Välkomna!* - ftf.lth.se · Förresten,+entreprenöriellt+lärande+är+forWarande+e
69
Välkomna!
Transcript of Välkomna!* - ftf.lth.se · Förresten,+entreprenöriellt+lärande+är+forWarande+e
Välkomna!
Entreprenörskap och Innova1on
Men som Eugene Ionesco brukade uppmana sina studenter vill jag också påpeka a< :
“It is not the answer that enlightens but the ques1on”
Hermann G Grimmeiss Solid State Physics, Lund University, Lund, Sweden
Entreprenörskap och innova1on är mycket komplexa ämnen eLersom båda är tvärvetenskapliga och helt beroende på varandra. Entreprenörskap har sin bas inom
§ psykologi och § företagsekonomi § retorik § juridik
Inledning
Tyvärr har Innova1on utvecklats 1ll e< slagord under de senaste åren som inte enbart av poli1ska beslutsfa<are tolkas på många olika sä<.
Dessutom förbises allt för oLa a< innova1on är en innova1onsprocess som består av flera steg: t.ex. ny ide – prototyper – ny produkt på marknaden.
Därutöver ställer en rörligare arbetsmarknad nya krav.
Av 1dsjäl kan vi tyvärr inte diskutera alla dessa områden idag utan vi är tvungna a< koncentrera oss på några av de centrala punkterna, nämligen a< entreprenörskap innebär (bland annat)
§ a< våga ta risker för a< skapa nya möjligheter, § a< utveckla och organisera nätverk samt § a< se möjligheter istället för problem genom a< dra de rä<a
slutsatserna från 1digare gjorda misstag.
E< av de mest intressanta exempel i de<a avseende är mikroelektroniken, e< område som från begynnelsen fram 1ll idag har kännetecknats av § risktagande, § nya möjligheter och § hänsyn 1ll 1digare gjorda misstag.
Förresten, entreprenöriellt lärande är forWarande e< litet forskningsfält i Sverige. Under de senaste 1o åren har det sammantaget bara publicerats omkring tjugofem vetenskapliga publika1oner.
ELer en mycket kort sammanfa<ning av mikroelektronikens utveckling kommer vi idag a< undersöka § om Moore’s lag forWarande kommer a< gälla, § vad vi kan lära oss av 1digare misstag för mikroelektronikens fram1da
utveckling, § vilka innova1oner som behövs för de<a och vilka förutsä<ningar som
erfordras för effek1va innova1onsprocesser.
Hur allt började
• The ENIAC computer of 1946 -‐ the world’s fastest computer for years – contained more than 17,000 vacuum tubes, weighed 30 000 kg, and consumed 174 kilowa<s of electricity.
• The breakthrough came in 1948, when Bell Labs invented the transistor which was made from germanium and known as point contact transistor.
• By the mid-‐1940s, the shortcomings of vacuum tubes (radiorör) were visible to many in the industry, and many researchers began seeking a solu1on.
Point-‐contact Transistor
1 mm2
John Bardeen, W. Shockley och W.Bra<ain fick Nobelpriset 1956
The assembly is then formed by passing current pulses through the collector contact in the reverse direc1on (1959: “Exactly what happens during forming is s1ll the subject of specula1on”)
Första fråga: Varför utvecklades transistorn på e< företag som Bell Labs och inte på e< universitet eller akademi?
Bell Labs, RCA, IBM, Philips var världens mest framstående forskningsinsHtuHoner som hade fler än 1 500 forskare. Idag är de få företag som har råd aN forska på samma nivå. Undantaget:Intel!
Andra fråga: Varför 1llverkades den första transistorn på germanium och inte kisel eller GaAs?
• Silicon was more difficult to refine because of its higher mel1ng point (1420 C) compared with germanium (Tm(Ge) = 958 C).
• Furthermore, silicon surfaces oxidize quickly causing difficul1es with
point-‐contact transistors, which already exhibited limited reliability with germanium.
Germanium Technologi
• Due to the limited reliability of germanium point-‐contact transistors, grown-‐junc1on transistors were developed in the beginning of the 50s.
• At the end of the 50s and the beginning of the 60s (15 years aLer the inven1on!), subsequent developments included:
alloyed diodes and transistors, surface barriers diodes and transistors, mesa types diodes and transistors
in order to get the junc1ons away from the surface.
Diffunderad Germanium “Mesa” Transistor
Evapora1on: Metal Mask Mesa:
Black Wax Masking
En mycket komplex och 1dskrävande 1llverkningsprocess! Var och en transistor fick 1llverkas separat.
Början av integrerade kretsar
• När Kilby 1958 lämnade Centrallab i Milwaukee (företag!) och började jobba hos Texas Instruments (TI) (företag!) för att förbättra deras hörapparater tyckte han att det skulle vara mera kostnadseffektiv och praktiskt om alla elektroniska komponenter i en krets kunde tillverkas med halvledare (germanium!) och helst på en och samma bit.
• Patent och Nobelpris 2000 tillsammans med Alferov and Kroemer!
!
• Obs! Se möjligheter istället för problem!
• Men med en och samma bit menade han diskreta komponenter på en halvledarbit och inte vad vi betecknar idag som integrerad krets. (Noyce)
• På TI fans hela innova1onskedja!
Planartekniken Förutsä<ningen för IC skapades redan 1955, när Carl J. Frosch, Link Derick et al vid Bell Labs uppfann planartekniken dvs. en kombina1on av oxidmasker och fotolitografi på kisel där kiseldioxiden (som 1digare ansågs som e< stort besvär!) användes som mask för all slaks processer (diffusion, ets, etc):
Det är anmärkningsvärt a< varken Bell Labs eller Kilby fa<ade betydelsen av Frosch och Dericks uppfinning. (Ingen av dessa forskare fick e< Nobelpris!)
Det var Noyce vid Fairchild Semiconductor (och inte Bell Labs) som 1959 utvecklade de första kisel baserade integrerade kretsarna genom att ersätta dåvarande mesa-‐tekniken med planartekniken på kisel som uppfanns av Frosch och Derick. Obs! Innova1onsprocessen.
Varför kisel teknologi?
• Allt som 1digare ansågs som kislets stora nackdelar ny<jades nu för en parallell 1llverkning (som inte kan överbetonas!) av alla sorters elektroniska komponenter som hade betydligt högre prestanda än germanium transistorer:
o krets temperaturer över 80oC (Tm(Ge) = 958 C), högre rumstemperaturer o högre genombro<sspänningar (större bandgap), högre effekWörstärkning o och en mycket stabil oxid (GeO2 är va<enlöslig men inte SiO2), planartekn.
• Observera: Fastän kiselteknologin var etablerat så dominerade germaniumkomponenterna forWarande marknaden på 60-‐talet (>10 år eLer Frosch och Dericks uppfinning!) p.g.a. den vanliga 1dsfördröjningen:
forskning – utveckling – produk1on!
!
• Utan planarteknik dvs. parallell 1llverkning skulle vi inte ha haL Moore’s lag !
Våldsam kri1k i början av 60-‐talet mot IC !
Många experter hade tre grundläggande invändningar mot den monoli1ska halvledarstrategin :
1. Produc1on yields would always be too low to be profitable (på den 1den
fungerade mindre än 10% av monoli1ska transistorer ordentligt)
2. The best resistors and capacitors were not made with semiconductors
3. People were afraid, if semiconductor technology succeeded, all of the world’s circuit designer would be out of work
4. Inte 1digare än det sena 60-‐talet (dvs. 20 år eLer uppfinningen av
transistorn!) accepterade en majoritet av ingenjörer integrerade kretsar.
(Philips LED)
Obs! Se möjligheter istället för problem! Kri1k behöver inte all1d tas på alvar.
1967 DRAM (Dynamic Random Access Memory)
(Grundare av INTEL)
Moore’s tekniska färdplan (Technology Roadmap)
Cost per Million Instruc1ons per Second (Dollar)
1013
108
103
10-‐2
Kostnader för 1 Million gates (Dollar)
Försäljning av halvledarkomponenter (M Dollar)
Teknisk färdplan (Technology Roadmap)
En teknisk färdplan är en plan som försöker nå samförstånd om kortsik1ga och långsik1ga mål med specifika tekniska lösningar för a< bidra 1ll a< uppfylla dessa mål. Färdplanen gäller för en ny produkt eller process, eller 1ll en ny teknik.
En färdplan har stor betydelse för a< definiera kortsik1ga och långsik1ga mål.
“Men när färdplanen är klar bör den kastas i papperskorgen” eLersom i de allra flesta fall är dem vilseledande beträffande tekniska lösningar.
1975 IC Technology Roadmap är e< typiskt exempel.
1975 IC Technology Roadmap
CMOS är forWarande den mest använda teknologin och inte SOI!
Mikroelektronikens teknologier sedan 1982
low doped channel and midgap gate material
< 25nm CMOS seems feasible using SOI instead of bulk transistors
Through courtesy of Dr. Risch
Thin Film SOI MOSFET
shallow junction, elevated SD
Mikroelektronikens halvledarmaterial sedan 1984
• Redan i slutet av 60-‐talet ökade kravet på snabba transistorer (> 100 MHz) för 1llämpningar inom områden som datorer, MOBICOM, WLAN, SATCOM.
• Dessa krav kunde inte uppfyllas med kisel p.g.a. dess fysikaliska egenskaper:
o För a< öka gränsfrekvensen ft krävs högre mobilitet.
• Därför ansågs a< heterostrukturer av sammansa<a halvledare som GaAs skulle lämpa sig mycket bä<re p.g.a. högre mobilitet hos laddningsbärarna.
Därutöver skulle III-‐V föreningar förbä<ra mul1funk1onaliteten p.g.a. deras bä<re op1ska egenskaper.
• Under 70 och 80 talet var det mycket svårt a< få forskningsanslag för oss som sysslade med kisel.
• Men trots alla bä<re egenskapar blev III-‐V teknologin en flop. Marknadsandelen har från begynnelsen all1d varit mindre än 5%. Varför?
• Därför a< större III-‐V skivor kunde inte framställas, högkvalita1va oxider finns knappast och kretsarnas utbyte var lägre än med kisel.
• III-‐V kretsar är följaktligen för dyra och marknadsandelar bestäms i de flesta fallen av
performance/cost ra1o
Litografins utveckling sedan 1983
Enligt 1975 års färdplan skulle därför den op1ska litografin redan 1983 ersä<as med elektronstråle-‐ eller röntgenlitografin.
För a< öka komponenternas och kretsarnas gränsfrekvens behövs en minskad linjebredd.
Men elektronstrålelitografin är på långa vägar inte like effek1v som den op1ska. Med röntgenlitografin hade man stora problem med masker och röntgenkänsliga resister.
Istället fortsa<e man a< använda den op1ska litografin genom a< utveckla först deep UV (DPT) och sedan extreme deep UV (EUV).
NAND: en logisk not-‐and operator DRAM: Dynamic random-‐access memory
IMEC: >2 billion € R&D
o Fastän färdplaner behövs så visar de<a exempel a< de måste tas med stor försik1ghet eLersom i många fall är de rena katastrofen.
o Genom 1975 IC Technology Roadmap förlorade Europa och framförallt Tyskland (Siemens (Erlangen), Scho<ky dioder) sin ledande posi1on inom mikroelektroniken gentemot framförallt USA eLersom de amerikanska företagen satsade på långa vägar inte lika mycket på III-‐V teknologin.
o De<a innebar stora ekonomiska nackdelar för Europa f.o.m. 70 talet!
Färdplaner sammanfa<ning
o Men eLersom marknadens krav på snabbare IC kretsar ökade drama1skt under 70 och 80 talet, den stora frågan var:
The overriding ques1on therefore is:
• Hur kan man höja gränsfrekvensen hos kisel transistorer för a< uppfylla marknadens krav utan a< försämra performance/cost ra1o?
Vision: • “Outperform silicon technology by using the performance advantage of III-‐V compounds (heterostructures), and
undersell the III-‐V technologies”.
• Den första och enklaste kiselbaserade heterostrukturtransistor, som uppfyllde alla dessa krav, utvecklades under 80 talet i Tyskland (med vår hjälp här i Lund): en SiGe HBT (hetero-‐junc1on bipolar transistor).
• Projektet var mycket risktagande och saknade stöd i Sverige!
Hur gick det 1ll?
Si:Ge Hetero Bipolar Transistor (HBT)
Si:Ge
Nästan samma 1llverkningskostnader som för BJT men betydligt högre prestanda! Så enkelt kan det vara!
Mycket enkelt: Kisel transistorernas bas behövdes enbart a< ersä<as med Si:Ge.
• Sedan dess har gränsfrekvensen hos kiselbaserade transistorer höjts 100 000 gånger! >500 GHz SiGe HBT 1llverkas hos IHP i Tyskland!
Energy band structure of n-‐p-‐n-‐HBT • Difference in the band gap energy ΔEg is almost completely absorbed by the lowering of the conduc1on band edge.
• Electrons have to overcome a much lower energy barrier compared with BJT when being injected into the base. • Very important for current gain β and speed of HBT since β depends exponen1ally on the germanium content at the base-‐collector junc1on. β = jn / jp
• Man vill inte ha för stora β.Minskas genom högra dopning av basen. Högre dopning Hllåter mindre W dvs. större ft ∝ 1/WB
2
fT and fmax of HBT
The high base doping results in a low base resistance and allows a smaller base width WB with short transit 1mes τB
fT is the frequency at which the magnitude of the incremental short-‐circuit common emi<er-‐current gain extrapolates to unity:
fmax is the maximum oscillator frequency at which power amplifica1on is 1:
Here, RB ≈ Rbi ∝1/NB is the base resistance and CB is the collector-‐base capacitance
€
fT =1
2πτ EC
=1
2π (τ E + τ EB + τ B + τ BC + τ C )where
€
τ B =WB
2
2Dn
€
fmax = 0.2 fTRBCBC
=NB
WB
2CBC
World Record Digital Circuit Speed • Digital speed benchmarked by ring oscillator gate delays • Fastest circuits have been realized with SiGe HBT technology
Man skall aldrig ge upp utan se möjligheter istället för problem! För de<a krävs tålamod och en fungerande innova1onsprocess! Risktagande behövs mot kollegornas och ”experternas” nega1va omdöme.
Fastän utvecklingen var oväntat bra så syns det en tydlig avma<ning. Linjebredden kan inte minskas i samma takt i all evighet! Är det slut på kiselteknologin?
5 K fmax 800 GHz SiGe HBT IHP 2014
However, one should never give up!!! Moore’s lag avser inte linjebredden (eller gränsfrekvenser) utan antal komponenter och minskningen av omkostnader per komponent! Kiselbrickans 1llverkningskostnader är visserligen kopplat 1ll linjebredden men minskningen av linjebredden innebär a< man kan 1llverka fler transistorer/area och därigenom minska 1llverkningskostnader/transistor.
Bortse< från linjebredden påverkas kiselbrickans 1llverkningskostnader också av flera andra faktorer som t.ex. • nya halvledarmaterial, • antal komponenter på e< chip (3D strukturer), • skivstorleken, • kiselbrickans storlek och inte minst • krets design.
Linjebreddens gräns med EUV t.ex. kan kompenseras med 3D-‐IC som gör 1llverkningen billigare och 1llåter en y<erligare integra1ons1llväxt.
Nya slags komponenter 1llverkat med nya material för linjebredder under 7 nm krävs således i fram1den för a< göra kiselbrickan så billig som möjligt. En-‐atomära skikt av kisel (silicene) och germanium (germanene) är redan på väg.
Det är inte prestandan utan priset i förhållandet 1ll prestandan som avgör om kunden är intresserat eller inte.
Därför anser jag a< en kombina1on av alla dessa teknologier gör det med stor sannolikhet möjligt a< Moore’s lag kommer a< fortsä<a även om linjebredden inte längre kan minskas.
Mer än 60% av alla produkter på marknaden är beroende på IC. Men med fler än 10 milliarder transistorer/chip och fmax större än 1 THz finns det många nya 1llämpningar på marknaden inom många helt nya områden som kan vara mycket intressanta för start-‐ups och SME.
Men även om mindre linjebredder höjer 1llverkningskostnader så minskar systemkostnader p.g.a. bä<re integra1on och mindre energiförbrukning.
1) Genom a< förbä<ra CMOS prestandan (More than Moore). Mest intressant för 1llfället är kombina1onen av en
• högmobilitets III-‐V n-‐MOS med en • (töjd) germanium p-‐MOS
på e< kiselsubstrat. Därmed skulle III-‐V föreningar äntligen komma 1ll sin användning!
Hur kommer dessa målsä<ningar a< nås?
För de<a krävs en effek1v innova1onsprocess som klarar tvärvetenskaplighet.
Det finns olika alterna1v:
Alterna1ve THz device concepts: GFET vs. GBT Graphene base transistor (GBT) Graphene field effect transistor (GFET)
GFET är i termer av has1ghet (ft) och brus användbar för analoga RF-‐kretsar men inte för logiska kretsar på grund av den höga av-‐strömmen (Ioff) och låga spänningar.
Obs!! GBT har samma struktur som en tradi1onell SiGe HBT. Denna övervinner därmed problemen som GFET ställts inför – väldigt höga strömmar i av-‐läget (Ioff) och avsaknaden av strömsaturering.
Men även om kombina1onen av III-‐V material (som har hög mobilitet) med kisel är en lovande teknik så bör man inte glömma a< den är mycket komplex och dyr. Performance/cost ra1o gäller forWarande! Man letar därför eLer andra lösningar.
I av-‐1llståndet upplever laddningsbärarna från emi<ern en dielektrisk barriär och således är Ioff låg.
Men 1ll skillnad från ultratunna metallfilmer, har grafen väldigt låg resis1vitet och tack vare sin monoatomära tjocklek får man en ballis1sk tranport (inga energiförluster) över basen.
De<a resulterar i en låg basresistans och låg basspänning.
ELersom BCI (SiO2) lagret kan vara mycket tjockare än EBI (Al2O3) skiktet så stödjer det en hög utspänning (!) vilket ger hög prestanda (power performance).
GBT kombinerar konceptet hos hetelektronstransistorer med de unika egenskaperna hos grafen vilket resulterar i en högfrekvenskomponent.
Den högre bilden visar den simulerade gränsfrekvensen för en GBT vid 25 °C (samma för 225 °C).
Emi<er-‐kollektor spänning VEC, V Emi<er-‐bas spänning VEB
I-‐V kurvan på vänster visar a< GBT har väldigt låga strömmar i av-‐läget (Ioff) och en tydlig strömsaturering.
Kisel baserade THz transistorer är på väg! Se möjligheter och inte bara problem!
1) Genom a* förbä*ra CMOS prestandan (More than Moore). Mest intressant för <llfället är kombina<onen av en
• högmobilitets III-‐V n-‐MOS med en • (töjd) germanium p-‐MOS
på e* kiselsubstrat. Därmed skulle III-‐V föreningar äntligen komma <ll sin användning!
Hur kommer dessa målsä<ningar a< nås?
2) Genom minskad linjebredd. Men observera:
Fastän teknologin finns, det är all1d
performance/cost ra1o
som styr marknaden!
Extreme ultraviolet lithography (EUV) är mycket dyr
IMEC 14 Jan 2014: “Looking 10 years ahead, we are already exploring op1ons to create chips with dimensions smaller than 5 nm. We look at alterna1ve materials, and new device and system architectures.”
IMEC fick satsa över 20 milliarder SEK på R&D för a< utveckla EUV!
Det låter bra men …
Observerar a< en fortsä<ning på Moore’s lag beror inte enbart på en minskning av linjebredden utan framförallt på en satsning på alterna1va material, nya komponenter och kretskonstruk1oner!
Med avtagande linjebredd och kortare kanaler ökar det elektriska fältet längs kanalen. De<a medför höga strömmar i av-‐läget (Ioff) som slutligen leder 1ll e< dielektriskt genombro<.
Minskining av linjebredden skapar problem
Kortare kanaler kräver således nya transistorstrukturer i kombina1on med hög laddningsbärarmobilitet för a< undvika höga strömmar i av-‐läget (Ioff)
FinFET är en icke-‐planar dubbel gate FET (fin = fena) men är dyrare a< 1llverka än MOSFET.
Men den 3-‐dimensionella gaten ger en bä<re elektrisk kontroll över kanalen och minskar både strömmen i av-‐läget och stöt-‐jonisa1onen (hot electron effect).
ELer 30 år: IEDM 2013: Why is SOI (XOI) the Future Technology of Semiconductors ?
1. Därför a< SOI är betydligt billigare a< 1llverka än FinFET och följaktligen är det lä<are och billigare a< 1llverka FinFET på SOI som därigenom också får en bä<re prestanda.(Performance/cost ra1o!)
2. Som nämndes Hdigare, SOI eller “XOI” är den mest effek1va processen för nya koncept som t.ex. alterna1ve material för transistor 1llverkningen för a< stanna inom Moore’s lag.
Tillbaka 1ll färdplanen: Kommande teknologier?
CMOS-‐ och inte SOI -‐ är forWarande den mest använda teknologin. Men …
OBS: Nya lösningar och nya processor hi<as all1d för a< vidare utveckla mikroelektroniken!
3. Dessutom 1llåter FinFET mul1ple gate field-‐effect transistorer (MuGFET). Transistorer kontrolleras an1ngen genom en och samma gate eller genom olika gater.
The back end of line (BEOL) is the second porHon of IC fabricaHon where the individual devices (transistors, capacitors, etc.) get interconnected with wiring on the wafer.
(OBS: Det är inte bara minskningen av linjebredden som gäller utan framförallt antal komponenter på chippen )
På det viset kan 3-‐dimensionella kretsar 1llverkas som 1llåter framställningen av mindre mikroprocessorer och således bidrar 1ll en fortsä<ning av Moore’s lag.
Nya teknologier höjer utvecklingskostnader
Utvecklingskostnader för system on chip (SoC) har tredubblats för 20 nm teknologin jämfört med 40/45 nm och kommer a< kosta över 250 miljoner dollar för Semico Research när man börjar med 10 nm kretskonstruk1oner.
För 10 nm teknologin måste marknadsvärde vara större än 2,5 millioner dollar för a< täcka utvecklingskostnader.
“With few end markets capable of suppor1ng that high a level of development costs, the number of companies willing to invest in SoCs on the leading edge will likely decline significantly each genera1on.”
28 nm – 16 nm 4x! 3D!
Det är inte idéerna som avgör utan performance/cost ra1o!
Tillväxt år eLer år (gul)
Halvledar-‐industrins inkomster ma<as av (blå<)
Finns det en förklaring för denna utveckling?
Mikroelektronikens historia har präglats av start-‐ups som har varit den drivande kraLen för dess utveckling och innova1on.
Men a�tyden gentemot start-‐ups inom området för krets1llverkningen – som gällde från 60-‐talet 1ll början av 2000-‐talet och möjliggjorde dess enorma framgångar – har förändrats drama1skt.
Under senaste åren har antalet investeringar i nya start-‐ups i USA minskat från 54 per år 1ll några enstaka fall.
Typiska exempel är Intel som startades av Moore eller Fairchild som grundades 1957 som en avdelning inom Faichild Camera and Instruments.
Start-‐ups
Fastän nedgången i andra länder -‐ som t.ex. China eller Israel – är mindre drama1skt så visar det ändå a< investeringen I halvledare har minskat betydligt.
Vad är anledningen 1ll denna a�tydförändring?
Huvudanledningen 1ll nedgången är dragningskraLen av andra affärsområden där mindre investeringar behövs.
Under �ärde kvartalet fick ca. 400 soLware start-‐ups nästan 3 milliarder dollar medan enbart 25 halvledar start-‐ups fick bara 178 millioner dollar (represen1ng all stages).
Varför? Ju därför a< mjukvara behöver • betydligt mindre investeringar för a< starta e< företag och • mindre 1d för a< 1llverka prototyper och gå med vinst.
Men utan start-‐ups minskar innova1onen och avtar innova1onen avtar investeringsviljan hos redan etablerade företag som i sin tur minskar inkomsten för dessa företag (OBS Fairchild!) och således genererar en investeringsovilja. (Circulus vi1osus)
Det är inte enbart halvledarindustrin som har dessa problem. Andra industrier som t.ex. bioteknologi har samma problem men har hi<at lösningar.
• Precis som halvledarindustrin växer bioteknologin genom a< använda nya idéer för nya produkter på marknaden med hjälp av en detaljerad innova1onsprocess.
• Överförings1den är lika lång som inom halvledarindustrin.
• R&D kostnader är lika stora.
Men trots dessa likheter är det för biotek industrin lä<are a< få risk-‐kapital och stöd för start-‐ups.
I t.ex. Förenta staterna var bioteknologin under �ärde kvartalet 2013 näst största affärsområde för riskkapitalinvesteringar i både dollar och totala antalet erbjudanden.
OBS: Bioteknologins vinster beror oLa på smarta 1llämpningar av nya mikroelektronik-‐teknologier!
Citat: IMEC is focusing on healthcare considering that 1 in 3 will develop diabetes in their life1me and the cost of diabetes in US and Europe will be 500 billion dollars in 2030.
It is also expected that the cost of heart diseases in US and Europe will increase to over 1,6 trillion dollars and the number of cancer casual1es to 20 million/year.
Idag finns det ca. 10 milliarder transistorer på en enda CMOS chip men eLer 2020 kommer det a< finnas flera tusen milliarder transistorer med en strukturbredd av några nm.
E< annat exempel är sensorer
Men dessa teknologier är mycket kostnadskrävande och behöver redan nu e< globalt samarbete.
Se nya möjligheter och inte bara problem!
A< inte satsa på fler halvledar-‐start-‐ups i Europa eller USA skulle vara en katastrof eLersom mikroelektroniken är basen för >60% av alla affärsområden!
Antalet globala halvledarföretag har därför minskat betydligt. Vad gäller minneskretsar så täcks för närvarande 95 % av världsmarknaden av enbart 5 företag.
Sammanfa<ning
Entreprenörskap inom tekniska områden fordrar inte bara en ny ide utan kräver framförallt 1llgång 1ll prototyper för a< komma in på marknaden och nya affärsområden dvs. hela innova1onkedja. Entreprenörskap kräver också (bland annat) a< våga ta risker (MicrosoL, SiGe HBT etc.) för a< skapa nya möjligheter, utveckla och organisera nätverk (INTEL, IMEC etc.) samt a< se möjligheter istället för problem (EUV, XOI etc.) genom a< dra de rä<a slutsatserna från 1digare gjorda misstag.
Entreprenörskap förutsä<er goda kunskaper inom företagsekonomi för a< förstå sociala, tekniska, kulturella (risktagande) och ekonomiska sammanhang (performance/cost ra1o etc.) samt egna omdömen dvs. inte bara färdplaner.
Genom fokuseringen på GaAs i slutet på 1900-‐talet, förorsakat av 1975 IC Technology Roadmap, förlorade europeiska företag sina monopolställningar som innebar store ekonomiska och pres1geförluster som forWarande idag sä<er sina spår. Nanoelektroniken och i synnerhet skivproduk1onen (samt e< stort antal arbetsplatser) är nästan helt borta från Europa. Lita på Moor’s lag?
Worldwide Wafer Capacity by Region
33%
16%31%
20%
AP EUR JPN NA ROW
49%
15%
24%
12%
53%
13%
23%
11%
2004 2009 20148.8 million Wafer/month 16.3 million Wafer/month 19.9 million Wafer/month
Source: Strategic Marketing Associates/SEMI World Fab Watch
EMEA wafer capacity in Europe shrinks down to 11% whereas Asia-‐Pacific grows to 53% of total
Som redan påpekades: Fastän färdplaner behövs så visade de 1digare diskuterade exempel a< de måste tas med stor försik1ghet eLersom i många fall är de rena katastrofen.
Men trots de<a har färdplanerna en stor betydelse för a< definiera kortsik1ga och långsik1ga mål.
För e< par veckor sedan 1llfrågades en mycket kvalificerat expertkommi<é i USA vilka teknologier de anser som de vik1gaste under de kommande 10 åren med avseende på elektroniska komponenter för kunder, media och telekom samt företag, sjukvård och energiområdet. Följande 3 teknologier fick störst antalet röster:
Färdplaners betydelse
The Internet of Everything Internet of Things (IoT) syLar åt a< Internet-‐anslutna enheter kan användas för a< förbä<ra kommunika1onen, a< automa1sera komplexa industriella processer och a< generera en mängd informa1on. Det beräknas a< mer än 80 miljarder Internet-‐anslutna enheter kommer a< vara i bruk i 2024, upp från mindre än 20 miljarder 2014.
Cloud compu1ng Cloud compu1ng kommer a< visa industrin hur företag borde interagerar med sina leverantörer, kunder och utvecklare genom registrering och lagring av data, datorkraL och tjänster som berör nästan alla konsumenter och företag över hela världen.
Manufacturing with 3-‐D prin1ng 3-‐D prin1ng stöder nya design strukturer genom a< underlä<a skapandet av nya strukturer och former, och 1llåter obegränsade produkt komplexitet utan extra produk1onskostnader. De<a kommer a< snabba upp 1den 1ll marknaden genom a< göra idé-‐1ll-‐prototyp cykeln mycket kortare.
3 D Prin1ng
3 D prin1ng omfa<ar olika teknologier för 1llverkningen av 3-‐dimensionella objekt som t.ex. extrudering (tvärsni<profil) och sintring baserade processer.
En 3 D – printer är en slaks industriell robot. Tekniska standarder använder termen addi1ve manufacturing (AM).
T.ex. Audi RSQ 1llverkades med en snabb prototyping industriell KUKA AG robot.
OBS! Is Moore’s Law Dead By 2022?
Antalet transistorer inom en integrerat krets (CPU (Central Processing Unit) transistor Count) har ökat 2-‐gånger och linjebredden har minskat 0.7-‐gånger var annat år.
Satsningen på 450 mm skivor kommer a< vara den största och dyraste investeringen som halvledarindustrin har gjort sedan begynnelsen. Kostnader beräknas går upp 1ll 10 milliarder Dollar. Där1ll kommer satsningen på EUV som enbart för IMEC kostar över 2 milliarder €. Våga ta risker!
Inte ens en av världens största företag INTEL klarar av sådana investeringar och sä<er därför si< hopp 1ll e< ny< nätverk: E< interna1onellt forskningskonsor1um med konkurrerande företag som Samsung och Qualcomm startades 2013. Organisera nätverk!
För e< par veckor sedan fick jag följande besked: The Financial Times (FT) is repor1ng that IBM Corp is exploring the sale of its semiconductor business and has hired Goldman Sachs to find poten1al buyers. FT projects that the most likely buyers would be Global Foundries or TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) since it is likely that these two foundry giants along with Samsung and Intel will be the only players leL in advanced chip manufacturing as the cost of 20nm and lower fabs now exceeds $6B.
FT fortsä<er: Moore’s lag kommer a< gälla också I fram1den: 2015, the semiconductor industry will see the emergence of chip-‐making at the 10nm technology node.
All this implies that for the semiconductor industry, 2015 will be the start of one of the most interes1ng periods in the history of Moore’s Law. Improving process margin on both the mask and wafer will allow design rules to be 1ghter, which will re-‐ac1vate the transistor-‐density benefit of Moore’s Law.
IMEC’s collabora1on will enable faster and more op1mized development of advanced manufacturing technology in the 3D device architecture era, extending down to imec’s 10-‐ and 7-‐nanometer (nm) processes.
However, with consumers demanding ever smaller electronic devices, silicon’s posi1on at the top is looking less certain.
The search is therefore on to find a semiconduc1ng material that performs as well, or be<er, than silicon that can be shrunk further. The on/off ra1o is one of the most important measures of a transistor’s performance.
Silikon transistorer har e< på/av förhållande större än 10.000; men 1digare MOS-‐transistorer har endast haL en faktor 100 vid rumstemperatur.
Nu har e< team vid Harvard University i USA utvecklat en vätejon-‐dopad samarium nickelate-‐baserad transistor som har e< på/av-‐förhållande större än 100 000.
Forskarna visade också a< de<a fenomen inte är kopplad 1ll den y<re temperaturen, vilket innebär a< enheten kan fungera vid samma temperatur som konven1onell elektronik.
Transistorn minns också dess 1llstånd när strömmen blir avstängd, en vik1g egenskap för energieffek1vitet.
Hur kommer marknaden för elektroniska 1llämpningar a< förändras?
Under de senaste åren drevs IC marknaden främst av program inom datoranvändning, telecom, mobilen och kund1llämpningar. Och innova1on inom dessa marknader drevs av de större IC företag, med små och medelstora företag i en stödjande roll.
Som inte längre håller. Volymmässigt är det forWarande de tradi1onella marknaderna som är dominerande. Men mer innova1on sker på annat håll: i säkerhet, smarta miljöer, Internet-‐av-‐Things och medicinska/bärbara 1llämpningar. Dessa är uppkommande, mycket mer spli<rade marknader. Marknader som erbjuder möjligheter för små men snabba SMEs och nystartade företag.
Denna nya innova1on kommer a< vara mycket varierande, som exploaterar nya idéer, utvecklar dem i nya samarbetsmodeller och hi<ar krea1va finansieringsmodeller.
Under perioden 2011 1ll 2014 såg vi redan en ökad ASIC eLerfrågan av små och medelstora företag som vände en decennium lång nedgång. Och vi förväntar oss a< de<a kommer a< påskyndas under de kommande åren.
ASIC (Applica<on Specific Integrated Circuit) är en integrerad krets som har en specifik funk1on snarare än en allmän uppgiL. Denna funk1on är oLa mer specialiserad och och mindre generell än vad man kan åstadkomma i 1ll exempel en mikroprocessor.
