMS), которая позволяет создавать датчики и исполнительные механизмы для точных движений, в то время как анализ на базе графических процессоров (GPU) в реальном времени помогает глазам хирурга.

Диагностика, такая как КТ, МРТ и 3D-УЗИ на базе GPU, развивается, позволяя выявлять мельчайшие детали, которые ранее были незаметны. Инструменты ИИ в облаке и на периферии (Cloud/Edge AI), работающие на базе центральных процессоров (CPU), GPU и ИС связи, могут еще больше повысить точность и эффективность диагностики. Помимо физических больниц, полупроводники также открывают возможность удаленной диагностики и мониторинга состояния пациентов с помощью биосенсоров, аналитики ИИ и роботов для послеоперационного ухода, оснащенных датчиками, микроконтроллерами (MCU) и коммуникационными ИС.

Некоторые полупроводники должны получать сертификаты, проходя испытания на электробезопасность и электромагнитную совместимость (ЭМС), или должны производиться с расчетом на прохождение этих испытаний как готовое устройство. Хотя это область с относительно строгим регулированием, для производителей чипов открываются широкие возможности в медицине — от MEMS до ускорителей ИИ, GPU и многого другого.

Полупроводники в будущих областях медицинского обслуживания

Рынок полупроводников для медицины и здравоохранения

(Единица измерения: млрд долл. США)

1. Брайан Т. Фрай, «Хирургический подход и долгосрочные рецидивы после пластики вентральной грыжи», 2024 г.

Полупроводники и далее 2026

Переход к возобновляемым источникам энергии

В связи с растущим вниманием мирового сообщества к климатическому кризису, мировые мощности солнечных фотоэлектрических станций и ветроэнергетики выросли с 900 ГВт в 2016 году до более чем 2000 ГВт в 2023 году. Эти изменения ускоряются, и ожидается, что к 2030 году общая мощность достигнет 5500 ГВт. По данным МЭА (IEA), ожидается, что солнечная фотоэлектрическая (PV) и ветровая энергия обеспечат более 90% прироста мощностей возобновляемых источников, поскольку они являются наиболее доступными и быстрорастущими источниками.

Как солнечная, так и ветровая энергетика в значительной степени полагаются на полупроводники для обеспечения эффективной передачи и использования энергии. Солнечная энергия, вырабатываемая в виде постоянного тока (DC), должна быть преобразована в переменный ток (AC) для совместимости с энергосистемой. Кроме того, из-за изменчивости солнечного света и скорости ветра полупроводники играют решающую роль в стабилизации выходной электрической мощности из возобновляемых источников.

Для стабильной и эффективной передачи энергии в энергетическом секторе особенно востребованы полупроводники, способные выдерживать высоковольтную среду по сравнению с другими областями применения, что делает карбид кремния (SiC) критически важным материалом.

По мере расширения внедрения возобновляемых источников энергии растут также интеллектуальные сети (smart grids) и системы накопления энергии (ESS). Они обеспечивают стабильное снабжение возобновляемой энергией, сохраняя избыток электроэнергии и перераспределяя ее при падении производства. Для этого интеллектуальным сетям требуется постоянный мониторинг мощности, что ведет к росту спроса на ИС связи по всей сети и CPU/GPU на центральных станциях управления. Системы ESS, выступающие в роли резервных батарей, также полагаются на инверторы, преобразователи с силовыми полупроводниками и системы управления батареями (BMS).

По мере роста использования возобновляемой энергии со временем рост спроса на силовые полупроводники неизбежен.

Энергетические требования по сферам применения

BMS и силовые полупроводники

• Управление сетью: Силовые полупроводники IGBT/MOSFET (SiC), ИС связи для интеллектуальной сети.

• Ветер: Силовые полупроводники IGBT/MOSFET (SiC), ИС связи для интеллектуальной сети.

• Солнечные ФЭ: Силовые полупроводники (SiC).

• ESS (Системы накопления энергии): CPU (или ускорители ИИ) и ИС связи для централизованной управляемости.

Эволюция интеллектуального производства продолжается

В условиях роста стоимости рабочей силы и сокращения численности персонала быстро развиваются «умные» заводы, которые улучшают все производство и логистику с помощью ИИ и IoT. Они в значительной степени полагаются на полупроводники для обеспечения автоматизации. ИС связи позволяют оборудованию IoT на всем заводе отслеживать сырье и запасы в режиме реального времени. Промышленные компьютеры (программируемые логические контроллеры, или ПЛК) используют ASIC или CPU для удаленного управления оборудованием. Датчики, MCU и устройства MEMS помогают обнаруживать дефекты и осуществлять точное управление оборудованием. А ИС управления питанием (PMIC) помогают поддерживать энергоэффективность этих систем.

Если попытаться определить уровень автоматизации на основе пирамиды автоматизации, то сейчас компании переходят с уровней 0-1 на уровни 2-3 и даже 4 и 5 для повышения эффективности. С волной полностью автоматизированных заводов мы сможем увидеть больший спрос на вычислительные мощности и ИС связи в промышленности.

Более того, спрос на автоматизированное интеллектуальное производство относится не только к массовому производству на заводах, но и к умному сельскому хозяйству и аквакультуре. На умных фермах датчики отслеживают условия окружающей среды, передавая данные процессорам ИИ, которые улучшают рост сельскохозяйственных культур. Автоматизированная техника, управляемая GPS, MCU и CPU, выполняет посадку и сбор урожая. Умная аквакультура следует аналогичной модели с датчиками качества воды, системами машинного зрения для подсчета рыбы и роботами для кормления с управлением ИИ.

Содержание полупроводников по уровням автоматизации 1)

(Единица измерения: тыс. долл. США)

1. Стоимость полупроводников оценивалась исходя из завода площадью 10 000 м² по производству автокомпонентов с простой линией; цифры иллюстрируют общую тенденцию.

Передовые системы обороны требуют передовых чипов

По мере роста геополитической напряженности и угроз безопасности растут и мировые оборонные бюджеты. С 2015 по 2022 год средний оборонный бюджет составлял около 2 триллионов долларов, но ожидается, что к 2030 году эта цифра достигнет 3–4 триллионов долларов. Это увеличение бюджета направляется не только на традиционное наращивание военной мощи, но и на высокотехнологичные инновации, беспилотные системы и передовые технологии ведения войны.

Оборонные системы строятся вокруг ключевых этапов: предотвращение и обучение, радиолокационное обнаружение, командование и контратака. В настоящее время системы обнаружения в реальном времени в сочетании с машинным обучением и устройствами VR/AR поддерживают конкретные стратегии обороны. Что касается командования, то «программно-определяемая оборона» с анализом данных на основе ИИ и поддержкой принятия решений в реальном времени быстро внедряется из-за потребности отрасли в быстром реагировании. Требуются высокие уровни безопасности, что ведет к росту сегмента полупроводников со встроенным ПО для обеспечения безопасности и шифрования для предотвращения кибератак.

В боевых сценариях устройства теперь могут быть подключены к командному пункту, некоторые даже активируются чипами Edge AI. Полупроводники, используемые в боевых условиях, также требуют высокой надежности и долговечности, поэтому для сред с высоким уровнем радиации могут использоваться упаковочные материалы, такие как керамика. Ожидается рост спроса на высокопроизводительные РЧ-чипы GaN (нитрид галлия).

Мировой оборонный бюджет

(Единица измерения: млрд долл. США)

Поток оборонных процессов и полупроводники

Спрос на полупроводники по сферам применения, 2030 год

Умные заводы готовы к расширению, что приведет к росту производства оборудования и инфраструктуры управления, особенно за счет модернизации микроконтроллеров (MCU). Одновременно с этим растущий сектор возобновляемой энергетики также увеличит спрос на высоковольтные силовые полупроводники.

Активная интеграция роботов в производство усилит потребность в полупроводниках, особенно в процессах тестирования, измерения и автоматизации. Применение ИИ в медицине и здравоохранении приведет к более высокому уровню содержания полупроводников в устройствах.

В отличие от этого, военная промышленность и промышленность безопасности полагаются на кастомизированные чипы, что ведет к фрагментированному спросу. Твердотельное освещение (LED) приближается к стадии зрелости, что приведет к более низким темпам роста в будущем по сравнению с другими отраслями.

Среднегодовой темп роста (CAGR) рынка полупроводников по отраслям

Средний показатель по рынку: 8,8%

Сферы применения и тенденции спроса

в то время как сегмент встроенных в устройства DSP/FPGA и ASIC растет медленно из-за строгих циклов сертификации. Улучшение энергоэффективности и более строгие нормы выбросов углерода ускоряют переход на возобновляемые источники энергии и увеличивают использование силовых чипов для управления высокой мощностью. Рынок общего освещения является зрелым, но решения mini/micro LED, умное освещение и садоводческие светильники повышают спрос на передовые ИС драйверов светодиодов, беспроводные микроконтроллеры (MCU) и датчики.

По мере продвижения автоматизации заводов расширяется и автоматизация контроля качества, что стимулирует рост спроса на различные сенсорные полупроводники. На рынках круизных лайнеров и казино растущий спрос на ИИ и возможности высокого разрешения/многопользовательские функции стимулирует более глубокую интеграцию графических процессоров (GPU) и памяти. Несмотря на ограниченную долю затрат в сельском хозяйстве, ориентированном на технику, «умное» фермерство ускоряет спрос на датчики, обеспечивая сильный рост рынка полупроводников. Смежный рынок аэрокосмической отрасли растет; однако, поскольку это рынок, где критически важна надежность, миграция узлов происходит медленнее и обусловлена скорее стоимостью одного чипа, чем объемом поставок.

Полупроводники и период после 2026 года

• L (Leap): Скачок

• E (Expand): Расширение

• T (Transform): Трансформация

• S (Stagnate): Стагнация

Анализ предложения: Гонка за лидерство в полупроводниковой отрасли

Почему предложение имеет значение?

Цепочка поставок полупроводников сталкивается с растущей сложностью и волатильностью, вызванными геополитическими факторами, локализацией и повышенными ожиданиями клиентов. В этом разделе рассматриваются рыночные тенденции и технологические достижения, оценивается их влияние на будущие сбои и устойчивость цепочки поставок.

Проектирование, IP и EDA

С ростом мирового рынка проектирования полупроводников по всему миру осуществляются значительные инвестиции, что усиливает конкуренцию в этой области. По мере роста сложности проектирования на передовых технологических узлах затраты, связанные с лицензированием IP и использованием инструментов EDA, резко возросли, что сделало снижение затрат критическим фактором конкурентоспособности.

В последнее время наблюдается заметный сдвиг от чипов общего назначения к специализированным полупроводникам, сопровождаемый растущим вниманием к низкому энергопотреблению и управлению тепловыделением. Несмотря на эти вызовы, инновации в дизайне остаются основным двигателем повышения производительности полупроводников. Ожидается, что тесное сотрудничество между бесфабричными (fabless) компаниями, контрактными производителями (foundries) и поставщиками IP, наряду с текущими инвестициями в специализированные архитектуры, будет способствовать дальнейшему росту рынка. В конечном счете эти усилия могут способствовать развитию всей экосистемы полупроводников.

Глобальный рынок проектирования полупроводников

Где начинается лидерство в полупроводниках

Полупроводниковая промышленность находится в авангарде глобальной гонки за технологическое превосходство, при этом каждый регион вкладывает огромные средства в укрепление своей полупроводниковой экосистемы. Проектированию полупроводников уделяется повышенное внимание как фактору, определяющему ценность и дифференциацию продукта, особенно на рынках высокого уровня, таких как ИИ, центры обработки данных и автономные транспортные средства.

Производительность чипов зависит не только от передовых технологий производства. Такие факторы, как энергоэффективность, безопасность и функциональность, закладываются на этапе проектирования, что побуждает регионы принимать специализированные стратегии.

Региональные стратегии проектирования:

• США: Сосредоточены на ИИ и высокопроизводительных вычислениях (HPC).

• Китай: Развивает широкие внутренние возможности для самообеспечения.

• Европа: Стремится к лидерству в таких областях, как силовые чипы с широкой запрещенной зоной.

• Япония: Фокусируется на автомобильных полупроводниках и датчиках изображения.

• Корея: Объединяет сильные стороны в производстве памяти и контрактном производстве с опытом проектирования для освоения новых приложений в мобильной связи, ИИ и автомобилестроении.

Обеспечение квалифицированной рабочей силой для проектирования полупроводников остается острой проблемой. К 2030 году может потребоваться более 300 000 инженеров, тогда как текущий показатель составляет около 200 000. Поскольку инженерам требуются передовые компетенции, быстрое расширение этого кадрового резерва является сложной задачей. Поэтому укрепление инструментов EDA, инфраструктуры IP и инициатив по обучению может иметь решающее значение для стабильной экосистемы проектирования.

Примечание: Символ круга обозначает масштаб рынка в $10 миллиардов.

Вступление в эру специализированных ИС

Логические полупроводники обычно делятся на две категории: общего назначения и специализированные чипы. Чип общего назначения предназначен для решения широкого круга задач; такие чипы обеспечивают гибкость при поддержке различных рабочих нагрузок и обновлений программного обеспечения. Однако эта универсальность часто обходится дорого, так как чипам общего назначения не хватает эффективности, необходимой для узкоспециализированных вычислительных функций.

Здесь в игру вступают специализированные чипы (application-specific chips). Со временем эти чипы набрали популярность, чтобы восполнить разрыв в производительности чипов общего назначения. Хотя они предлагают меньше гибкости, они создаются специально для соответствия конкретным требованиям, обеспечивая превосходную производительность, энергоэффективность и надежность по сравнению с аналогами общего назначения.

Сегменты специализированных чипов:

1. ASSP: Адаптированы для более широкого сегмента рынка или доменного использования.

2. ASIC: Высокоспециализированные чипы, обычно разрабатываемые для конкретного продукта или ограниченного круга клиентов.

Высокие затраты и проблемы избыточных характеристик в ASSP стимулировали спрос на ASIC. Однако, учитывая глубоко индивидуальный характер ASIC, ограничивающий их применение, обеспечение конкурентоспособности по стоимости за счет достаточного объема производства стало долгосрочной проблемой. По мере развития разработки ASIC спрос на специализированные архитектуры проектирования может возрасти, что, в свою очередь, создаст благоприятный цикл для обретения ASIC ценовой конкурентоспособности и продолжения роста.

Мировой рынок логических полупроводников (Млрд $)

Баланс производительности и энергопотребления

На протяжении многих лет инженеры-полупроводники балансировали между производительностью, энергопотреблением и площадью — классический треугольник «P-P-A» (Performance, Power, Area). Но по мере того как процессоры становятся быстрее и работают при более высоком напряжении, их энергопотребление резко возрастает, выделяя больше тепла и используя больше электричества. В крупных центрах обработки данных эта дополнительная мощность ведет к значительным затратам.

Масштабирование техпроцессов добавляет еще одну проблему. Передовые узлы размещают гораздо больше транзисторов на одном и том же куске кремния. Каждый переключатель сам по себе более эффективен, но огромная плотность повышает общую мощность в ваттах на квадратный миллиметр и создает «горячие точки». Если эти точки не контролировать, мобильность транзисторов падает, временные запасы сокращаются, а в крайних случаях может произойти необратимое повреждение.

Решения в области энергоэффективности:

• Динамическое масштабирование напряжения и частоты.

• Разделение на чиплеты (chiplet partitioning).

• Управление тепловыделением с помощью ИИ.

В будущем дорожные карты НИОКР указывают на архитектуры, которые нацелены одновременно на высокую вычислительную пропускную способность и низкое энергопотребление — например, специализированные ускорители, которые активируются только для определенных задач. Отрасль переопределяет понятие «быстрее», теперь это означает «быстрее и холоднее».

Потребление энергии GPU в центрах обработки данных

Невоспетые герои, обеспечивающие будущее проектирования

Полупроводниковый IP (Intellectual Property) относится к интеллектуальной собственности, связанной с проектированием полупроводников, что по сути означает предварительно спроектированные блоки.

Ключевые типы IP:

• Interface IP (Интерфейсный IP): Отвечает за обмен данными и возможность соединения между чипами. Прогнозируется самый высокий темп роста из-за критической роли в ИИ и автономном транспорте.

• Processor IP (Процессорный IP): Управляет контролем и вычислениями системы (CPU, MCU). Доминирует на рынке, так как используется в дорогостоящих чипах для смартфонов и серверов.

Эти блоки IP действуют как детали конструктора для кремния, позволяя бесфабричным компаниям сосредоточиться на дифференциации на системном уровне, сокращая циклы проектирования на месяцы и экономя миллионы на единовременных затратах на проектирование (NRE).

Мировой рынок полупроводникового IP (Млрд $)

Стремительный рост затрат на проектирование чипов: как сдержать расходы?

По мере совершенствования полупроводниковых технологий сложность проектирования чипов приводит к росту затрат на разработку. Соответствие требованиям высокой производительности, низкого энергопотребления и высокой плотности в смартфонах, центрах обработки данных и ИИ требует эффективной интеграции множества функций, что делает полупроводниковый IP крайне важным. Предварительно спроектированные блоки IP...

IP-блоки, такие как CPU, GPU и ИИ-ускорители, сокращают время разработки и повышают производительность. Однако переход к передовым техпроцессам экспоненциально увеличивает затраты на разработку и верификацию ИС (интеллектуальной собственности), усиливая финансовое давление. На рынке, где передовые ИС имеют критическое значение для связи, такие как базовые станции, оборонная и аэрокосмическая отрасли. По состоянию на 2025 год, хотя рост телекоммуникационного оборудования 5G может замедлиться по мере созревания этих технологий в развитых странах, сохраняется значительный глобальный потенциал роста за счет продолжающегося спроса на модернизацию существующих базовых станций. Несмотря на то, что РЧ-чипы на основе нитрида галлия (GaN) дороже кремниевых аналогов, рынок РЧ-чипов GaN готов к дальнейшему росту. GaN уже составляет более половины РЧ-чипов на рынке телекоммуникационного оборудования и, как ожидается, в будущем займет до 90% рынка. Однако это не означает, что кремниевые РЧ-чипы могут быть полностью заменены. Базовые станции обычно усиливают сигналы в несколько этапов, что делает чипы на основе кремния экономически выгодным выбором для приложений с более низкими частотами.

PwC Стоимость проектирования чипа (Единица измерения: млн долл. США)

Структура затрат (± проценты)

• Лицензирование ИС и роялти: ± 10~20%

• Front-end и Back-end проектирование: ± 10%

• Образцы и фотошаблоны: ± 15~20%

• EDA и инструменты проектирования: ± 20~30%

• Прочее: ± 25~35%

Источник: Интервью с экспертами, анализ PwC

PwC Мировой рынок EDA

1. Synopsys, Cadence, Siemens

Источник: EMIS, анализ PwC

Стимулирование инноваций в EDA через слияния и поглощения

Инструменты автоматизации проектирования электроники (EDA) позволяют инженерам моделировать, верифицировать и улучшать свои проекты еще до создания первого комплекта фотошаблонов, резко снижая риск дорогостоящих повторных циклов проектирования и направляя компоновку к более высокому выходу годных кристаллов. Поскольку системы на кристалле (SoC) стремятся к 2 нм и далее, эти платформы — теперь дополненные ИИ для генерации тестовых сред, обнаружения аномалий и автоматической трассировки — становятся еще более критически важными, обладая потенциалом сократить графики проектирования на десятки процентов в этом десятилетии.

Лидерство на рынке EDA остается высококонцентрированным. Устоявшиеся вендоры пользуются двумя структурными преимуществами.

Во-первых, важна проверенная надежность: поскольку пропущенные дефекты могут уничтожить бюджет на запуск в производство (tape-out), дизайн-хаусы предпочитают поставщиков с многолетней историей и проверенными на кремнии маршрутами сертификации. Во-вторых, высокие технологические барьеры защищают действующих игроков: «большая тройка» потратила миллиарды долларов на НИОКР и поглотила сотни нишевых инструментов посредством систематических слияний и поглощений.

В будущем глубина проприетарных наборов данных, используемых для обучения инструментов EDA на базе ИИ, как ожидается, станет ключевым конкурентным преимуществом, и крупные игроки уже приобретают стартапы как ради инновационных алгоритмов, так и ради данных, которые их питают.

Для производителей чипов концентрированная база поставщиков может означать более высокие лицензионные сборы, однако прирост производительности часто перевешивает эту премию. Вместо того чтобы надеяться на появление новых участников рынка EDA, большинство клиентов, вероятно, сосредоточатся на налаживании более тесных партнерских отношений, внедрении облачных потоков инструментов и разработке внутренних сценариев автоматизации, чтобы извлечь больше выгоды из экосистемы, которая сейчас лежит в основе большинства передовых полупроводниковых проектов.

Объем рынка EDA (Единица измерения: млрд долл. США)

PwC Производство

В секторе предварительного производства (front-end) в нескольких регионах ведется строительство новых заводов. Эта тенденция инвестирования ускорилась под влиянием государственных субсидий и необходимости стабилизации цепочек поставок, поскольку компании одновременно осуществляют крупномасштабные инвестиции в объекты и технологические достижения.

В сегментах Logic (Логика), Memory (Память) и DAO (Дискретные компоненты, аналоговые схемы, оптоэлектроника) очевидны значительные различия в стратегиях по территориям. Некоторые стремятся сохранить свои позиции в областях, где они ранее укрепились, в то время как другие пытаются освоить новые домены.

По мере того как мировой спрос на высокопроизводительные, энергоэффективные и высоконадежные чипы продолжает расти, крупные универсальные заводы, способные параллельно запускать несколько технологических узлов, вероятно, станут необходимыми для поддержания темпов производства и обеспечения следующей волны роста отрасли.

PwC Мировые производственные мощности по размеру пластин

• Смартфоны, Облачные вычисления: +8.4% в год

• ПК, Интернет: +10.4% в год

• Искусственный интеллект (Прогноз): +9.1% в год

Мощности пластин (Единица измерения: млн пластин в 200-мм эквиваленте в месяц)

Источник: Анонсы компаний, интервью с экспертами, анализ PwC

Мощности пластин продолжают расти

С 1990-х до середины 2000-х (150 мм → 200 мм)

По мере перехода заводов со 150 мм на 200 мм пластины, больший размер пластин увеличивал выход чипов и снижал себестоимость единицы продукции. Спрос на ПК в эпоху раннего Интернета ускорил внедрение 200-мм пластин, однако многие 150-мм линии выжили, переориентировавшись на силовые дискретные компоненты, MEMS и РЧ-компоненты.

С конца 2000-х до 2010-х (200 мм → 300 мм)

Intel, TSMC и Samsung запустили массовое производство на 300-мм заводах уже в 2001 году, используя полную автоматизацию и лучший эффект масштаба. IDM-производители памяти быстро последовали их примеру, а контрактные производители (foundries) расширили 300-мм мощности для передовых техпроцессов. После краткого затишья в производстве на 200-мм пластинах с 2016 года началась вторая волна инвестиций, вызванная датчиками IoT, CMOS-матрицами и силовыми ИС, особенно в Китае и Юго-Восточной Азии.

2020-е годы и далее

Поскольку разработка 450-мм пластин была отложена по соображениям стоимости, 300 мм остаются основной рабочей силой для логики на передовых узлах и наращивания производства DRAM/3D NAND. В то же время спрос на SiC, GaN, аналоговые и специализированные решения для обработки изображений держит 200-мм и 150-мм заводы загруженными, что указывает на умеренный, но устойчивый рост для всех трех размеров пластин до 2030 года.

PwC Мировые инвестиции в полупроводниковые заводы

Источник: Анонсы компаний, интервью с экспертами, анализ PwC

Расходы «Золотой лихорадки» на новые заводы

Соединенные Штаты и Китай удерживают звание ведущих инвесторов в полупроводниковой промышленности. Китай стремится к самообеспеченности, чтобы компенсировать экспортный контроль США, в то время как Соединенные Штаты направляют огромный капитал в новые объекты для укрепления своего внутреннего сектора чипов.

В сегменте логических полупроводников достижения в области ИИ и высокотехнологичных областей сделали логические чипы критически важными, что обеспечило им наибольшую долю финансирования. США и Тайвань расширяют инвестиции в передовые техпроцессы, в то время как Китай в основном фокусируется на относительно устаревших (legacy) узлах в условиях ограничений на импорт передового оборудования.

Корея, вероятно, сохранит лидерство на рынке памяти благодаря значительным инвестициям в DRAM и NAND flash, делая упор на масштаб и ценовую конкурентоспособность. Поскольку память с высокой пропускной способностью (HBM) становится необходимой для ИИ, корейские полупроводниковые лидеры увеличивают расходы для укрепления своих позиций.

Полупроводники DAO обычно требуют меньшей технологической сложности, чем логика или память, что часто приводит к более низким капитальным затратам. Значительные расходы Китая в сегменте DAO можно рассматривать как попытку смягчить ограничения на высокотехнологичное оборудование путем концентрации на областях с относительно низкими барьерами для входа.

Подстегиваемые стратегическими инвестициями, мировые расходы на полупроводниковые заводы с 2024 по 2030 год, по прогнозам, превысят 1,5 триллиона долларов — что равно сумме за последние два десятилетия. По мере ускорения бума ИИ ожидается, что логические полупроводники еще больше увеличат инвестиции, что потенциально поднимет расходы на заводы еще выше в этот период.

Сумма инвестиций за 2024-2030 гг. (Прогноз): $1.5 трлн+

Распределение инвестиций по сегментам и регионам (Прогноз)

PwC Полупроводники сквозь время: прошлое, настоящее и будущее

До 2000 года: Рассвет индустрии

С 1960-х до конца 1990-х годов сектор чипов прошел путь от лабораторного любопытства до массового производства. Пионеры, такие как IBM и Motorola в США, Philips и STMicroelectronics в Европе, а также Toshiba, NEC, Hitachi и Samsung в Азии, совершили прорывы в области памяти, микропроцессоров и литографии. Коммерческие ИС впервые появились в середине 1960-х, но взрывной спрос на ПК и бытовую электронику в 1980-х и 1990-х годах заложил основу для долгосрочного расширения отрасли.

2000–2020: Эра роста

В начале 2000-х годов все большие объемы капитала вливались в передовые технологии производства. Корея значительно расширила отечественные заводы DRAM и NAND, в то время как тайваньская TSMC довела до совершенства модель чистого контрактного производства (pure-play foundry); к середине 2000-х годов Тайвань лидировал в мире по мощностям аутсорсинговой логики. Все большее число американских и европейских компаний переходило на стратегию fabless (безсобственное производство), передавая производство пластин азиатским заводам и компаниям OSAT, что еще больше сместило цепочку поставок на восток.

Прогноз на 2030 год: Новая глава

Китай, опираясь на мощные государственные стимулы, вкладывает миллиарды в логику и память на зрелых узлах; SMIC и YMTC наращивают мощности — все еще на один-два узла отставая от передовых рубежей — в то время как десятки местных и иностранных фирм закладывают новые заводы. США отвечают субсидиями в рамках Закона о чипах (CHIPS Act), чтобы привлечь заводы по производству передовой логики и гетерогенной интеграции. Корея и Тайвань стремятся укрепить свое доминирование в области памяти (особенно HBM) и трансформационных услуг контрактного производства, в то время как Япония и Европа развертывают пакеты мер для привлечения как передовой логики, так и специализированных линий по производству силовых компонентов на базе SiC. В совокупности эти шаги призваны перестроить глобальное производство к 2030 году и ознаменовать новый этап в развитии полупроводниковой промышленности.

Доля мировых мощностей по производству пластин (%)

Источник: Анонсы компаний, интервью с экспертами, анализ PwC. Цифры представляют основные территории без учета остального мира; сумма может не равняться 100%.

PwC Сдвиг мощностей в сторону меньших техпроцессов

Логический полупроводник — «мозг», который выполняет вычисления, управление и обработку сигналов — выигрывает от уменьшения размера узла (техпроцесса), так как размещение большего количества транзисторов на той же площади обеспечивает более быстрые и точные операции.

Менее 7 нм

Узлы ниже 7 нм обеспечивают высочайшую производительность и энергоэффективность, являясь основой для передовых ИИ-ускорителей и решений для высокопроизводительных вычислений (HPC). Благодаря крупным инвестициям контрактных производителей, их доля в производстве растет. Процессы ниже 7 нм все чаще используют ведущие в отрасли архитектуры транзисторов и упаковку для достижения более высокой скорости и энергоэффективности.

8–16 нм

Узлы 8–16 нм занимают средний диапазон, обеспечивая более низкую производительность, чем узлы ниже 7 нм, и при этом являясь более дорогостоящими, чем 22–28 нм. Эти узлы обычно используются в автомобильных системах ADAS, мобильных SoC и графических процессорах среднего сегмента. Однако их предложение может вырасти лишь незначительно, так как проекты мигрируют напрямую с 22–28 нм на узлы менее 7 нм ради лучшей производительности.

22–28 нм

Узлы 22–28 нм часто называют «зрелым мейнстримом». Линии 22/28 нм лежат в основе автомобильных микроконтроллеров (MCU), промышленного IoT и потребительских ASIC, где стоимость, устойчивость к напряжению и проверенная надежность важнее плотности транзисторов. Спрос остается высоким, но быстрое расширение мощностей 28 нм в Китае может создать локальное избыточное предложение в конце десятилетия.

32 нм и выше

Служат для чувствительных к цене или сверхнадежных устройств — контроллеров питания, датчиков, драйверов дисплеев и т. д. Многие поставщики работают на полностью самортизированных заводах, поэтому прибыльность может сохраняться даже при низких объемах, но общая мощность, вероятно, покажет лишь незначительный рост, так как новые разработки мигрируют на узлы 28 нм и ниже.

1. Анализ проведен только для заводов по производству 300-мм пластин.

Источник: Анонсы компаний, интервью с экспертами, анализ PwC

Производственные мощности логических пластин

Мощности по размеру техпроцесса 1)

59 (Единица измерения: Миллион пластин в 200-мм эквиваленте в месяц)

Сгтр (cagr), 2024-30f: ~ 1.7x

PwC 60

Доля мощностей по производству логических пластин 1)

1. Анализ проведен только для 300-мм пластин

(Единица измерения: Миллион пластин в 200-мм эквиваленте в месяц)

Повышение устойчивости в производстве логических чипов

По мере того как полупроводники становятся стратегическими активами, правительства направляют огромные стимулы в производство передовой логики. Дефицит эпохи пандемии и геополитическая напряженность подчеркнули, насколько критичны локальные мощности и стабильные цепочки поставок для национальной безопасности.

В этом меняющемся ландшафте США стратегически используют государственную поддержку в виде субсидий, налоговых льгот и инвестиций в инфраструктуру для привлечения производства передовых чипов. Китай, ограниченный экспортным контролем, существенно расширяет мощности в зрелых логических узлах при сильной государственной поддержке. Однако из-за технологических и приборных ограничений выход годной продукции на передовых узлах может оставаться относительно низким, что означает, что фактический выпуск может отставать от мощностей.

Тайвань может сохранить мировое лидерство, сосредоточившись на производстве на передовых узлах, хотя тяжелые инвестиции в самые современные процессы делают расширение мощностей сравнительно скромным. Государственная поддержка, включая стабильное электроснабжение, водоснабжение и интегрированную экосистему чипов, может оставаться ключевым фактором его конкурентоспособности в сегменте ниже 3 нм.

Корея, вероятно, останется сильной в производстве памяти, однако она стратегически инвестирует в расширение своего присутствия в сегменте логических чипов. Япония возрождает свой сектор чипов через такие проекты, как завод TSMC–Sony в Кумамото, расширение мощностей силовых устройств и завод Rapidus по производству 2-нм чипов, наряду с развитием передовой упаковки.

В совокупности эти региональные стратегии меняют географию поставок логических полупроводников, где устойчивость — а не просто снижение затрат — теперь является руководящим принципом для инвестиций до 2030 года.

Semiconductor and beyond 2026 60 PwC

PwC 61 Semiconductor and beyond 2026

Архитектура транзисторов следующего поколения

Поскольку производители чипов стремятся к техпроцессам ниже 5 нм, каждое поколение процессов требует больше НИОКР, капитала и времени. Транзисторы FinFET достигают предела масштабируемости примерно на этой отметке, поэтому лидеры отрасли переходят к нанолистовым устройствам с круговым затвором (GAA) на узлах 3 / 2 нм. Дальнейшее уменьшение может потребовать новых архитектур устройств для сдерживания эффектов короткого канала, паразитного сопротивления и квантового туннелирования.

Сейчас рассматриваются два основных кандидата: комплементарные полевые транзисторы (CFET) и Forksheet. CFET — это архитектура транзисторов следующего поколения, которая обеспечивает более высокую плотность интеграции и производительность. Intel, Samsung и TSMC активно исследуют CFET, и хотя сроки коммерциализации варьируются в зависимости от компании, рынок ожидает, что начальная коммерциализация может реально произойти в начале 2030-х годов, если эффективность производства и затрат значительно улучшится.

Между сегодняшними GAA и полным стеком CFET лежит концепция Forksheet, которая вводит диэлектрическую «вилку» для изоляции соседних стеков нанолистов и еще более плотного сжатия шага затвора. Некоторые исследовательские консорциумы рассматривают Forksheet как практический мост, другие могут перепрыгнуть через него, чтобы направить ресурсы непосредственно на CFET.

Какой бы путь ни возобладал, эпоха после 2 нм будет зависеть от масштабных инвестиций, новых материалов и передовой 3D-интеграции, что подчеркивает, насколько яростно гонка за меньшими узлами может продолжать менять ландшафт полупроводников.

PwC

Хронология основных технологий транзисторов 61

1. Технологии транзисторов, используемые в каждом размере узла, могут отличаться от компании к компании

PwC 62 Semiconductor and beyond 2026

Останется ли суперцикл памяти навсегда?

Рынок памяти известен своими суперциклами «бумов и спадов». Волна обычно начинается, когда новая платформа — смартфоны, облачные серверы, ИИ-ускорители — поглощает мощности, вызывая резкий рост цен и маржи. Обычно поставщики строят избыточные мощности, запасы растут, и следует цикл спада. Сейчас компании смягчают эту волатильность с помощью более резких сокращений производства, дисциплины капитальных затрат и темпов уменьшения размеров кристаллов, но эта модель еще не исчезла.

Будут ли будущие циклы умеренными или нет — вопрос дискуссионный. Один лагерь полагает, что более точная аналитика цепочки поставок, сокращение сроков поставки оборудования и диверсификация узлов в стиле HBM могут сгладить колебания цен. Другой указывает на взрывные нагрузки ИИ, сбор данных автономными транспортными средствами и рост пограничных вычислений как на свежие шоки спроса, которые могут спровоцировать следующий подъем. Развивающиеся сценарии использования, такие как гарнитуры смешанной реальности и датчики для умной промышленности, также подчеркивают центральную роль памяти.

На практике глубина каждого цикла может зависеть от трех переменных: скорости внедрения прорывных приложений, масштаба ставок производителей на мощности и темпов миграции процессов, которые увеличивают количество бит на пластину. Отслеживание этих индикаторов и соответствующая корректировка инвестиций, вероятно, будут иметь решающее значение для навигации в любой следующей волне.

PwC

Глобальный рынок полупроводниковой памяти 62

(Единица измерения: млрд долл. США)

Рыночные прогнозы (Память: DRAM, Nand-flash):

• ’25F: ~ 180 млрд $

• ’30F (Прогноз): > 200 млрд $

PwC 63

Доля мощностей по производству пластин памяти 1)

1. Анализ доли рынка основан на стране/регионе происхождения мощностей по производству памяти

Азия лидирует в глобальных изменениях на рынке памяти

В целом, цепочка поставок памяти, вероятно, останется ориентированной на Азию, однако формируется более широкий региональный баланс.

Корея может сохранить самые сильные позиции в области полупроводников памяти, опираясь на передовые технологии DRAM и NAND и продолжающиеся крупномасштабные инвестиции. Используя свой устоявшийся статус, надежность и качество, она, как ожидается, сохранит или даже расширит свое присутствие.

Китай стремится к самообеспеченности, строя десятки линий памяти на зрелых узлах при щедрых государственных субсидиях. Внутренние поставщики улучшают выход годной продукции в основных узлах DRAM и наращивают производство многослойной 3D NAND.

Япония, когда-то сильная в NAND flash, может увидеть небольшое снижение своей доли к 2030 году из-за более слабой ценовой конкурентоспособности. Кроме того, её ориентация на игры и телекоммуникации, для которых не прогнозируется бурный рост, может дополнительно ограничить расширение.

Тайвань может сосредоточиться на экономически эффективной DRAM среднего сегмента и специализированных линиях NOR/SRAM. Из-за отсутствия крупномасштабных мощностей NAND доля острова на рынке NAND вряд ли значительно вырастет.

Соединенные Штаты используют государственные стимулы для создания внутреннего производства памяти. В процессе строительства находятся новые мега-заводы DRAM и 3D NAND. Эти заводы могут подтолкнуть долю США вверх к концу десятилетия.

Semiconductor and beyond 2026 63 PwC

Мощности производства (1 млн пластин в месяц, DRAM + Nand Flash)

PwC 64

Размер рынка HBM и уровень проникновения в DRAM

1. Уровень проникновения: доля HBM в общем объеме DRAM

ИИ стимулирует спрос на HBM

Всплеск обучения и логического вывода генеративного ИИ превратил память с высокой пропускной способностью (HBM) в критически важный компонент современных серверов центров обработки данных. Производительность CPU, GPU и ускорителей продолжает расти, но если подключенная память не может поставлять данные достаточно быстро, весь рабочий процесс может столкнуться с «узким местом».

HBM решает эту проблему путем стекирования нескольких кристаллов DRAM на крошечном базовом логическом кристалле, соединяя их с помощью сквозных кремниевых переходных отверстий (TSV) и устанавливая стек на кремниевый интерпозер непосредственно рядом с вычислительным чипом. Эта 3D-интеграция обеспечивает пропускную способность в терабайты в секунду при очень занимаемой малой площади, что делает HBM жизненно важной для энергоемких систем ИИ и высокопроизводительных вычислений (HPC).

Многие поставщики спешат нарастить мощности, однако дефицит все еще может возникнуть. Во-первых, спрос может опередить даже самые оптимистичные прогнозы, а время выполнения заказа в 18–24 месяца для новых линий TSV оставляет мало возможностей для быстрых исправлений. Во-вторых, цепочка поставок сильна лишь настолько, насколько сильно ее самое слабое звено: ограниченная доступность кремниевых интерпозеров, мощностей для передового микроконтактирования (bumping) или специализированных базовых логических кристаллов — все это может ограничить общий выпуск HBM.

Пока инфраструктура упаковки не будет масштабироваться параллельно с запуском пластин DRAM, ограниченное предложение HBM — и премиальное ценообразование — скорее всего, сохранятся.

Semiconductor and beyond 2026 64 PwC

Рынок HBM

Сгтр (cagr): +27.8%

PwC 65 Semiconductor and beyond 2026

Пластины большего размера, более широкое предложение: переход DAO

Дискретные полупроводники

Большинство силовых MOSFET, IGBT и диодов все еще производятся на пластинах 150–200 мм, но растущая доля переходит на 300 мм — во главе с дорогостоящими устройствами, такими как низковольтные MOSFET, автомобильные IGBT и ИС Smart-Power. Между тем, компоненты на основе SiC и GaN масштабируются на инструментах 200 мм и пилотных 300 мм, что предвещает более широкий переход на 12 дюймов в конце этого десятилетия.

Аналоговые полупроводники

ИС управления питанием (PMIC), усилители и ВЧ-каскады (RF front-ends) долгое время существовали на инструментах 200 мм, но рост площади кристалла и ужесточение допусков техпроцесса подталкивают пластины к 300 мм. Зависимость от конкретных разработок в аналоговом дизайне обычно обеспечивает стабильность выручки, однако миграция требует тщательного изучения выхода годной продукции, поэтому большинство поставщиков придерживаются поэтапного плана перехода с 200 мм на 300 мм.

Оптоэлектронные полупроводники

Светодиоды (LED) и большинство лазерных устройств по-прежнему изготавливаются на 100–150 мм пластинах из сложных полупроводников или сапфира, в то время как датчики изображения CMOS в основном перешли на линии 300 мм для увеличения плотности пикселей. Перевод этих процессов на основе сложных полупроводников на пластины большего размера возможен, но идет медленнее, поскольку специализированное оборудование и этапы процесса обычно требуют повторной квалификации.

PwC

Мощности производства пластин DAO по размеру пластин 65

(Единица измерения: Миллион пластин в 200-мм эквиваленте в месяц)

PwC 66

Доля мощностей по производству пластин DAO

Медленный, но устойчивый рост

Поскольку устройства DAO редко требуют самых современных инструментов, капиталоемкость относительно ниже, чем для передовой логики и памяти. Крупные разовые объявления о строительстве мега-заводов встречаются редко, однако многие регионы продолжают постепенно наращивать мощности DAO для обеспечения базовых внутренних поставок.

Китай расширяется быстрее всех на фоне сильного местного спроса на силовые, аналоговые и оптоэлектронные чипы в энергетике, телекоммуникациях и промышленном оборудовании. Многочисленные поставщики среднего уровня используют ценовые преимущества для захвата чувствительных к цене сегментов.

Стимулы Соединенных Штатов финансируют новые заводы по производству аналоговых и смешанных сигналов, которые обслуживают дорогостоящие аэрокосмические, оборонные и промышленные рынки, стремясь восстановить внутренний потенциал, не преследуя объемы сырьевых товаров.

Япония

...может сохранять прочные позиции в сегменте дискретных силовых устройств и датчиков для своих секторов автомобилестроения и точного приборостроения. Хотя насыщение зрелых рынков может замедлить рост, переход на электромобили, вероятно, поддержит спрос на японские силовые компоненты на основе SiC. В целом, мощности DAO (дискретные, аналоговые и оптоэлектронные устройства) могут расти медленно, но стабильно во всем мире, укрепляя устойчивость цепочки поставок без привлечения масштабного внимания, характерного для проектов в области передовой логики или памяти.

Доли рынка DAO по регионам (2024–2030F)

Эволюция силовых полупроводников

Кремний (Si) долгое время использовался в силовой электронике благодаря своей доступности и отлаженным процессам производства. Однако широкозонные (WBG) полупроводниковые материалы, в частности карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), набирают популярность, поскольку они работают при более высоких температурах, более высоких напряжениях и обеспечивают более высокую скорость переключения, чем кремний.

SiC высокоэффективен в приложениях с высоким напряжением и большим током, что делает его идеальным для тяговых инверторов электромобилей (EV), преобразователей возобновляемой энергии и тяжелых промышленных приводов. Производители переходят с 150-мм на 200-мм пластины SiC, чтобы снизить затраты и повысить качество пластин.

GaN отлично подходит для продуктов, требующих быстрого переключения и компактных размеров, таких как быстрые зарядные устройства USB-C, адаптеры для ноутбуков, источники питания базовых станций 5G и высокочастотные преобразователи для центров обработки данных. Его структура также позволяет легко интегрироваться со стандартными управляющими чипами CMOS, упрощая конструкцию устройств.

Несмотря на производство сотен миллионов устройств WBG, ограничения поставок сохраняются из-за дорогостоящих и трудоемких процессов, таких как выращивание монокристаллов, полировка пластин и передовая эпитаксия. В краткосрочной перспективе возможен дефицит, особенно 200-мм подложек SiC и высоковольтных пластин GaN. Однако продолжающиеся инвестиции в пластины большего размера, повышение выхода годной продукции и передовое оборудование постепенно ослабят эти ограничения, сокращая разрыв в стоимости с кремнием и ускоряя внедрение решений на основе SiC и GaN.

Сравнение характеристик силовых полупроводников

Рынок силовых полупроводников по материалам (млрд долл. США)

Упаковка и тестирование

Упаковка и тестирование больше не просто защищают готовые кристаллы; теперь они расширяют возможности соединения кристаллов (die-to-die) и улучшают электрическую и термическую надежность в суровых условиях.

По мере того как масштабирование транзисторов приносит все меньшую отдачу, передовая упаковка стала основным рычагом повышения производительности системы. Ключевые инновации включают более короткие межсоединения с высокой пропускной способностью и архитектуры чиплетов, которые позволяют собирать гетерогенные кристаллы экономически эффективным и гибким способом.

Растущая сложность сборки делает предотвращение дефектов и повышение выхода годной продукции критически важными, что стимулирует быстрый прогресс в области оптических, рентгеновских инструментов контроля и инструментов контроля системного уровня.

В будущем значительный прирост производительности может зависеть от тесной совместной эволюции технологий транзисторов на начальном этапе (front-end) и процессов упаковки и тестирования на завершающем этапе (back-end).

Затраты на начальном этапе (front-end) продолжают расти…

В течение десятилетий прирост производительности происходил в основном за счет миниатюризации на начальном этапе, но как только технология процесса опустилась ниже 10 нм, только две литейные фабрики смогли производить такие узлы в промышленных объемах, а третья сейчас наращивает мощности. При таких размерах эффекты короткого канала, паразитная емкость и растущие токи утечки делают каждое уменьшение гораздо более сложным и дорогостоящим.

Ранние уменьшения CMOS — с 90 нм до 28 нм — часто удваивали плотность транзисторов и улучшали энергопотребление/производительность на 25–50%. Начиная с 16-нм FinFET и заканчивая сегодняшними 3-нм узлами, кривая плотности выровнялась, а прирост эффективности замедлился, в то время как стоимость пластины почти утроилась, а экономика на уровне кристалла выросла примерно в два-три раза. Инструменты литографии в глубоком ультрафиолете (EUV), более низкий начальный выход годной продукции и стремительно растущие бюджеты на НИОКР подчеркивают, насколько дорогим стало дополнительное масштабирование на начальном этапе.

Стоимость производства пластин по узлам (45 нм = 1)

…В то время как преимущества становятся сомнительными

Столкнувшись с этой снижающейся отдачей, производители чипов уделяют новое внимание передовым методам завершающего этапа — чиплетам, интерпозерам 2.5D и 3D-стекированию — чтобы поддерживать рост производительности на системном уровне, даже когда прогресс на начальном этапе замедляется.

Этапы завершающего процесса (Back-end):

1. Резка пластины (Wafer dicing)

2. Крепление кристалла (Die attach)

3. Микросварка / Бондинг (Bonding)

4. Формовка / Герметизация (Molding)

5. Установка шариков припоя и монтаж (Ball attach and mounting)

6. Финальное тестирование (Final test)

Глобальный рынок упаковки и тестирования полупроводников

Ставка на процессы завершающего этапа (back-end)

• Китай – Государственные фонды вливаются в новые заводы по упаковке на уровне пластин, в то время как местные OSAT модернизируются для сборки чиплетов и высокоскоростных соединений для ИИ.

• Тайвань – Литейные заводы и лидеры OSAT масштабируют мощности 2.5D/3D и строят кампусы для тестирования целостности сигналов и системного уровня, сочетая передовой back-end с передовыми узлами front-end.

• Корея – Создается национальный кластер, ориентированный на 3D-стекирование, чиплеты и тестирование надежности, поддерживаемый общими инструментами НИОКР и обучением персонала.

• США – Федеральные стимулы поддерживают сеть центров НИОКР в области упаковки и пилотных линий для продвижения стандартов чиплетов, тепловых решений и быстрого скрининга надежности.

• АСЕАН – Малайзия укрепляет свою базу OSAT для привлечения проектов передовой упаковки, в то время как Вьетнам нацелен на инвестиции в back-end как на свои ворота в полупроводниковую индустрию.

Вместе эти шаги показывают, что передовая упаковка и тестирование становятся такими же стратегически важными, как и масштабирование на начальном этапе в следующей волне конкуренции чипов.

Рынок упаковки и тестирования по регионам (млрд долл. США)

Глобальный рынок передовой упаковки

Более короткие межсоединения и большая эффективность

В передовой упаковке точность и чистота стали так же важны, как и для заводов front-end, что приводит к неуклонному росту инвестиций со стороны литейных заводов и IDM.

IDM и литейные заводы лидируют в инновациях упаковки

Передовая упаковка теперь является главным двигателем производительности чипов, однако ее процессы 3D и чиплетов требуют точности фабричного уровня. В результате литейные заводы и IDM контролируют около двух третей инвестиций в передовую упаковку и, вероятно, продолжат стимулировать крупнейшие прорывы. OSAT, тем временем, осваивают упаковку Fan-out и 2.5D для обработки избыточных объемов и конструкций среднего уровня, обеспечивая соответствие экосистемы back-end растущему спросу.

Типы передовой упаковки:

• Flip-chip упаковка: Использует микровыступы (bumps) вместо традиционной разварки проволокой. Переворачивает кристалл для прямого соединения с подложкой.

• 2.5D упаковка: Несколько кристаллов размещаются горизонтально на интерпозере. Позволяет осуществлять коммуникации внутри упаковки, сокращая длину путей сигнала. Широко используется в центрах обработки данных и передовых вычислениях.

• 3D упаковка: Кристаллы штабелируются вертикально для более высокой интеграции. Сквозные отверстия в кремнии (TSV) для прямого контакта кристалл-кристалл. Сокращает длину межсоединений, достигая более высокой скорости.

Объем рынка передовой упаковки (млрд долл. США)

Эффективность через гибкую гетерогенную интеграцию

Концепция чиплетов (Chiplet)

Несколько кристаллов меньшего размера внутри одной упаковки, что повышает масштабируемость, экономическую эффективность и выход годной продукции.

Монолитный кристалл (Monolithic die)

Процессор изготавливается как единый крупный кремниевый кристалл, обеспечивающий высокую производительность и меньшую задержку.

Влияние размера кристалла на выход годной продукции (при загрязнении частицами)

• Чиплет: 8 функциональных кристаллов из 16 = 50%

• Средний размер: 1 функциональный кристалл из 4 = 25%

• Монолит: 0 функциональных кристаллов из 1 = 0%

Более быстрая разработка: Чиплеты позволяют выборочно обновлять компоненты без перепроектирования всего чипа. Кристалл CPU может оставаться на 16 нм, в то время как тайл ИИ переходит на 5 нм, сокращая усилия по перепроектированию и время вывода на рынок.

Стратегическая специализация: Фирмы могут оставлять ключевую интеллектуальную собственность (IP) внутри компании и закупать другие чиплеты извне. По мере роста внедрения критически важными становятся сборки на нескольких фабриках, открытые стандарты межсоединений и навыки передовой упаковки.

Тестирование пластин — ключ к более высокому выходу годной продукции

По мере того как отрасль переходит от монолитных архитектур кристаллов к гетерогенной интеграции и сложной многокристальной упаковке (включая архитектуры 2.5D и 3D), важность тестирования на уровне пластин значительно выросла. Поскольку миниатюрные кристаллы с высоким выходом годной продукции становятся нормой, оценка качества каждого отдельного кристалла перед сборкой имеет решающее значение для повышения общего выхода. Один дефектный кристалл может испортить всю упаковку, что делает тщательный скрининг пластин необходимым для снижения потерь. В области тестирования упаковки сфера охвата расширилась за пределы традиционных электрических проверок. По мере развития технологий стекирования все чаще используются испытания на термическую прочность, термотренировка (burn-in) и неразрушающий контроль высокого разрешения (рентген, КТ) для обнаружения скрытых дефектов.

Ландшафт тестирования полупроводников

Среди этапов тестирования полупроводников тестирование пластин имеет самую высокую корреляцию с повышением выхода годной продукции. В отличие от тестирования упаковки, которое происходит позже, тестирование пластин выявляет дефекты на уровне кристалла, предотвращая продвижение неисправных компонентов. По мере того как пластины становятся тоньше, контактное тестирование сталкивается с ограничениями, что ведет к внедрению бесконтактного оптического контроля (например, OCT, ИК).

Этапы процесса:

1. Проектирование

2. Производство пластин (Front-end)

3. Нанесение микровыступов (Wafer bumping)

4. Тестирование пластин (Wafer test) — Сортировка пластин, тест известных годных кристаллов (KGD).

5. Сборка упаковки

6. Тест упаковки — Термотренировка / Тест компонентов.

7. Модуляризация

8. Электрический тест модуля

9. Прикладной тест

Оборудование и материалы

По мере продвижения технологий производства как заводы начального этапа (front-end), так и их поставщики инструментов сталкиваются с более серьезными техническими барьерами. Литография в глубоком ультрафиолете (EUV), необходимая сейчас для узлов 7 нм и ниже, опирается на лазеры и оптику экстремальной точности, и ее доступность остается ограниченной, поскольку оборудование EUV поставляет одна-единственная компания.

На завершающем этапе (back-end) гибридное бондирование для 3D-упаковки следующего поколения создает свои трудности. Лишь несколько поставщиков инструментов производят сертифицированные установки для бондирования на уровне пластин и кристаллов, но ожидается, что новые участники рынка ослабят это ограничение раньше, чем будет преодолено «узкое место» с EUV на начальном этапе.

С ростом капиталоемкости по всем направлениям, доступ...

...до специализированного оборудования и материалов в настоящее время является критически важным требованием для расширения мощностей по производству пластин, что усиливает глобальную конкуренцию как среди производителей чипов, так и среди производителей инструментов. Полупроводники и далее, 2026 год. 74 PwC

PwC 75 Накопленные расходы на полупроводниковое оборудование. Источник: объявления компаний, интервью с экспертами, анализ PwC.

Азия продолжает стимулировать расходы на полупроводниковое оборудование

Ожидается, что мировые расходы на полупроводниковое оборудование будут расти со среднегодовым темпом 7,4% до 2030 года, при этом более 70% этих инвестиций будут сосредоточены в Азии. Хотя доля Азии достигла пика около 80% в начале 2020-х годов, принятый в 2022 году закон США о чипах (CHIPS Act) увеличил капитальные вложения в США, немного снизив долю Азии. Тем не менее, Азия продолжает доминировать благодаря своим развитым производственным экосистемам и эффективности. Более низкая доля западных регионов также объясняется их ориентацией на безфабричные (fabless) операции, в то время как Азия специализируется на производстве полупроводников.

Тайвань и Корея стимулируют инвестиции в передовые технологические процессы, ориентируясь на узлы менее 7 нм. Samsung Electronics и TSMC являются основными заказчиками систем EUV от ASML, которые необходимы для производства таких узлов из-за их экстремальной точности и масштабирования элементов, требуемых для таких продвинутых процессов.

Китай, вероятно, будет обеспечивать значительную долю закупок полупроводникового оборудования в Азии, однако большинство новых мощностей нацелено на 28 нм и другие зрелые узлы. Экспортный контроль со стороны Соединенных Штатов, Японии и Нидерландов ограничивает доступ к трансформационным инструментам. В ответ на это отечественные фабрики наращивают крупносерийное производство для автомобильного сектора, интернета вещей (IoT) и других рынков, одновременно ускоряя собственные исследования и разработки для снижения долгосрочной зависимости от иностранного оборудования.

Полупроводники и далее, 2026 год. 75 PwC

Мировые накопленные расходы на оборудование, 2024–2030F

Всего: ~1,1 триллиона долларов США

Распределение по странам/регионам (в миллиардах долларов США)

PwC 76 Спрос и предложение EUV.

Спрос и предложение EUV

EUV-литография, впервые внедренная для логических схем на передовых узлах, уже перешла в производство DRAM класса 1α и распространяется на последующие узлы памяти. Помимо давних лидеров в Тайване и Корее, ожидается рост спроса со стороны американских и китайских производителей чипов, а японская компания Rapidus планирует начать производство 2 нм в конце этого десятилетия, что усилит конкуренцию за ограниченные поставки инструментов.

ASML в настоящее время является единственным коммерческим поставщиком сканеров EUV, поставляя системы крупнейшим контрактным производителям и IDM-компаниям. Экстремальные требования технологии к оптике, вакууму и мощности создают огромные барьеры для входа. Существуют альтернативные разработки — Canon проводит полевые испытания нанопечатной литографии для нишевого использования, а китайская SMEE подает патенты, связанные с EUV, — но массовая замена платформы ASML до 2030 года представляется маловероятной.

Полупроводники и далее, 2026 год. 76 PwC. Источник: ASML, анализ PwC.

Поставка оптического оборудования EUV (Оптимистичный сценарий)

(Единица измерения: Количество единиц оборудования, поставленных в год)

Даже при наращивании мощностей ASML ограничения сохраняются. На сборку и квалификацию каждого сканера EUV уходит около двенадцати месяцев, и объявленная компанией производительность до 2025 года может не полностью покрыть текущий портфель заказов. Ключевым узким местом является ограниченный выпуск ультрапрецизионных зеркал и другой оптики от Carl Zeiss SMT, которые должны оставаться свободными от загрязнений на протяжении всего срока службы сканера.

Пока не появятся новые поставщики или не созреют радикально иные методы формирования рисунка, доступность EUV, вероятно, останется ограниченной, а обеспечение достаточного количества инструментов может стать центральным фактором конкурентоспособности для дорожной карты передовых узлов.

PwC 77 Инновации в области 3D-чипов.

Инновации в области 3D-чипов

Спрос на специализированное оборудование для завершающих этапов производства (back-end) растет, и гибридное соединение стало краеугольным камнем стекирования нескольких кристаллов. Традиционные методы термокомпрессии (TC) полагаются на микровыступы размером около 40 мкм, что ограничивает плотность ввода-вывода и увеличивает сопротивление по мере роста количества слоев. Гибридное соединение, напротив, формирует прямые контакты медь-медь (Cu-to-Cu) с шагом менее 10 мкм, обеспечивая более высокую пропускную способность и более плоский стек.

Эта технология сложна: для безпустотного соединения обязательны идеально чистые поверхности, активированные плазмой, и жестко контролируемая шероховатость. Besi в настоящее время лидирует в коммерческих поставках, отгрузив более ста инструментов и расширяя мощности, но по мере роста объемов HBM и стеков «логика на памяти» доступность инструментов может снизиться.

Конкуренция нарастает. EV Group поставляет системы гибридного соединения «пластина с пластиной», в то время как ASMPT, Hanmi и другие разрабатывают системы «кристалл на пластину». Несколько IDM-компаний также работают над собственными платформами. В отличие от EUV-литографии, которая остается почти монополией, в гибридном соединении до конца десятилетия, скорее всего, появится несколько квалифицированных поставщиков, что ускорит 3D-интеграцию во всей отрасли.

Полупроводники и далее, 2026 год. 77 PwC

Сравнение технологий соединения

PwC 78 Более прочные материалы, более длительные циклы.

Более прочные материалы, более длительные циклы

По мере уменьшения размеров узлов и усложнения корпусов традиционные материалы наталкиваются на физические пределы и ограничения надежности. Медные линии страдают от растущего удельного сопротивления ниже 20 нм; традиционные диэлектрики SiO₂ увеличивают RC-задержку; а высокотемпературные этапы плазменной обработки нарушают однородность пленок. Эти эффекты нивелируют преимущества в мощности, производительности и площади (PPA), которые раньше давались «бесплатно» с каждым новым узлом.

Между тем, производственные среды требуют пленок, выдерживающих более горячий отжиг, более агрессивные химикаты и обладающих однородностью менее ангстрема. Традиционные химические процессы травления и осаждения приближаются к пределам своих возможностей управления, что увеличивает вариативность и угрожает выходу годной продукции.

Чтобы преодолеть эти барьеры, отрасль обращается к новым наборам материалов. Кобальт, рутений и другие альтернативные металлы могут иметь более низкое сопротивление линий и более высокую устойчивость к электромиграции для межсоединений следующего поколения.

Полупроводники и далее, 2026 год. 78 PwC. Источник: объявления компаний, интервью с экспертами, анализ PwC.

Прогноз рынка полупроводниковых материалов

(Единица измерения: Миллиарды долларов США)

Каналы с высокой подвижностью носителей, такие как SiGe, напряженный Ge и соединения III-V групп, оцениваются для транзисторов менее 2 нм, в то время как диэлектрики с ультранизким k и спроектированные воздушные зазоры сокращают емкость между проводами. В передовой упаковке подложки с высокой теплопроводностью и новые сплавы для перераспределительных слоев улучшают распределение тепла и надежность в 3D-стеках.

Заглядывая вперед, инновации в материалах могут стать столь же важными, как литография или дизайн, для поддержания прогресса в масштабах закона Мура. Фабрики и поставщики, освоившие эти новые химические процессы, смогут задавать темп для следующей эры производительности и технологичности полупроводников.

PwC 79 Новые материалы, лучшие чипы.

Новые материалы, лучшие чипы

Детали, контактирующие с плазмой, такие как фокусирующие кольца, облицовка камер и электростатические зажимные пластины, долгое время изготавливались из кремния, но при нынешней более высокой плотности плазмы эти компоненты быстро эродируют и выделяют частицы. Поэтому фабрики переходят на карбид кремния (SiC), чья гораздо более высокая твердость и плазмостойкость могут продлить срок службы деталей в несколько раз. Ведущие фабрики сообщают о меньшем количестве незапланированных остановок и более низкой стоимости владения, поскольку детали из SiC требуют гораздо менее частой замены.

Оцениваются даже более твердые кандидаты, такие как карбид бора (B₄C); они могут иметь еще более длительный срок службы, но сопряжены с трудностями механической обработки, более высокой стоимостью и потенциальными проблемами с частицами, которые необходимо решить до широкого внедрения. Общая тема ясна: переход от кремния к современным керамическим карбидам становится необходимым для поддержания пиковой загрузки оборудования для травления следующего поколения.

Полупроводники и далее, 2026 год. 79 PwC. Источник: интервью с экспертами, анализ PwC.

Влияние замены компонентов фокусирующих колец

Межсоединения следующего поколения

При размере менее 7 нм медные межсоединения становятся нестабильными: они истончаются, замедляются и раньше выходят из строя из-за электромиграции. Дополнительные барьерные слои предотвращают утечку меди, но еще больше сужают провода.

Лучшее решение — заменить медь рутением или покрыть ее тонким слоем рутения. Рутению почти не нужны барьеры, он легче проводит ток в наноразмерных линиях и может дольше сопротивляться износу. С ожидаемым быстрым ростом производства чипов менее 5 нм, рутениевые межсоединения имеют потенциал стать основным элементом следующей волны высокопроизводительных процессоров.

Преимущества сплавов рутения (Ru)

1. Предотвращение повреждения проводки в передовых узлах.

2. Более низкое контактное сопротивление для энергоэффективности.

3. Равномерное, высококачественное формирование тонких пленок.

4. Надежность и коррозийная стойкость.

PwC

Что дальше?: Возможности в полупроводниковой отрасли: ИИ и не только

Полупроводники и далее, 2026 год. 80

PwC 81 1) Баллы рассчитываются путем преобразования каждого элемента в относительный индекс от 0 до 100. Источник: анализ PwC.

Основные технологические инновации после 2030 года

Полупроводники, вероятно, останутся решающим фактором, стимулирующим технологические инновации после 2030 года. Мы проанализировали технологии, имеющие тесные связи с полупроводниками, оценив их потенциал роста и осуществимость. Этот анализ призван помочь полупроводниковой промышленности подготовиться к ее важной роли в будущих достижениях.

Полупроводники и далее, 2026 год. PwC

Методология

• Показатель осуществимости технологии (ось X):

• Готовность к реализации (сроки коммерциализации).

• Дополнительные инвестиции за последние 5 лет.

• Количество выпускников докторских программ в соответствующих областях.

• Показатель рыночного потенциала (ось Y):

• Ожидаемый размер рынка полупроводников в 2030 году.

• CAGR рынка полупроводников с 2024 по 2030 год.

• Масштаб инвестиций (размер пузырька):

• Общий объем инвестиций в технологию за последние 5 лет.

Группы технологий по потенциалу и осуществимости

PwC 82

Продвинутый ИИ

Каков будет предел искусственного интеллекта? Путь к достижению общего искусственного интеллекта (AGI) и роль полупроводников в развертывании будущего.

Показатель рыночного потенциала: Высокий

Доказанный быстрый рост, приносящий финансовую выгоду в различных промышленных приложениях. Ожидается сохранение динамики роста.

Показатель осуществимости: Высокий

Технологические инвестиции и растущий кадровый резерв квалифицированных специалистов стимулируются повышенным спросом со стороны конечных приложений. Частичный общий искусственный интеллект (AGI) ожидается в течение 2–5 лет, а полноценный AGI — более чем через 10 лет.

Полупроводники и далее, 2026 год. 82 PwC

PwC 83

Динамика теста MMLU 1) (Единица измерения: %)

По состоянию на 2024 год ИИ уже превосходит людей по нескольким ключевым тестам — например, опережая точность человека в классификации изображений ImageNet и достигая более высоких баллов в определенных тестах на чтение на английском языке — и темпы улучшения продолжают расти каждый день. С самого начала многие исследователи ИИ стремились к созданию систем, которые соответствуют или превосходят уровень человеческого интеллекта. Этот недавний прогресс привлек рекордный уровень внимания.

притока финансирования и талантов в эту область. Сегодня команды как совершенствуют узкоспециализированные большие языковые модели (DS-LLM), обладающие глубокими знаниями в узких областях, так и стремятся к долгосрочной цели — созданию общего искусственного интеллекта (AGI), который сможет решать гораздо более широкий спектр задач с большей автономностью. По мере этого процесса расширение возможностей ИИ стимулирует появление новых приложений, эти приложения могут привлекать больше инвестиций, и цикл повторяется, ускоряя прогресс в разработке DS-LLM и, в конечном итоге, AGI.

Справочная информация: MMLU

1. MMLU расшифровывается как Massive Multi-task Language Understanding (масштабное многозадачное понимание языка) — тест, часто используемый в качестве эталона для измерения общих знаний, приобретенных каждой моделью ИИ. Этот график основан на данных опубликованных работ. Источник: PaperswithCode.

PwC 84

Полупроводники на пути к AGI

Прогресс ИИ ограничивается не столько алгоритмами, сколько двумя практическими препятствиями: потребностью в огромных объемах высококачественных данных и вычислительными мощностями для их обработки. Инвестиции вливаются в обе области, что стимулирует явными доказательствами ценности ИИ.

Стремление к созданию общего искусственного интеллекта может зависеть от полупроводников следующего поколения. Все более крупные модели требуют более быстрых и эффективных кристаллов логики, построенных на меньших технологических узлах и объединенных с помощью высокоплотного 2.5D или 3D-корпусирования. В то же время память с высокой пропускной способностью и низкой задержкой может иметь решающее значение для перемещения и хранения массивных наборов данных, используемых при обучении.

НИОКР также смещаются в сторону нейроморфных подходов и вычислений в памяти. Узкоспециализированные NPU (нейронные процессоры) уже поставляются в периферийных устройствах, а прототипы вычислений в памяти (PIM) размещают вычислительные элементы рядом с массивами DRAM или внутри них, сокращая энергозатраты на перемещение данных и задержки. Полностью нейроморфное оборудование, имитирующее архитектуру мозга, может потребовать новых концепций устройств и передового корпусирования, но оно может принести значительный выигрыш в вычислительной мощности на ватт и на кубический сантиметр.

В совокупности эти достижения в области полупроводников формируют основу пути от сегодняшнего специализированного ИИ к более общему и способному интеллекту завтрашнего дня.

Полупроводники и далее, 2026 год 84

PwC 85

Определение пути вперед

• Выбор между специализированным и готовым кремнием

Взвесьте компромиссы использования специализированного ускорителя ИИ по сравнению со стандартными GPU или CPU. Учитывайте размер модели, сложность алгоритма, ограничения по мощности и ценность более быстрого выхода на рынок.

• Согласование дорожной карты продукта

Спрос на ИИ охватывает многие секторы, поэтому отслеживайте прорывы — и ограничения поставок — в области высокопроизводительных чипов. Рассчитывайте время внедрения так, чтобы новые узлы или типы корпусирования давали явное конкурентное преимущество.

• Создание устойчивой цепочки поставок

Передовые маломощные устройства, такие как NPU или массивы PIM, требуют длительного времени на подготовку перед наращиванием объемов. Заблаговременно резервируйте мощности и развивайте глубокие партнерские отношения, чтобы сгладить будущий дефицит.

• Интеграция конструкций следующего поколения

Будьте в курсе новых потоков проектирования, разрабатывайте как аппаратное, так и программное обеспечение и сотрудничайте по всей цепочке создания стоимости, чтобы достичь строгих целей по энергоэффективности и производительности по мере движения отрасли к AGI.

Полупроводники и далее, 2026 год 85

PwC 86

Беспилотное будущее на колесах

Крупнейшие автомобильные и технологические компании приступают к тому, что может стать их самой важной трансформацией в ближайшем десятилетии.

Полупроводники и далее, 2026 год 86 PwC

PwC 87

Насколько мы близки к полностью автономному вождению?

Какие технологии необходимы для полностью автономного вождению?

• Бортовые системы: высокопроизводительные вычислительные SoC (системы на кристалле), мультимодальные наборы датчиков (камеры, радары, лидары), надежные стеки программного обеспечения, точные ГНСС и HD-карты.

• Инфраструктура: сети 5G/6G с низкой задержкой, узлы обработки данных на периферии/в облаке, придорожные блоки связи автомобиля со всем (V2X) и интеллектуальные дорожные датчики для передачи данных о трафике в реальном времени.

• Регулирование и стандарты: сертификация безопасности, правила кибербезопасности, общие протоколы связи и четкие рамки ответственности.

Когда может начаться коммерческое использование полной автономии?

• Многие эксперты ожидают, что ограниченные сервисы уровня 4 (роботакси или перевозки между узлами) масштабируются в отдельных городах примерно к 2030 году. Уровень 5, который может справляться с большинством дорожных и погодных условий без рулевого колеса, вероятно, появится гораздо позже — ближе к 2040-м годам или позже.

• Помимо технических препятствий, сроки могут определять юридические, этические и социальные вопросы, а прогресс может варьироваться в зависимости от региона, готовности инфраструктуры и общественного признания. Первые внедрения, вероятно, появятся на контролируемых автомагистралях или в тщательно картированных центрах городов.

PwC 88

Как автономные транспортные средства изменят полупроводниковую промышленность?

Когда полностью автономные транспортные средства будут коммерциализированы, количество полупроводников, необходимых для одного автомобиля, может увеличиться, тем самым расширяя рынок. В настоящее время обычные автомобили на рынке обычно содержат от 200 до 300 полупроводников. Напротив, автономным транспортным средствам уровня 3 и выше, которые не требуют от водителя управления рулем, может потребоваться более 1000 полупроводников. По мере продвижения к полной автономности ожидаются значительные изменения в размере рынка.

В настоящее время автомобильные полупроводники в основном используются для управления двигателем, систем безопасности и информационно-развлекательных систем. Однако в автономных транспортных средствах, помимо этих традиционных видов использования, могут потребоваться высокопроизводительные полупроводники для обработки данных, вычислений ИИ и сетевого подключения в реальном времени. В частности, с развитием возможностей автономного вождения и расширением функций связи и ИИ, ожидается существенный рост спроса на высокопроизводительные вычислительные чипы, такие как блоки управления доменами (DCU) и датчики, а также коммуникационные чипы для V2X.

По мере увеличения количества полупроводников в этих автомобилях методы корпусирования также могут стать более совершенными, переходя от одночиповых решений к архитектурам на базе чиплетов.

Кроме того, может измениться и цепочка создания стоимости производства автомобильных полупроводников. Для уровней автономного вождения от 0 до 2 стандартные отраслевые чипы обеспечивали достаточную производительность. Однако для более высоких уровней продвинутого автономного вождения, вероятно, потребуются специализированные чипы, адаптированные для каждой компании. Это может привести к тому, что OEM-производители будут чаще проектировать и производить собственные чипы.

PwC 89

• Подготовка программных и аппаратных возможностей

По мере роста автономности программное обеспечение, координирующее работу датчиков и вычислительного оборудования, становится критически важным. OEM-производители, поставщики первого уровня (Tier 1) и поставщики чипов должны создавать прочные альянсы для обеспечения совместимости на уровне системы и возможности обновления «по воздуху» (OTA).

• Обеспечение собственных производственных мощностей

Все большее число автопроизводителей проектируют свои собственные SoC для центральных вычислений, цифровых кокпитов, ADAS и даже обработки сигналов лидара. Каждому OEM-производителю нужна четкая стратегия: оставаться в традиционной цепочке поставок, принять вертикальную интеграцию или выбрать гибридный подход, определив, какой объем проектирования и производства оставить внутри компании.

Полупроводники и далее, 2026 год 89

PwC 90

Гуманоидный робот

Наступающая эра робототехники, основанная на ИИ и автономных технологиях, может открыть еще один крупный рынок для полупроводников.

Полупроводники и далее, 2026 год 90 PwC

PwC 91

По мере старения населения планеты нехватка рабочей силы становится серьезной проблемой, особенно в развитых странах. Робототехника продолжает собственные инновации и в настоящее время признается фактором, меняющим правила игры для решения проблемы нехватки рабочей силы и повышения производительности труда людей. По простым расчетам, роботы могут работать круглосуточно с минимальным временем простоя, обеспечивая примерно в 3 раза больше рабочего времени, чем человек.

Итак, какие типы роботов, как ожидается, продемонстрируют наибольший рост в будущем? Промышленные роботы уже вступили в фазу стабильного роста, расширяя свое присутствие. Сервисные роботы, такие как роботы для очистки воздуха и обслуживания в ресторанах, также быстро растут; ожидается, что сценарии их использования распространятся на уход за пожилыми людьми, безопасность, уход за домашними животными и многое другое.

Заслуживающей внимания областью роста являются гуманоидные роботы, объединяющие ИИ и автономные технологии. Эти роботы эволюционируют за пределы простых движений рук, достигая уровня, на котором они могут повторять сложные действия, такие как слэм-данки в баскетболе. Помимо инноваций в аппаратном обеспечении, программное обеспечение также эволюционирует вместе с AI и AGI, позволяя роботам автономно обучаться в режиме реального времени. В ближайшем будущем роботы могут проникнуть в бизнес и домашние хозяйства в бесчисленных формах, меняя наш образ жизни.

Сравнение рабочего времени

Источник: анализ PwC

Население трудоспособного возраста в странах ОЭСР

(На основе данных Всемирного банка)

• Доля трудоспособного населения (15-64 лет) снижается.

• Прогноз (2030F) показывает продолжающееся сокращение доли трудоспособного населения по отношению к общему количеству.

PwC 92

Полупроводники — это кровь, кости и мышцы гуманоидов

Робототехника развивается стремительно, и в основе ее достижений лежат полупроводники, обеспечивающие восприятие, обработку данных, принятие решений и действия. В частности, ожидается, что спрос на процессоры, датчики и MEMS резко возрастет в ближайшие годы.

Процессоры ИИ лежат в основе интеллекта роботов, отвечая за принятие решений и анализ данных в реальном времени. Эти полупроводники могут наделить роботов способностью автономно обрабатывать данные и работать без взаимодействия с человеком. Благодаря периферийным вычислениям на базе NPU роботы также смогут функционировать независимо даже в средах без стабильного сетевого соединения, что обеспечит бесперебойное принятие решений.

Для интеграции роботов в наш физический мир решающую роль играют датчики. CMOS-матрицы позволяют роботам «видеть» и интерпретировать окружающую обстановку, в то время как технологии ToF (времяпролетные камеры) и лидары обеспечивают точное трехмерное картирование среды. Кроме того, датчики MEMS помогают роботам определять собственное движение и физическое состояние, повышая точность и эффективность. Эти датчики, основанные на полупроводниковых технологиях, напрямую влияют на производительность и надежность робота. Более того, 5G и сетевые технологии следующего поколения могут позволить роботам общаться быстрее и безопаснее. Наконец, ИС управления питанием (PMIC) и силовые полупроводники могут повысить...

...стабильность роботов, позволяя им эффективно управлять мощностью и поддерживать человека в течение более длительного времени. Проще говоря, будущее робототехники неотделимо от достижений в области полупроводников. От процессоров, выступающих в роли «мозга», до датчиков, обеспечивающих сигналы, и исполнительных механизмов (актуаторов) и микроконтроллеров (MCU), обеспечивающих движение — большая часть функций роботов может зависеть от инноваций в полупроводниках. Компании, лидирующие на этом технологическом фронте, двигают индустрию робототехники вперед, формируя будущее, в котором роботы глубоко интегрированы в человеческую жизнь. Полупроводники и далее 2026 92

PwC 93 Полупроводники и далее 2026

• Экосистемная интеграция: Предоставление функций ИИ и бесшовных обновлений «по воздуху» (OTA) может потребовать тесной интеграции аппаратного и программного обеспечения еще на этапе НИОКР. Формирование стратегических партнерств, обеспечивающих кроссплатформенную совместимость, вероятно, станет решающим фактором в формировании лидеров рынка.

• С учетом энергопотребления: Роботы с батарейным питанием могут требовать все больше вычислительных мощностей, что создает проблемы с рассеиванием тепла и управлением питанием. Для роботов доставки «последней мили», дронов и компактных сервисных роботов, где частая зарядка непрактична, достижение высокой энергетической и тепловой эффективности имеет критическое значение.

• Развитие квалифицированной рабочей силы: Спрос на разработчиков SoC (систем на кристалле) специально для робототехники уже превышает доступное количество талантов. Эти устройства могут требовать опыта в области обработки данных в реальном времени, встроенного ИИ и слияния данных от нескольких датчиков, поэтому привлечение и развитие таких навыков может иметь важное значение для устойчивых инноваций.

Полупроводники и далее PwC

PwC 94

Квантовые вычисления

Квантовые вычисления станут ключевой технологией следующего поколения для решения сложных задач будущего.

Оценка рыночного потенциала

Хотя текущий размер рынка все еще скромен, ожидается, что темпы роста после коммерциализации будут очень высокими. Эта технология может значительно повлиять на такие области, как безопасность и финансы, что приведет к быстрому расширению спроса под руководством государства.

Низкий [ ]------[X] Высокий

Оценка осуществимости

С выпуском нового квантового процессора на рынок в начале 2025 года ожидается коммерциализация в относительно короткие сроки.

Полупроводники и далее 2026 94 PwC

PwC 95

Расцвет квантовых компьютеров

Квантовый компьютер использует принципы квантовой механики — суперпозицию и запутанность — для одновременного исследования множества вычислительных путей, что позволяет ему решать определенные задачи, такие как факторизация больших чисел, моделирование молекул или сложные вычисления, гораздо быстрее, чем классические машины.

Кроме того, вентили и алгоритмы, используемые в квантовых компьютерах, в частности алгоритм Шора и алгоритм Гровера, примечательны тем, что резко увеличивают скорость обработки информации и обладают потенциалом сделать многие современные системы шифрования неэффективными. Благодаря таким прорывам квантовые вычисления рассматриваются как будущий «геймчейнджер» в таких областях, как квантовая химия, разработка лекарств, управление портфелем ценных бумаг и материаловедение.

Признавая стратегическую ценность, правительства по всему миру назвали квантовые технологии критически важной дисциплиной и соответствующим образом финансируют НИОКР. Отраслевые игроки — от IBM, Google и Microsoft до специализированных стартапов, таких как IonQ, Rigetti и Riverlane — объявили о переходе от сегодняшних «шумных» процессоров промежуточного масштаба (NISQ) к отказоустойчивым машинам с миллионами кубитов с коррекцией ошибок.

Недавние прототипы с сотнями физических кубитов свидетельствуют об устойчивом прогрессе, однако значимое коммерческое влияние по-прежнему зависит от достижений в области когерентности кубитов, коррекции ошибок и криогенного контроля. Тем не менее, быстрые темпы исследований подпитывают ожидания того, что практические квантовые вычисления могут появиться раньше, чем считалось ранее.

Полупроводники и далее 2026

PwC 96 Полупроводники и далее 2026

Заменят ли квантовые вычисления кремний?

Квантовые компьютеры представляют собой новый технологический фронт, однако в краткосрочной перспективе они могут в значительной степени полагаться на обычные полупроводниковые чипы, которые мы использовали ранее. Хотя они предлагают возможности быстрых вычислений, квантовые компьютеры также имеют уязвимости. Эти уязвимости проистекают из уникальных состояний суперпозиции, присущих квантовым системам. В отличие от классических битов, кубиты могут быстро терять когерентность (декогерировать) даже при низком уровне шума. Поэтому для эффективного использования квантовых компьютеров критически важно разрабатывать технологии стабилизации кубитов и внедрять квантовую коррекцию ошибок (QEC) для исправления декогерированных кубитов. В этих процессах обычно задействуются суперкомпьютеры, что порождает современный ландшафт «гибридных квантовых вычислений», сочетающих в себе квантовые компьютеры и суперкомпьютеры.

В этом контексте растет спрос на полупроводники, способные выполнять сложные алгоритмы QEC с использованием возможностей параллельных вычислений GPU, а также на те, что повышают скорость передачи данных между квантовыми компьютерами и суперкомпьютерами.

Следовательно, когда квантовые компьютеры достигнут коммерциализации — что обычно считается моментом, когда они будут включать более одного миллиона кубитов — это может не привести к упадку существующего рынка кремниевых полупроводников. Вместо этого кремниевые полупроводники могут служить неотъемлемыми компонентами внутри квантовых компьютеров, способствуя взаимовыгодным отношениям, которые расширяют рынок для обеих технологий.

Эти технологии могут применяться в различных областях, включая решение сложных задач в логистике и управлении цепочками поставок, ускорение разработки лекарств посредством молекулярного моделирования, усиление кибербезопасности с помощью передовых методов шифрования и улучшение алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения. В частности, существует потенциальная краткосрочная угроза для финансовой отрасли и сферы безопасности из-за риска взлома существующих систем шифрования. Этот сценарий, вероятно, подстегнет активные государственные инвестиции в развитие данных технологий. 96

PwC 97 Полупроводники и далее 2026 PwC

• Балансировка квантовых и классических ресурсов: Отказоустойчивые квантовые системы по-прежнему могут полагаться на быстрые классические процессоры для коррекции ошибок, планирования задач и предварительной/последующей обработки данных. Производителям чипов следует согласовать свои дорожные карты для поставки управляющих ASIC с низкой задержкой, криосовместимых интерфейсов и каналов связи с высокой пропускной способностью, которые связывают квантовые модули с классическими HPC-кластерами (высокопроизводительными вычислениями).

• Два лагеря квантовых компьютеров: Квантовые вычисления представляют два пути, влияющих на стратегии в области полупроводников. Сверхпроводящие кубиты, которые могут использовать существующие полупроводниковые процессы, предлагая высокую масштабируемость, или захваченные ионы, которые имеют относительно более низкую частоту ошибок и могут работать при комнатной температуре. Мониторинг этих лагерей может помочь игрокам полупроводникового рынка найти свое место в этой развивающейся области.

• Сотрудничество с государством: Поскольку технология охватывает физику, материаловедение и передовое производство, получение государственных грантов на НИОКР, налоговых льгот и участие в государственно-частных партнерствах может ускорить разработку полупроводников, связанных с квантовыми технологиями, разделяя при этом риски.

PwC 98

Интерфейс «мозг-компьютер»

От неврологического лечения до более широкого применения: полупроводники могут декодировать и передавать электрические сигналы мозга.

Первоначальный целевой рынок может быть ограничен по размеру и ориентирован на пациентов, но ожидается, что он будет быстро расти по мере выхода за рамки фундаментальных исследований и перехода в фазу клинических испытаний.

Коммерциализация неинвазивных BCI (интерфейсов «мозг-компьютер») уже началась благодаря достижениям в характеристиках датчиков и вычислительной мощности. Ожидается, что инвазивные типы также будут коммерциализированы в ближайшие пять-семь лет, при этом растет число исследователей, объединяющих опыт в области здравоохранения и ИИ.

PwC Полупроводники и далее 2026 98

PwC 99

Как работает интерфейс «мозг-компьютер»

Человеческий мозг — самый сложный орган в нашем теле. Когда мы видим, слышим, воспринимаем и выносим суждения, наш мозг генерирует электрическую активность, известную как мозговые волны. Усилия по соединению этих мозговых волн с компьютерами — это то, чем занимается технология интерфейса «мозг-компьютер» (BCI). Эта инновация направлена на то, чтобы переводить мысли, запертые в нашем разуме, во внешние результаты и, наоборот, позволять внешним сигналам влиять на мозг. Это несет в себе огромный потенциал, особенно для людей с параличом, нарушениями сенсорного восприятия или неврологическими расстройствами.

Хотя вы можете подумать, что BCI — это научная фантастика о суперлюдях, исследования BCI начались еще в 1970-х годах, а инвазивная (имплантируемая) технология, такая как глубокая стимуляция мозга (DBS), уже используется для лечения эпилепсии. Этот метод подает электрические импульсы в определенные области мозга при возникновении судорог. С конца 2000-х годов как инвазивные, так и неинвазивные устройства BCI продвинулись через клинические испытания.

Сегодня в некоторых странах начались испытания инвазивных BCI, и успешные испытания задокументировали восстановление движения и общения у парализованных пациентов. Также появляются методы имплантации, такие как сосудистый метод, для снижения хирургических рисков.

Неинвазивные BCI, хотя и менее точны, более доступны и также развиваются в своем темпе. Технология на основе ЭЭГ (электроэнцефалограммы) позволяет пользователям управлять роботизированными протезами, отслеживать уровень стресса и даже взаимодействовать с играми с помощью мозговых волн. Некоторые из этих устройств уже получили сертификаты FDA и коммерциализируются.

Хотя BCI еще не стали мейнстримом, они быстро развиваются, а сферы применения расширяются в здравоохранении, ассистивных технологиях и сфере развлечений. Благодаря продолжающимся прорывам будущее взаимодействия с машинами с помощью мыслей может быть ближе, чем когда-либо.

01 Чувствительность мозговых волн

02 Оцифровка аналогового сигнала

03 Обработка сигналов и команды

Полупроводники и далее 2026

PwC 100 Полупроводники и далее 2026 100 PwC

Передовые, специализированные и маломощные решения для BCI

Концепция BCI опирается на электроды для обнаружения сигналов мозга и электронные схемы для связи между мозгом и внешними устройствами. Поскольку наши мозговые волны представляют собой массивный и чрезвычайно сложный поток входных данных, обработка этих данных из мозга может потребовать передовых, сверхмаломощных ускорителей ИИ, аналого-цифровых преобразователей и усилителей. Это также важно в неинвазивных BCI, где сигналы слабы и нуждаются в точном усилении.

Для инвазивных BCI, поскольку они часто имплантируются на длительный срок, критически важно уменьшить их размер, тепловыделение и энергопотребление. Использование биосовместимых материалов и методов упаковки также необходимо для безопасности и функциональности внутри тела. Следовательно, спрос на ASIC, адаптированные для BCI, может вырасти.

Для обработки оцифрованных сигналов мозга с низкой задержкой может возникнуть растущий спрос на SoC, включая ускорители ИИ и цифровые сигнальные процессоры (DSP). Эти чипы интерпретируют данные и превращают их в намерения и действия, что требует передовых микросхем, способных работать с низкой задержкой.

Кроме того, передача сигналов мозга на внешние приемники включает в себя маломощные чипы связи малого радиуса действия, такие как RFIC или Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE).

И последнее, но не менее важное: рынок BCI может также увеличить спрос на устройства, которые реагируют на сигналы мозга — такие как портативные игровые приставки, мониторы и роботизированные протезы. Это может стимулировать спрос на сетевые чипы, GPU, ускорители ИИ и SoC, способные справляться как с графическими вычислениями, так и с обработкой сигналов. Рынок передовых, специализированных и маломощных полупроводников может со временем вырасти, поскольку BCI расширяет свое применение от медицины до общего здравоохранения и развлечений.

PwC 101

• Приоритет безопасности: Поскольку интерфейсы BCI обрабатывают высокочувствительные нейронные данные, технологии безопасности, вероятно, станут конкурентным преимуществом. Чип...

проектирование должно интегрировать механизмы защиты данных на ранних этапах, определяя ключевые области защиты и внедряя возможности шифрования внутри SoC (системы на кристалле) для предотвращения несанкционированного доступа.

• Соответствие регуляторным изменениям: Инвазивные ИМК (интерфейсы «мозг-компьютер»), которые предполагают прямую имплантацию в тело, требуют еще более строгой валидации безопасности со стороны государственных органов. Это подразумевает проектирование чипов, которые не только соответствуют нормативным требованиям, таким как требования FDA, но и проходят жесткие процессы подтверждения безопасности. Компании должны оставаться в курсе изменений в законодательстве и оценивать их влияние на проектирование на уровне чипа для успешного выхода на рынок.

• Обеспечение программной совместимости: Бесшовная интеграция аппаратного и программного обеспечения является обязательным условием для приложений ИМК, чтобы обеспечить надежное взаимодействие с нижестоящими устройствами и пользовательскими интерфейсами. Компаниям следует тесно сотрудничать с партнерами по экосистеме для повышения операционной совместимости — от проектирования чипов до реализации системы.

Прокладывая путь вперед

PwC 102

Ссылки

1. PwC, «Состояние полупроводниковой промышленности», 28 ноября 2024 г.

2. Bloomberg intelligence, «Доля электромобилей в общем объеме продаж транспортных средств»

3. PwC, Ежемесячное обновление рынка Autofacts®

4. Economic Review, «Силовые полупроводники занимают более 50% компонентов электромобилей, Корее предстоит еще долгий путь», 23 декабря 2015 г.

5. Trendforce, «[Новости] Ожидается, что объем мирового рынка силовых устройств на основе GaN достигнет 4,376 млрд долларов США в 2030 году, среднегодовой темп роста составит 49%», 16 августа 2024 г.

6. Yole Group, «SiC и GaN: индустрия, движимая разными двигателями», 15 декабря 2022 г.

7. IEA, «Электричество 2024, Анализ и прогноз до 2026 года», январь 2024 г.

8. IDC, «Обновление прогноза мировых технологий Wi-Fi, 2024–2028 гг.», март 2024 г.

9. Ericsson, «Отчет Ericsson о мобильности», ноябрь 2024 г.

10. Analog Devices, «Силовые решения на базе GaN»

11. Statista, «Рынок: Основная бытовая техника во всем мире», 2019-2029 гг.

12. Statista, «Рынок: Потребительская сервисная робототехника во всем мире» и «Рынок: Игровое оборудование — VR-гарнитуры во всем мире», 2018-2029 гг.

13. Statista, «Рынок: Телефония — Смартфоны во всем мире», 2018-2029 гг.

14. Statista, «Рынок: Потребительская электроника — Вычислительная техника во всем мире», 2018-2029 гг.

15. Gartner, «Поставки ПК с ИИ во всем мире», 2021-2027 гг.

16. Gartner, «Поставки смартфонов с GenAI во всем мире», 2021-2027 гг.

17. Statista, «Медицинские устройства — Весь мир», август 2024 г.

18. Gartner, «Прогноз конечных точек Интернета вещей и коммуникаций», 2 квартал 2023 г.

19. IEA, «Возобновляемые источники энергии 2024, Анализ и прогнозы до 2030 года», октябрь 2024 г.

20. Statista, «Объем мирового рынка возобновляемой энергии в 2021 году с прогнозом на 2022–2030 годы», декабрь 2022 г.

21. KIET, «Влияние и значение российско-украинского конфликта для мирового рынка обороны», март 2023 г.

22. Fry BT, Howard RA, Thumma JR, Norton EC, Dimick JB, Sheetz KH. Surgical Approach and Long-Term Recurrence After Ventral Hernia Repair. JAMA Surg. 2024;159(9):1019-1028. doi:10.1001/jamasurg.2024.1696

23. Infineon, «Полупроводники с широкой запрещенной зоной (SiC / GaN)»

24. NVIDIA, Ресурсный центр графических процессоров NVIDIA для центров обработки данных

25. IBS, «Затраты на производство нового чипа», 2018 г.

26. SEMIWIKI, «Интерфейсная IP-память в 2022 году: рост на 22% в годовом исчислении по-прежнему обусловлен данными», апрель 2023 г.

27. Synopsys, Годовой отчет за 2024 год, 2024 г.

28. Cadence, Годовой отчет за 2024 год, 2024 г.

29. SIEMENS, Годовой отчет за 2024 год, 2024 г.

30. Gartner, «Прогноз: Спрос и предложение на литейном производстве во всем мире», 2005-2024 гг.

31. SEMI, Прогноз мировых фабрик (World Fab Forecast), 2024 г.

32. Omdia, Белая книга PwC о состоянии полупроводниковой промышленности

33. Gartner, «Прогноз: Статистика рынка DRAM, спрос и предложение во всем мире», 2009-2028 гг.

34. Gartner, «Прогноз: Спрос и предложение на NAND Flash во всем мире», 2009-2028 гг.

35. Yole Group, «Power GaN: освоение новых горизонтов», апрель 2024 г.

36. Yole Group, «SiC и GaN: индустрия, движимая разными двигателями», декабрь 2022 г.

37. Paul McWilliams, «Закон Мура мертв — да здравствует чиплет!», SemiWiki, 30 сентября 2022 г.

38. Mark Lapedus, «Транзисторы достигают переломного момента на уровне 3 нм», Semiconductor Engineering, 23 февраля 2022 г.

39. Anton Shilov, «Цены TSMC на пластины теперь составляют 18 000 долларов за 3-нм пластину, рост более чем в 3 раза за 10 лет: Аналитик», Tom's Hardware, 5 января 2025 г.

40. Liz Allan, «Рост государственного финансирования в Азии», Semiconductor Engineering, 18 ноября 2024 г.

41. Trendforce, «[Новости] Мировые разработки в проектах передовой упаковки», 27 ноября 2024 г.

42. Invest Korea, «Стратегия развития высокотехнологичных отраслей по секторам»

43. SK Hynix, «[Понимание полупроводников, часть 7] Эра ИИ, технология упаковки переходит в новое измерение! Чиплеты и 3D SoC (7/7)», 29 ноября 2023 г.

44. Gartner, «Прогноз конечных точек Интернета вещей и коммуникаций», 2 квартал 2023 г.

45. ASML, Годовой отчет за 2022-2024 гг.

46. MarketScreener, «BE Semiconductor Industries N: Презентация гибридного связывания, март 2022 г.», март 2022 г.

47. National Center for Science and Engineering Statistics, Опрос получивших докторскую степень (SED) 2023, сентябрь 2024 г.

48. PaperswithCode, «Многозадачное понимание языка на MMLU», по состоянию на 27 февраля 2025 г.

49. Worldbank Databank, «Статистика здравоохранения, питания и народонаселения: оценки и прогнозы численности населения», 16 декабря 2024 г.

50. K. K. Berggren, “Quantum computing with superconductors,” in Proceedings of the IEEE, vol.92, no.10, pp. 1630-1638, Oct. 2004, doi: 10.1109/JPROC.2004.833672.

51. Kawala-Sterniuk, Aleksandra et al. “Summary of over Fifty Years with Brain-Computer Interfaces-A Review.” Brain sciences vol. 11,1 43. 3 Jan. 2021, doi:10.3390/brainsci11010043

PwC 103

Авторы

PwC 104

О Центре передового опыта (CoE) PwC в области полупроводников

PwC Semiconductor CoE — это специализированная глобальная группа экспертов в полупроводниковой отрасли в рамках глобальной сети PwC, охватывающая ключевые территории, включая Корею, Германию, США, Японию и другие страны. PwC Semiconductor CoE стремится предоставлять инновационные решения и инсайты для решения проблем, с которыми сталкиваются клиенты во всей полупроводниковой экосистеме.

Для получения более подробной информации об отчете, пожалуйста, свяжитесь с PwC Semiconductor CoE.

Ограничение ответственности

Данный контент предназначен только для общих целей и не должен использоваться в качестве замены консультаций с профессиональными консультантами. Хотя этот контент опирается на источники, которые мы считаем надежными, мы не можем гарантировать его точность или полноту, и информация может быть изменена. В максимальной степени, разрешенной законом, компания PwC, ее члены, сотрудники и агенты не принимают на себя никакой ответственности или обязательств за любые последствия действий или воздержания от действий вас или кого-либо еще на основании информации, содержащейся в данной публикации, или за любое решение, принятое на ее основе.