ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ ПО ЗАРУБЕЖНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ - 76% 60% - ЦНИИ "Электроника
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Выпуск 30 от 13 октября 2016 г.
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
ПО ЗАРУБЕЖНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ
76% 60% 85% 35%
ISSN 2500-3844
СЕГОДНЯ В ВЫПУСКЕ
2 12
Компетентное Маршрутная карта
мнение GlobalFoundries: 7-нм
процесс, встраиваемые
4 MRAM, FinFET и FD-SOI
Экономические аспекты
освоения топологий 18
28 нм и менее Объем мирового рынка
промышленных роботов
в 2020 году превысит
42 млрд долл.
20
Наращивание продаж
роботов для нужд
автоматизации
и промышленности
в Северной Америке
23
Обучение Тьюринга для группы
роботов путем простого наблюдения
25
Новые алгоритмы
совместной работы групп
роботов от Джорджийского
технологического института
26
Разработка схем памяти
с использованием принципов
нейронов
Издатель Реклама
32 АО «ЦНИИ «Электроника» Александр Шестаков
shestakov_a@instel.ru
Новые датчики на основе Главный редактор +7 (495) 940‑65‑24
Алена Фомина, д. э. н.
квантово-туннелирующих Адрес редакции
композитных материалов Над выпуском работали 127299, г. Москва,
Шабнам Гурбанова, ул. Космонавта Волкова, д. 12
Людмила Железнова, +7 (495) 940‑65‑24
39 Вадим Жиловский,
Антон Исаев,
www.instel.ru
publish@instel.ru
Глоссарий Дмитрий Корначев,
Михаил Макушин, Издание зарегистрировано
Яков Петренко, в Федеральной службе
Юлия Разгуляева, по надзору за соблюдением
Юлия Сухорослова, законодательства в сфере
Мария Фомина, массовых коммуникаций
Виктория Французова, и охране культурного наследия
Анастасия Хомчик, (свидетельство ПИ № 77–13626
Юлия Яцина от 20 сентября 2002 г.).
КОМПЕтЕНтНОЕ
МНЕНИЕ
Противоречие между потребностями мы только для создания военной тех-
приборостроения и тенденцией развития ники, однако для России они являются
микроэлектронных производств заклю- чрезмерно высокими.
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
чается в том, что если приборостроение
тяготеет к специализации элементной
базы, то микроэлектроника ориентиро-
Возможным решением сложившейся
проблемной ситуации станет создание
в наноэлектронике кластерных техноло-
ПО ЗАРУБЕЖНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ
вана на широкий рынок, что требует ее
унификации. Создание все более слож-
гических систем для исследовательских
целей с возможностью малосерийно-
ных и разнообразных приборов требует го производства СБИС уровня от 22 нм
специализированных под разрабаты- и ниже. В частности, текущий уровень
ваемую аппаратуру СБИС. Основная развития многолучевой электронной ли-
проблема заключается в том, что они тографии позволяет производить в час
необходимы лишь в малом количестве свыше 100 пластин диаметром 300 мм
(зачастую всего по несколько десятков с разрешением до 10 нм. Однако сто-
штук), однако их изготовление сопро- имость таких комплексов (например,
вождается удорожанием микроэлек- имерсионной технологии (193 нм) или
тронных технологий, что экономически EUV (13,5–6,8 нм)) крайне высока. Тем
оправдано только в случае массового не менее в условиях малосерийного про-
производства. изводства достаточно создавать не 100,
В мире существуют десятки тысяч а всего лишь 1–2 высокоразрешающих
дизайн-центров, являющихся разработ- экспонирований в час.
чиками различных СБИС, в то время как Достижения в области MEMS, ин-
количество ФАБов существенно мень- формационных и нанотехнологий, при-
ше: пять производств создают устрой- меняемых в микроэлектронике, по-
ства с топологиями 22 нм и только два зволяют создавать высокоскоростные
работают на уровне 14 нм. Эти компа- системы электронной литографии, тем
нии созданы благодаря инвестициям самым реализовав идею бесшаблонных
американских фондов: DARPA, JARPA процессов, а также разрабатывать тех-
и т. п. Стоимость каждого завода с тех- нологические линии мелко- и средне-
нологиями 22 нм оценивается в 6–8 млрд серийного производства электронной
долларов и более. Для основной части компонентной базы с рентабельностью,
дизайн-центров требуется создание сравнимой с крупносерийным произ-
партии микросхем высшей категории водством ЭКБ. Все эти тенденции при-
качества объемом от нескольких сотен ведут к радикальному увеличению ско-
до нескольких тысяч чипов: их типовой рости новых разработок и повышению
размер составляет 2,5 см, и на одной рентабельности мелкосерийного произ-
пластине диаметром 200 мм помещает- водства интегральных схем микро- и на-
ся 125 штук. Если производительность ноэлектроники.
ФАБа составляет 100 пластин в месяц,
то необходимо уже 12,5 тыс. чипов в ме- Антон Исаев,
сяц. Себестоимость изготовления чипов заместитель начальника отдела
76 60
малыми сериями достигает 10 тыс. дол-
% за штуку: такие затраты
ларов % допусти- 85% ЦНИИ35
научно-технического планирования РЭП
%«Электроника»
2 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016
УСЛУГИ ЦНИИ «ЭЛЕКТРОНИКА»
СОПРОВОЖДЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОГО
УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ОТРАСЛЬЮ
СТРАТЕГИЧЕСКИЙ И БИЗНЕС-КОНСАЛТИНГ
УСЛУГИ В ОБЛАСТИ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ФИНАНСОВЫЙ КОНСАЛТИНГ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ТАЙНЫ
И ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
КОММУНИКАЦИОННЫЙ КОНСАЛТИНГ
ИЗДАТЕЛЬСКИЕ УСЛУГИ
Реклама
Тел. +7 (495) 940-65-00 Е-mail: instel@instel.ru www.instel.ru
ПРОРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
Экономические аспекты освоения
топологий 28 нм и менее
Ключевые слова: FD-SOI, FinFET, закон Мура, издержки производства и разработки,
масштабирование, микроэлектроника, технологический процесс, топологические нормы, транзистор.
На протяжении почти 50 лет развитие полупроводниковой промышленности
вполне укладывалось в рамки закона Мура1. Однако рост издержек на разра-
ботку новых технологических процессов с меньшими топологическими нормами,
а также стоимости заводов по обработке пластин привел к тому, что на уровне
22–20 нм и меньше возникла производственная олигополия2. В таких условиях
производить ИС по новейшим технологиям на своих собственных мощностях
способен только крайне ограниченный круг крупнейших полупроводниковых IDM3
и кремниевых заводов4. При этом некоторые корпорации оказались способными
вести совместную разработку технологий FD-SOI5 и FinFET6 с формированием
маршрутных карт, включающих в себя процессы на уровне 7 нм. Другим компа-
ниям выгоднее производить расширение портфеля своих разработок, которые
на данный момент в основном сосредоточены на топологии 28 нм, с помощью
освоения методик сборки и корпусирования 2,5D и 3D.
Закон Мура – конец настал?
В настоящее время рынок мировой им топологических нормам и функцио-
полупроводниковой промышленности нальности.
сегментировался следующим образом: При осуществлении масштабирова-
основная часть производителей продол- ния на топологическом уровне менее
жает проектирование ИС с топологиями 28 нм до сих пор появляются новые поко-
28 нм и более, в то время как несколько ления устройств, для которых можно уд-
ведущих фирм вступили в своеобраз- ваивать количество транзисторов в рам-
ную гонку, направленную на масшта- ках одного прибора, но при этом стоит
бирование топологических норм с це- понимать, что удельные издержки на их
лью приблизить их к рубежу в 7 нм. При производство уже не будут сокращаться:
этом те компании, которые остались более того, в некоторых случаях, напро-
в стороне от этой амбициозной зада- тив, будет наблюдаться их рост. В этой
чи, тем не менее активно осуществля- связи особо интересны данные иссле-
ют диверсификацию существующего довательской корпорации International
у них ассортимента продукции, широко Business Strategies (IBS), представлен-
используя при этом методики сборки ные в начале сентября в Шанхае на кон-
и корпусирования 2,5D и 3D. Данные ференции по технологии полностью
технологии могут применяться для ядер обедненного «кремния-на-изоляторе»
и кристаллов ИС, разнородных по сво- (FD-SOI) и FinFET (таблица 1).
4 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016
Прорывные технологии микроэлектроники
Таблица 1
Основные технико-экономические показатели технологий
с проектными нормами от 90 до 7 нм
Воздействие Венти-
Коэф- Фактически Стои- Стои-
Используе- параметри- лей на Стоимость
Вентили фициент используе- мость мость
Техно- мые венти- ческого вы- пла- на 100 млн
на мм , использо-
2
мые венти- пла- пла-
логия ли на мм2, хода годных стине, вентилей,
тыс. шт. вания вен- ли на мм ,
2
стины, стины
тыс. шт. (Δ от выхода млрд долл.
тилей,% тыс. шт. долл. (Δ)
годных D2) 7
шт.
90 нм 637 86 546 97 532 33,831 1357,62 - 4,01
65 нм 1109 83 919 96 885 56,330 1585,71 16,8 2,82
45/40 нм 2139 78 1677 92 1538 97,842 1898,83 19,7 1,94
28 нм 4262 77 3282 87 2855 181,658 2361,84 24,4 1,30
20 нм 6992 65 4524 73 3293 209,541 2981,75 26,2 1,42
Источник: IBS
16/14 нм 10488 64 6712 67 4497 286,140 4081,22 36,9 1,43
10 нм 14957 60 8974 62 5564 354,013 5126,35 25,6 1,45
7 нм 17085 59 10080 60 6048 384,813 5859,28 14,3 1,52
На данной конференции было четко рации Samsung высказали свое экс-
провозглашено, что 28-нм технология пертное мнение, согласно которому наи-
будет продолжать занимать ведущее ме- меньшие издержки при формировании
сто на рынке микроэлектроники вплоть транзистора при существующем уровне
до 2025 г. развития технологий обеспечиваются
На другой отраслевой конференции, именно на уровне 28 нм (рисунок 1). Кро-
SEMICON West, которая состоялась ме того, в первое время изготовлением
в конце августа, представители корпо- ИС с меньшими топологиями (16–14 нм)
Число транзисторов,
закупаемых за 1 долл.,
млн шт.
Источник: www.economist.com, Linley Group
Длина транзистора,
(топологические нормы), нм
Рисунок 1. График изменения издержек, необходимых для проведения разработки технологий
с различными топологическими нормами
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 5
Прорывные технологии микроэлектроники
6 50
3,5 45
4
40
1,8
1,4 35
2
0,55
22 фирмы 0,28 30
0 25
Источник: www.economist.com, Linley Group
4 фирмы
осталось 20
-2
15
10
-4
5
-6 0
250 180 130 90 65 45/40 32/28 22/20 16/14 10 7
Топологические нормы, нм
,
, .
, .
Рисунок 2. График изменения стоимости заводов по обработке пластин, издержек, необходимых
для разработки технологического процесса, а также количества фирм, способных освоить новей-
шие технологии
смогут заниматься не более 4 корпо- клиентам услуги кремниевого завода.
раций: Intel, GlobalFoundries, Samsung И если у корпорации Samsung подобной
и TSMC. Данное ограничение обуслов- деятельностью занимается автономное
лено резким ростом стоимости заводов подразделение, то в рамках компании
по обработке пластин, а также издержек, Intel оказание foundry-услуг организаци-
необходимых для разработки соответ- онно не оформлено, что является при-
ствующих технологических процессов чиной отказа корпорации Apple от их
(рисунок 2). использования в ближайшем будущем:
В настоящее время даже корпорация ранее она заказывала изготовление про-
Intel отказалась от следования закону цессоров для своей техники (iPhone, iPad
Мура, в соответствии с которым каждые и т.д.) foundry-отделению Samsung, одна-
два года следует переходить на следую- ко после ряда патентных судебных тяжб
щее технологическое поколение. Правда, решила передать основную массу зака-
представители данной компании утверж- зов тайваньскому кремниевому заводу
дают, что при этом они способны по- TSMC. Этот производитель хорошо осво-
прежнему снижать удельную стоимость ил технологию 28 нм, однако пока испы-
транзистора. Сейчас Intel представляет тывает трудности с изготовлением про-
собой крупнейшую в мире IDM, наряду дукции с меньшими топологиями из-за
с корпорацией Samsung, однако из-за дефицита производственных мощностей,
складывающейся конъюнктуры обе ком- и процессоры на уровне 22–20 нм для
пании вынуждены предоставлять своим Apple до сих пор изготавливает Samsung.
6 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016
Прорывные технологии микроэлектроники
75
70
65
60
55
50
Источник: TSMC
45
40
Рисунок 3. Доля доходов TSMC от обработки пластин по новейшим технологиям в период 2008–
2016 гг.,%
Дискуссии относительно освоения то- гой стороны, у производителей возни-
пологий менее 28 нм пока носят отвле- кает возможность внедрения на одном
ченный характер именно потому, что эти технологическом уровне ранее невоз-
технологии являются слишком дорого- можного числа инноваций. Таким обра-
стоящими для основной части предста- зом, 28-нм технология подходит для ре-
вителей полупроводниковой промыш- ализации огромного количества новых
ленности. ИС с топологиями около 7 нм конструктивных вариантов: 3D флеш-
способно выпускать лишь ограниченное памяти NAND-типа, FD-SOI, MEMS и т. п.
число фирм, и, по прогнозам экспертов, Эти устройства, в свою очередь, дают
в ближайшем будущем их ассортимент импульс для развития перспективных
будет довольно ограничен. Основная направлений: например, формирующе-
часть конструкций продолжит реализа- гося рынка Интернета вещей8.
цию на уровне 28 нм и более. 10–13 октября 2016 г. в Сан-Фран
На рисунке 3 на основе квартальных циско (шт. Калифорния) состоится кон-
отчетов представлена доля новейших ференция по перспективам развития
технологий в общем выпуске продук- технологий микроэлектроники, орга-
ции тайваньского кремниевого завода низованная IEEE9. В рамках меропри-
TSMC. На графике видно, что при пере- ятия основное внимание будет уделе-
ходе к меньшим топологическим нормам но 3D-технологиям, технологии FD-SOI
этот показатель снижается. и т. д. Представленные доклады будут
Таким образом, история закона Мура, охватывать следующие темы: монолит-
продолжавшаяся около 50 лет, заверши- ные 3D-ИС и их экосистема, технология
лась на уровне 28 нм. SOI и варианты ее реализации, пробле-
С одной стороны, получается, что про- мы создания ИС с рабочим напряжени-
гресс как бы останавливается, но, с дру- ем менее порогового напряжения (sub-
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 7
Прорывные технологии микроэлектроники
VT). CEA-Leti10 представит свой доклад, ский институт и один из южнокорейских
посвященный реализации программы университетов представят свои совмест-
CoolCube, а корпорация Qualcomm озна- ные достижения в области технологий
комит участников конференции со сво- монолитной 3D-интеграции. Отдельная
ими разработками в области 3D-ИС. секция конференции будет посвящена
IMEC11, Массачусетский технологиче- проблемам развития IoT [1].
FD-SOI ИЛИ FINFET?
FD-SOI ческий процесс (по крайней мере на пе-
По данным корпорации IBS, промыш- риод до 2025 г.).
ленное освоение FD-SOI проводится уже В настоящее время у технологии FD-
несколько лет. На данный момент доля SOI наиболее вероятным конкурентом
ИС, созданных по этой технологии, отно- выступает FinFET-процесс, активно ос-
сительно невелика и составляет менее ваиваемый корпорациями Intel, Samsung
10% общего рынка. Крупные фирмы, и TSMC. Однако уровень издержек
в том числе GlobalFoundries, Samsung по технологии FD-SOI на 16,8% меньше,
и Hua Li, обладающая специализирован- чем у процесса FinFET (при формирова-
ной линией в Шанхае, осваивают данную нии вентилей на 14-нм топологиях) (та-
технологию на основе топологий менее блица 2). Затраты на проектирование
22–20 нм, включая технологические про- и разработку, а также соответствующие
цессы на уровне 16–14 и 12 нм. риски при использовании FD-SOI на 25%
При сопоставлении FD-SOI и FinFET ниже, чем у FinFET-процесса (в случае
важно помнить, что первая из них явля- необходимых переработок конструк-
ется одним из вариантов планарной тех- ций). Благодаря методикам смещения
нологии, а вторая обеспечивает форми- подложки12 технология FD-SOI обладает
рование 3D-структур. возможностью динамического управле-
Тем не менее основную долю на рын- ния энергопотреблением. Кроме того,
ке ИС будет занимать 28-нм технологи- этот процесс обеспечивает бóльшую но-
Таблица 2
Сопоставительная структура издержек процессов FD-SOI
и FinFET на топологическом уровне 14 нм
Позиция 16–14-нм FinFET 14-нм FD-SOI
долл. % долл. %
Амортизация 2303,94 58,79 1972,26 53,24
Техническое обслуживание 581,42 14,84 445,32 12,02
оборудования
Труд производственных рабочих (прямые 64,78 1,65 45,52 1,23
трудовые затраты)
Труд вспомогательных рабочих (косвенные 238,76 6,09 208,36 5,62
трудовые затраты)
Средства обслуживания 232,47 5,93 189,37 5,11
Цена необработанной пластины 99,93 2,55 475,00 12,82
Расходные пластины 359,28 9,17 331,47 8,95
Тестовые пластины 38,62 0,99 37,24 1,01
Общие затраты на обработанную, но еще 3919,20 100,0 3704,54 100,0
не выпущенную пластину
Источник: IBS
Линейный выход годных,% 96,03 - 97,96 -
Общие затраты на выпущенную пластину 4081,22 - 3781,69 -
8 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016Прорывные технологии микроэлектроники
18,4
18,1 18,2 18,3
20 18
17,7
17,0 17,1 16,8
Доступный foundry-рынок FD SOI
16
технологии, млрд долл.
12
8
4
Источник: TSMC
0
2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
16-14 22-20 28
Рисунок 4. Прогноз структуры рынка FD-SOI по топологиям на период 2017–2025 гг.
минальную частоту среза по сравнению тайваньский завод TSMC лучше адап-
с FinFET. тирован к реализации сложных FinFET-
При этом отраслевые эксперты счита- процессов (для него уже подготовлено
ют, что 12-нм FD-SOI ИС смогут стать вы- более 500 специалистов), и пока китай-
годной альтернативой 10-нм и даже 7-нм ские фирмы стремятся избегать прямой
FinFET ИС для использования при созда- конкуренции с ним. Такая же ситуация
нии прикладных процессоров смартфо- складывается и в области технологии
нов. Отмечается, что правительство КНР FD-SOI.
намерено выделить фирме Hua Li более В настоящее время специалисты ве-
5,8 млрд долл. на строительство нового дущих полупроводниковых фирм затруд-
завода по обработке пластин в Шанхае, няются определить, как распределятся
который будет работать по технологии на рынке микроэлектроники доли ИС,
FD-SOI. В настоящее время производ- изготовленных по FD-SOI, FinFET и пла-
ственные мощности данной компании нарной технологии. По оценкам IBS, объ-
составляют 30 тыс. пластин диаметром ем продаж FD-SOI ИС в 2017 г. может
300 мм в месяц. Hua Li входит в состав превысить 17 млрд долл., но перспекти-
корпорации Hua Hong, к которой также вы дальнейшего изменения этого пока-
относится фирма Grace Semiconductor, зателя не совсем ясны (рисунок 4).
занимающаяся обработкой пластин диа- По прогнозу IBS, в период до 2025 г.
метром 200 мм. будет доминировать планарный 28-нм
В свою очередь, фирма SMIC, круп- процесс – по крайней мере, на рынке ус-
нейший и наиболее передовой китайский луг кремниевых заводов (рисунок 5).
кремниевый завод, пока не планирует В настоящее время отгрузки пла-
осваивать технологию FD-SOI. В насто- стин FD-SOI на топологическом уров-
ящее время данная компания наращи- не 22–20-нм составляют 60–100 тыс.
вает выпуск 28-нм ИС с использованием штук в месяц, а обработанных по 28-нм
HKMG13 и поликремния, что является для технологии – 300 тыс. GlobalFoundries,
нее удобной позицией: дело в том, что одна из крупнейших полупроводниковых
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 9Прорывные технологии микроэлектроники
24 21,9
21,4 21,8 21,7
20,7 21,5 21,2 20,8
20,2
Объем foundry-рынка, млрд. долл.
18
12
6
Источник: TSMC
0
2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
16-14 22-20 28
Рисунок 5. Прогноз структуры услуг кремниевых заводов на период 2017–2025 гг.
фирм, до 2019 г. не намерена поставлять ния вентилей в рамках новых FinFET-
заказчикам пластины, обработанные процессов (после 28-нм топологий) будет
по процессу FD-SOI на уровне 12-нм. уменьшаться показатель выхода годных
(таблица 1). Со своей стороны, разработ-
FinFET чики корпорации Intel утверждают, что им
Что касается технологии FinFET, удастся продолжать снижение удельных
то ее, возможно, ждет серьезный им- издержек на создание одного транзисто-
пульс развития. Именно с ее исполь- ра при переходе к каждому следующему
зованием корпорация Apple намерена технологическому поколению. Однако
производить процессоры А10 для смарт- отраслевые эксперты указывают, что
фонов iPhone 7, а тайваньский кремни- при переходе рубежа в 14 нм корпорация
евый завод TSMC будет изготавливать в этом плане столкнется с серьезными
для них схемы на основе процесса 16FF+ проблемами.
и в дальнейшем перейдет к созданию Тайваньский кремниевый завод TSMC
процессоров А11 для iPhone 8 по тех- пока не намерен лицензировать техно-
нологии с топологическими нормами логию FD-SOI, однако не исключено,
на уровне 10-нм. В свою очередь, корпо- что в дальнейшем изменит свою пози-
рация Apple намеревается через год по- цию, реагируя на изменения конкурент-
сле освоения 10-нм процесса приступить ной среды. Существует вероятность, что
к освоению 7-нм процесса, однако реа- данная компания попытается быстро
лизация данных планов зависит в том освоить элементы 7-нм технологии, при-
числе и от объемов капиталовложений ступив к изготовлению многокристаль-
TSMC на новое технологическое обору- ных модулей с применением РЧ-блоков,
дование. Отраслевые эксперты полага- энергонезависимой памяти и некоторых
ют, что планы Apple могут быть отложе- устройств ввода и вывода. Критические
ны на 1–2 квартала. элементы должны быть изготовлены
Специалисты IBS считают, что по мере по 7-нм технологии, в то время как не-
роста удельной стоимости формирова- критические могут быть реализованы
10 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016Прорывные технологии микроэлектроники
с использованием бóльших топологи- Корпорация Synopsys, выступая в ка-
ческих норм. Процесс интеграции пред- честве одного из ведущих поставщиков
полагается осуществлять в рамках до- СФ-блоков физического уровня, обеспе-
рогостоящего, но при этом надежного чивает доступ к интеллектуальной соб-
процесса сборки и корпусирования, ственности, связанной с наиболее пере-
получившего название InFlo [2]. Успех довыми технологическими процессами,
TSMC обеспечивается тесным сотрудни- помогает проектировщикам интегриро-
чеством с одним из ведущих поставщи- вать необходимую функциональность,
ков инструментальных средств САПР – а также сократить сроки реализации
корпорацией Synopsys. календарных планов работ по проек-
Данный поставщик заявил об успеш- там. Таким образом, Synopsys не только
ном выпуске различных тестовых уменьшает существующие риски инте-
кристаллов ИС для FinFET-процесса грации, но и обеспечивает дифференци-
на уровне 7-нм, предназначенных для ацию продукции, созданной с использо-
кремниевого завода TSMC. Они созда- ванием новейших технологий [3].
вались с использованием таких инстру-
ментальных средств, как DesignWare ***
Logic Libraries и Embedded Memories.
Успешное сотрудничество Synopsys Развитие полупроводниковой про-
и TSMC означает не только новый шаг мышленности уже подошло к тому мо-
в развитии этих инструментов, но и воз- менту, когда ИС, созданные по самым
можность создания интерфейсных СФ- современным технологиям, способен вы-
блоков для 7-нм процесса. Кроме того, пускать на собственных производствен-
две фирмы уже много лет взаимодей- ных мощностях только ограниченный
ствуют между собой в области разра- круг производителей. Для большинства
ботки новейших FinFET-процессов для фирм, в первую очередь fabless14, возник
высокопроизводительных «систем-на- новый фактор обеспечения конкуренто-
кристалле» (SoC) с малой потребляемой способности – гарантированный доступ
мощностью и намерены продолжать со- к подобным мощностям. Как ожидается,
трудничество в данном направлении в ближайшее время самыми востребо-
и в дальнейшем. ванными процессами станут 28-нм тех-
Таким образом, совместные заказчи- нологии. Их преимущество заключается
ки этих двух компаний получат возмож- не только в самых низких на сегодняш-
ность снизить риски своей деятельности, ний день удельных издержек, но и в воз-
а также облегчить процесс интеграции можности существенного расширения
широкого портфеля высококачествен- ассортимента выпускаемой продукции
ных СФ-блоков в конструкции SoC, ат- за счет применения технологий сборки
тестованных на физическом уровне. и корпусирования 2,5D и 3D. При этом
В свою очередь, потребители получа- развитие и рыночное освоение топологи-
ют технологические решения, полно- ческих норм менее 28 нм будет связано
стью соответствующие их потребностям в первую очередь с возможностями сни-
по таким позициям, как потребляемая жения издержек производства за счет
мощность, производительность, пло- увеличения его масштабов, расширения
щадь кристалла и ускорение вывода но- ассортимента, а также наличием доста-
вой продукции на рынок. точного платежеспособного спроса.
1. Zvi Or-Bach. Moore’s Law did indeed stop at 28nm. Solid State technology. The Pulse, September 19, 2016
2. Rick Merritt. Chip Process War Heats Up. Samsung and China are the wild cards. EE Times, September
12, 2016 3. Synopsys and TSMC collaborate on development of interface and foundation IP for 7nm FinFET
process. Solid State technology. The Pulse, September 19, 2016
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 11Прорывные технологии микроэлектроники
Маршрутная карта
GlobalFoundries: 7-нм процесс,
встраиваемые MRAM,
FinFET и FD-SOI
Ключевые слова: издержки производства и разработки, масштабирование, микроэлектроника,
технологический процесс, топологические нормы, транзистор, корпорация GlobalFoundries.
Корпорация GlobalFoundries – номер 2 в рейтинге чистых кремниевых заво-
дов – заявила о планах освоения 7-нм технологического процесса. При этом но-
вая технология должна превосходить текущую, реализованную на уровне 14‑нм,
на 30% по производительности при одновременном снижении потребляемой
мощности на 60%.
Предполагается, что новый процесс логия FD-SOI во многом представляют
будет запущен в производство к концу собой наследие полупроводникового от-
2018 г., при этом шаг «плавников» (fin) деления корпорации IBM, поглощенного
составит 30 нм. Изготовление первых в июле 2015 г.
схем будет происходить только с исполь- GlobalFoundries в настоящее время
зованием имеющихся уже сейчас мето- прошла только половину пути по уста-
дов оптической литографии. новке технологического оборудования
В рамках новой маршрутной карты в рамках производственных мощностей
(рисунок 1) в качестве отдельного на- кремниевых заводов, которые были при-
правления технологического развития обретены ею у корпораций AMD, IBM
представлена задача создания и под- и Chartered Semiconductor (Сингапур).
держки новых встраиваемых MRAM15 С другой стороны, отраслевые анали-
с емкостью до 1 Гбит, изготавливаемых тики отмечают, что корпорация Intel, как
по технологическому процессу FD-SOI крупнейшая полупроводниковая фирма,
с топологиями 22 нм. Данная техноло- по-прежнему на шаг опережает своих
гия памяти, лицензированная у фирмы конкурентов. Недавно она приступила
Everspin Technologies, увеличит скорость к реализации foundry-услуг, однако, в от-
записи, а также уменьшит энергопотре- личие от опыта Samsung, для этих целей
бление и площадь кристалла по сравне- не было выделено и организационно
нию с современными вариантами встраи- оформлено автономное подразделение.
ваемой флеш-памяти. Выпуск подобных Более того, по основным показателям
ИС предполагается начать в 2018 г. отлаживаемая сейчас данной корпора-
Реализация мероприятий по про- цией 10-нм технология будет технически
движению новой маршрутной карты эквивалентна 7-нм процессам компа-
должна укрепить конкурентные позиции ний GlobalFoundries и TSMC. При этом
GlobalFoundries по отношению к ее ос- Intel намерен применять методику че-
новному сопернику – крупнейшему крем- тырехкратного формирования рисунка
ниевому заводу, тайваньской TSMC. до исчерпания ее возможностей с даль-
7-нм технологический процесс и техно- нейшим переходом на технологию EUV-
12 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016Прорывные технологии микроэлектроники
Источник: GlobalFoundries
Рисунок 1. Маршрутная карта GlobalFoundries по разработке технологических процессов FD-SOI
и FinFET с топологиями до 7 нм: 28nm HK & PolySi – 28-нм процесс с использованием материалов
с высокой диэлектрической проницаемостью и поликристаллического кремния; eNVM – энергоне-
зависимая память; 12 FDX – 12-нм ИС MRAM и т. д. на основе FD-SOI технологии; 22 FDX – 22-нм ИС
MRAM и т. д. на основе FD-SOI технологии
литографии16, если последняя окажется ности и надежности на уровне, который
коммерчески доступной. необходим для серийного производства
Корпорация Samsung, являющаяся ИС. В то же время корейская корпора-
вторым в мире (после Intel) поставщи- ция разработала собственный 14-нм
ком полупроводниковых приборов, за- FinFET-процесс, лицензия на который
нимает третье место в сегменте услуг в апреле 2014 г. была предоставлена
кремниевых заводов, уступая TSMC GlobalFoundries для обеспечения воз-
и GlobalFoundries. Со следующего года, можности конкуренции с TSMC.
подобно TSMC, она планирует освоить GlobalFoundries занимается разра-
10-нм технологию. Эксперты расценива- боткой собственных технологий. В со-
ют это намерение как попытку вернуть трудничестве с IBM данная корпорация
себе контракт на производство процес- уже представила 45-, 32-, 22- и 14-нм
соров семейства А для следующего по- планарные процессы.
коления смартфонов iPhone корпорации По сравнению с 14-нм процессом,
Apple. 7-нм процесс обеспечивает 30%-ное
Некоторые аналитики полагают, что сокращение удельной цены кристалла
к 2019 г. Samsung намерен представить и возможность осуществить еще боль-
более современный процесс с использо- шее масштабирование. На квадратном
ванием EUV-литографии. Однако дан- миллиметре кристаллов с такими топо-
ная технология до сих пор не способна логиями размещено по 17 млн вентилей.
обеспечить показатели производитель- Новый процесс предназначен для тех же
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 13Прорывные технологии микроэлектроники типов процессоров премиум-класса, как в завод Fab 8 на уровне «многих милли- и сегодняшние устройства на топологи- ардов долларов». ческом уровне в 16–14-нм: они исполь- В качестве нового решения в области зуются в технологии облачных вычисле- встраиваемой энергонезависимой памяти ний, при изготовлении смартфонов и т. д. GlobalFoundries выбрала MRAM, создан- Если по 7-нм процессу реализовать про- ные корпорацией Everspin Technologies: цессор на ядрах ARM Cortex-A72, то его первоначально такие устройства применя- тактовая частота может превысить лись для замещения встраиваемой флеш- 3,5 ГГц. Новая технология предполагает памяти в микроконтроллерах, изготов- формирование 17 слоев металлизации, ленных по фирменному процессу FD-SOI что может потребовать 80–84 этапа ис- с топологией 22-нм. Данная технология пользования шаблонов для поддержки поддерживает более быстродействую- методики четырехкратного формирова- щие буфера схем компьютерного зрения ния рисунка на некоторых критических и, в конечном счете, может быть использо- слоях. Наибольшей проблемой для 7-нм вана для замены СОЗУ в кэш-памяти тре- процесса в настоящее время являются тьего уровня у процессоров, изготовлен- паразитные элементы и явления, а так- ных по 14-нм технологии. В зависимости же выход годных на средних слоях ме- от конструкции ИС может сильно варьиро- таллизации, соединяющих транзисторы ваться ее емкость. Ячейки встраиваемых с разводкой кристалла. MRAM (еMRAM) осуществляют запись Специалисты GlobalFoundries не от- данных в течение наносекунд, в то время крывают информации о том, какие ин- как для флеш-технологии этот процесс новации они планируют использовать увеличивается до микросекунд. При фор- для совершенствования работы 7-нм мировании таких устройств требуется все- ИС: в частности, не раскрывают состав го лишь три шаблона по сравнению с 13 материалов для каналов транзисторов. шаблонами у встраиваемой флеш-памяти, Отраслевые аналитики предполагают, что обеспечивает снижение занимаемого что для этих целей подходят SiGe или ко- пространства и потребляемой мощности. бальт, однако точные сведения об этом Кроме того, срок службы встраиваемых отсутствуют. MRAM в тысячу раз превышает аналогич- Пионером в области создания EUV- ный показатель флеш-памяти. степперов является Нанотехнологический GlobalFoundries уже изготавливает научно-исследовательский центр Универ- для Everspin 256-Мбит MRAM на своем ситета штата Нью-Йорк (г. Олбани). Спе- заводе по обработке 300-мм пластин циалисты GlobalFoundries с ним тесно со- в Сингапуре. С целью формирования ис- трудничают, пытаясь перенести его опыт точника финансирования разработки ги- на свой завод Fab 8 (г. Мальта, шт. Нью- габитных ИС Everspin планирует открыть Йорк), где пока используются оптические доступ к своим акциям для широкого степперы. В 2018 г. на данном заводе пла- круга инвесторов, и GlobalFoundries уже нируется изготовить прототипы ИС с 7-нм вошло в их число. блоками. В то же время центр в Олбани Около 50 фирм уже осуществили заказ ищет пути формирования 5-нм струк- схем MRAM, планируемых для изготовле- тур с использованием EUV-литографии. ния по технологии FD-SOI с топологиями GlobalFoundries в течение следующего 22 нм, и первые прототипы таких ИС бу- года намерена установить в Нанотех- дут выпущены в течение ближайшего ме- нологическом центре и на своем заводе сяца. При этом GlobalFoundries не спешит в Мальте четыре EUV-степпера, чтобы предоставлять лицензии на созданную ей приступить к отработке технологии 7 нм. технологию, хотя эта мера могла бы спо- Предполагается, что для реализации дан- собствовать более быстрому развитию ного намерения потребуются инвестиции рынка FD-SOI за счет задействования 14 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016
Прорывные технологии микроэлектроники
0,8
0,7
0,6
0,5
14- D0 (LPE)
0,4
14
LPP
0,3
Источник: GlobalFoundries
0,2
0,1
0
Рисунок 2. График снижения плотности дефектов процессов LPE и LPP: в настоящее время плот-
ность дефектов на 14-нм топологиях меньше 0,8 частиц на миллион (промилле)
производственных мощностей Samsung поддержку высокого напряжения, а так-
и других кремниевых заводов, в первую же удовлетворение требований, предъ-
очередь китайских. Тем не менее первую являемых со стороны автомобильной
отгрузку серийно изготавливаемых 22-нм электроники.
FD-SOI MRAM планируется осуществить В своей маршрутной карте Global
не ранее начала 2017 г., а следующее по- Foundries не рассматривает планы раз-
коление устройств с топологиями 12 нм вития 28-нм планарного процесса, хотя,
будет готово только к 2019 г. как ожидается, продукция, изготовлен-
В настоящее время клиентами Global ная именно на его основе, в течение
Foundries являются около 30 компаний. следующего десятилетия будет домини-
Корпорация работает с 18 конструк- ровать в продажах кремниевых заводов.
циями 14-нм ИС, изготавливаемых Также в маршрутной карте не упомина-
по FinFET-процессу (на заводе Fab 8): ются планы развития технологий 2,5D
к ним относятся процессоры AMD, Power и 3D. В то же время основной конкурент
9 IBM и несколько специализированных GlobalFoundries, фирма TSMC, достигла
ИС (ASIC). В большинстве из них исполь- в области данных методик корпусиро-
зуется второе поколение LPP-процесса, вания значительных успехов. Примером
и только в одном случае реализуется бо- их использования является графический
лее ранний LPE-вариант 14-нм процесса. процессор Pascal фирмы Nvidia.
Надо отметить, что совершенствование Тем не менее GlobalFoundries ведет
технологий LPE и LPP направлено в пер- разработки в области технологий 2,5D
вую очередь на снижение плотности де- и 3D: в частности, реализует исследова-
фектов (рисунок 2). ния с применением топологий 14 и 7 нм.
В настоящее время GlobalFoundries Одним из лидеров в данной методике
работает с пятью вариантами FinFET- долгое время являлась корпорация IBM,
процесса. Их развитие нацелено на уве- которая создала совместно с корпораци-
личение емкости памяти, достижение ей Micron «гибридную кубическую» па-
минимальной потребляемой мощности, мять17 [1].
1. Rick Merritt. GF Debuts 7nm, Embedded MRAM. FinFETs, FD-SOI expand at Globalfoundries. EE Times,
September 15, 2016
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 15Прорывные технологии микроэлектроники
В ЦЕНТРЕ ВНИМАНИЯ: GLOBALFOUNDRIES
Штаб-квартира: г. Мильпитас, штат Калифорния, США.
Во второй половине 2000-х годов, прави- акционерами и завершена, при этом ее общий
тельство эмирата Абу-Даби (в составе ОАЭ объем (по AMD и GlobalFoundries) составил око-
со столицей в г. Абу-Даби), учитывая опыт ло 12 млрд долл. От 4 до 6 млрд долл. от этой
освоения высоких технологий эмиратом Ду- суммы было потрачено на модернизацию дрез-
бай, создала в 2008 г. инвестиционную компа- денского и строительство нью-йоркского заво-
нию Advanced Technology Investment Company дов по обработке 300-мм пластин.
(ATIC), средства которой полностью находи- Таким образом, в начале своей деятель-
лись в государственной собственности и были ности GlobalFoundries получила завод AMD
предназначены для развития высоких техноло- по обработке 300-мм пластин в Дрездене (Fab
гий. Ее основная цель была связана с необхо- 36), изготавливавший для материнской кор-
димостью преодоления зависимости от сырье- порации 65- и 45-нм процессоры, а также за-
вого уклона экономики эмирата, основанного консервированное производство (Fab 38), ра-
на экспорте нефти, который давал более 70% нее занимавшееся обработкой 200-мм пластин
его доходов. и предназначенное под переоборудование для
Первоначально для обеспечения выхо- работы с 300-мм пластинами. Кроме того, ей
да компании на мировой рынок полупрово- отошел строившийся в северной части штата
дниковых приборов было принято решение Нью-Йорк (Luther Forest Tecnology Park) завод
приобрести мажоритарную долю корпорации по обработке 300-мм пластин стоимостью 3,5
AMD и создать с ней совместное предприятие. млрд долл. Правительство штата вложило око-
На тот момент AMD являлась основным конку- ло 1 млрд долл. в сооружение необходимой
рентом корпорации Intel: с одной стороны, она для него инфраструктуры, и новое производ-
располагала самыми современными техноло- ство было введено в строй в 2012 г.
гиями микроэлектроники (микропроцессоры, В конце 2009 г. ATIC приобрела сингапур-
комбинированные центральные процессоры, ский кремниевый завод Chartered Semicon-
объединяющие ядра микропроцессоров и гра- ductor Manufacturing (CSM) за 3,9 млрд долл.
фических процессоров), а, с другой стороны, и включила его в структуру GlobalFoundries.
по объемам прибыли и инвестиций на НИОКР Затем последовал ряд других сделок,
она отставала от своего конкурента почти по результатам которых доля AMD уменьши-
на порядок, что не позволяло ей самостоя- лась до 14%.
тельно выживать в рамках традиционной IDM- В конце февраля-начале марта 2012 г. кор-
модели. Для преодоления данной проблемы порация AMD заявила об отказе от оставшихся
корпорация нуждалась в переходе на fabless- за ней 14% акций GlobalFoundries (на 278 млн
модель14 через этап fablite18. долл.) и согласилась выплатить последней
В конце 2008 г. было образовано совместное 425 млн долл. в рамках пересмотренного согла-
предприятие GlobalFoundries, в котором за AMD шения между двумя фирмами. Данный шаг по-
осталось около 34% капитала, а остальное ото- зволил бы AMD пользоваться услугами других
шло ATIC. Весной 2009 г. сделка была одобрена кремниевых заводов при изготовлении 28-нм
16 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016Прорывные технологии микроэлектроники
ИС. GlobalFoundries, в свою очередь, согласи- ■ разработка совместно с ADM, экосистемой
лась отказаться от требований ранее действо- IBM и прочими фирмами-разработчиками
вавшего договора к своему партнеру по приоб- ИС/IP современных технологических про-
ретению всех изготовленных ею 28-нм APU19. цессов и изделий.
Отказ AMD от своей доли означал, что компа-
ния GlobalFoundries фактически превратилась В 2013–2014 гг. правительство эми-
в независимый кремниевый завод, тем не ме- рата Абу-Даби и руководство корпорации
нее между двумя структурами было сохранено GlobalFoundries рассматривали вопрос о при-
долгосрочное стратегическое партнерство. влечении к финансированию новых произ-
Таким образом, на мировой арене в 2012 г. водственных мощностей стороннего капитала
появилась корпорация, контролируемая араб- за счет IPO20. Фактически ввиду недостатка
ским капиталом, находящимся в полной соб- финансовых ресурсов эмирата стоял вопрос
ственности монархического государства. Но- о потере государством 100% контроля над па-
вая структура обладает производственными кетом акций компании. Однако никаких суще-
мощностями в Северной Америке, Европе, АТР, ственных изменений в управлении корпораци-
а в перспективе собирается создать новые за- ей пока не предпринималось.
воды на Ближнем и Среднем Востоке. К сфе- В настоящее время GlobalFoundries являет-
рам ее деятельности относятся следующие на- ся вторым в мире чистым кремниевым заво-
правления: дом (после TSMC) с объемом доходов в 5,019
млрд долл. (по состоянию на 2015 г.) [1]. Капи-
■ производство микропроцессоров и графи- тальные затраты корпорации составили 3,985
ки по топологиям 65, 45 и 28 нм; млрд долл. в 2015 г., а по итогам 2016 г. пла-
■ создание широкой номенклатуры ИС, нируется достигнуть 3 млрд долл. по данному
включая радиочастотные устройства, логи- показателю [2].
ческие приборы, схемы аналоговой и сме- Основная стратегия корпорации Global
шанной обработки сигнала по топологиям Foundries заключается в обеспечении опе-
0,13–0,18 мкм, а также устройства с высо- режающего развития производственных
ким рабочим напряжением и мощные по- мощностей, использующих новейшие техно-
лупроводниковые приборы с топологиями логические процессы, с целью укрепления
0,35 мкм и более (на мощностях бывшей конкурентных позиций по отношению к Intel,
сингапурской CSM); Samsung и TSMC.
Фактор успеха
Обладание географически диверсифици- оборудования, осуществление перспективных
рованной производственной базой, исполь- НИОКР с широким кругом заказчиков и научно-
зующей широкий диапазон технологических исследовательских учреждений (университеты
процессов (как собственно технологий, так и то- Европы, США, Тайваня, включая IMEC, CEA-Leti,
пологических норм) – от зрелых до новейших. MIT и т. д.). Тесное сотрудничество с поставщи-
Постоянное обновление парка установленного ками инструментальных средств САПР.
1. Apple drove entire foundry sales increase at TSMC in 2015. Solid State Technology. The Pulse, April
26, 2016 2. Alan Patterson. Semiconductor Industry Capex Forecast to Rise 3%. EE Times, May 17, 2016
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 17РОБОТОТЕХНИКА
Объем мирового рынка
промышленных роботов
в 2020 году превысит
42 млрд долл.
Ключевые слова: исследования, прогнозы, объем рынка, роботы.
Исследовательская фирма Zion Research опубликовала новый доклад21,
согласно которому мировой спрос на промышленные роботы увеличится
с 30 млрд долл. в 2014 г. до 42 млрд долл. в 2020 г. CAGR22 за период 2015–
2020 гг. составит 6%.
Промышленные роботы являются общего рынка. Стремительные темпы
полностью автоматизированными дина- индустриализации способствуют про-
мическими машинами, используемыми должению лидерства данного сегмен-
в различных отраслях промышленности та в прогнозируемом периоде. Вторым
для сверления, обработки материалов, по величине сегментом рынка промыш-
сварки, прессования и опрессовки, на- ленных роботов стали установки пайки
несения покрытий и окраски, вытяжки и сварки. Системы корпусирования по-
и разглаживания, сборки, выбора и раз- требительской электроники и изделий
мещения компонентов, укладки грузов электротехники также демонстрируют
на поддоны, контроля качества продук- высокие темпы роста продаж благодаря
тов, тестирования и т. д. Эти машины устойчивому спросу на территории АТР
универсальны и запрограммированы и Центральной Азии.
для решения различных сложных задач. С функционально-архитектурной точ-
Кроме того, их можно перепрограмми- ки зрения в 2014 г. лидировали устрой-
ровать или перенастраивать, чтобы они ства с суставными манипуляторами
выполняли необходимые функции в со- (шарнирные роботы). За ними следо-
ответствии с программой с большой точ- вали конструкции, предназначенные
ностью и скоростью. Требования к про- для работы в декартовой системе ко-
мышленным роботам определяются ординат. На третьем месте оказались
стандартом ISO 8373, а их применение устройства, подобные роботам SCARA
позволяет существенно экономить вре- (с избирательной податливостью руки)
мя, издержки и трудозатраты. и конструкции, предназначенные для
По структуре использования промыш- работы в цилиндрической системе ко-
ленных роботов доминирующим сегмен- ординат (цилиндрические роботы). Два
том в 2014 г. стали системы обработки последние типа, как ожидается, в про-
материалов: на их долю пришлось 35% гнозируемом периоде будут переживать
18 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016Робототехника
Источник: www.aerialphotography.co.in
Промышленные роботы
значительный рост продаж за счет уве- рынка по состоянию на 2014 г. Страны
личения спроса на них как в географиче- данного региона, такие как КНР, Южная
ском, так и в отраслевом разрезе. Корея и Япония продемонстрировали
Крупнейшим рынком конечного при- свою растущую силу в сфере торговли
менения промышленной робототехни- промышленными роботами. Среди них
ки в 2014 г. стала автомобильная про- крупнейшим рынком сбыта является
мышленность: на нее пришлось более Япония, за которой следует КНР. Евро-
40% общего объема продаж. Стимулом па и Северная Америка в дальнейшем
более широкого использования подоб- должны также продемонстрировать зна-
ных устройств в этом сегменте является чительное увеличение производства
возможность повышения рентабельно- в период до 2020 г.
сти производства и его безопасности, Согласно прогнозу фирмы Zion
а также увеличения эффективности ис- Research, отрасли, активно осваиваю-
пользования рабочей силы. В течение щие передовые технологии, будут обла-
прогнозируемого периода ожидается дать наибольшим потенциалом разви-
расширение доли систем, предназначен- тия.
ных для электротехнической и электрон- К основным мировым производите-
ной, пищевой, химической и резинотех- лям промышленных роботов на данный
нической промышленности, а также для момент относятся Daihen Corporation,
производства пластмасс, в общих про- Denso Corporation, Epson America,
дажах робототехники. FANUC, Kawasaki Heavy Industries, KUKA
С географической точки зрения, Robotics Corporation, Mitsubishi Electric
крупнейшим региональным рынком по- Corporation, Nachi Robotic Systems,
требления робототехники стали страны Panasonic Corporation, Universal Robots
АТР, на которые пришлось более 50% и Yaskawa Motoman Robotics.
Global Industrial Robotics Market worth USD42.0 Billion by 2020. September 27, 2016. www.openpr.com.
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 19Робототехника
Наращивание продаж роботов
для нужд автоматизации
и промышленности
в Северной Америке
Ключевые слова: автоматизация, занятость, производительность, роботы, робототехника.
Распространение робототехники и систем автоматизации производства ха-
рактерны не только для США. Во многих странах мира развитие данного направ-
ления рассматривается как средство укрепления конкурентоспособности и воз-
можность отстранить людей от участия в монотонных, экологически вредных
и опасных производственных операциях. Распространение робототехнических
систем пока не антагонистично занятости.
ИССЛЕДОВАНИЕ АССОЦИАЦИИ СОДЕЙСТВИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
По данным последнего исследования Association, MCMA) и Международная
Ассоциации содействия автоматизации ассоциация визуальной информации
(Association for Advancing Automation, (Association for vision information, AIA),
А3), продажи роботов в Северной Аме- которые поддерживают конкретные
рике, предназначенных для использо- технологии, используемые в автомати-
вания в промышленности, находятся зации. О растущей важности данного
на подъеме. В первом полугодии были направления развития свидетельствует
совершены заказы на приобретение тот факт, что в текущем году А3 попол-
практически 14,6 тыс. роботов на общую нилась 119 новыми членами, и теперь
сумму 800 млн долл. Таким образом, число организаций, входящих в состав
были достигнуты рекордные показатели, материнской и дочерних ассоциаций,
на 2% превышающие значения за ана- достигло почти 1000.
логичный период 2015 г. Основными Спрос на технологии автоматизации
движущими силами рынка стали ОЕМ23, растет не только в США, а практически
специализирующиеся на производстве по всему миру. Большинство компаний
автомобилей, а также поставщики ком- пытаются превзойти своих междуна-
понентов. родных конкурентов за счет увеличения
А3 является отраслевой группой, производительности труда. При этом
ставящей перед собой задачи про- в первую очередь автоматизируются
паганды и популяризации технологий монотонные, грязные (связанные с за-
автоматизации. У нее есть три дочер- грязнениями) и опасные работы. Отме-
ние организации: Ассоциация робото- чается, что последний всплеск закупок
технической промышленности (Robotic роботов был связан в основном с систе-
Industries Association, RIA), Ассоциация мами, предназначенными для обработ-
моторов и средств управления пере- ки материалов, сборки, сварки, форми-
мещением (Motion Control and Motor рования изображений и окрашивания.
20 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016Робототехника
Все эти задачи реализуются в широком на программирование старых моделей
круге отраслей обрабатывающей про- требовались месяцы, то теперь процесс
мышленности, включая микро- и радио- настройки занимает несколько часов,
электронику. включая временные затраты на обу
По мере своего совершенствования чение персонала. Такие устройства
роботы все легче встраиваются в про- способны находить свое применение
изводственный процесс, что делает их на этапе окончательной сборки изде-
все более привлекательными для при- лий, что требует как тесной работы
обретения малыми и средними ком- с людьми, так и объединения между со-
паниями. Новейшие роботы являются бой возможностей нескольких робото-
более простыми для освоения: если технических систем.
ВЗАИМОСВЯЗЬ АВТОМАТИЗАЦИИ И ЗАНЯТОСТИ
Специалисты ассоциации А3 отме- ственном секторе). Анализ статистики
чают, что расширение применения ро- за последние 20 лет показывает, что
бототехники связано с человеческой при росте продаж роботов увеличива-
занятостью, но пока не антагонистично ется и занятость (см. рисунок): это яв-
ей (по крайней мере в несельскохозяй- ление наблюдается не только в США,
25 145
140
20
135
Источник: Rich Quinnell. Robots On the Rise. EE Times, September 16, 2016
15
130
125
10
120
5
115
0 110
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
, . , .
Соотношение отгрузок роботов и несельскохозяйственной занятости в США за период 1996–
2014 гг.
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 21Робототехника но и во всем мире во время несколь- произошедшие изменения расценивают- ких циклов роста и последующего спа- ся как очень серьезные. Ассоциация А3 да экономической активности. Правда, провела исследование на эту тему и вы- со временем автоматизация становится явила, что в настоящий момент самой фактором сокращения несельскохозяй- большой проблемой является подбор до- ственной занятости: на рисунке видно, статочного числа работников для запол- что линейная функция закупок роботов нения имеющихся вакансий. В обраба- за период с 1996 по 2014 гг. демонстри- тывающей промышленности США число рует тенденцию приближения к линей- вакансий доходит до 2,3 млн, однако для ной функции несельскохозяйственной их заполнения не хватает достаточного занятости. Возможно, что скоро они количества квалифицированного инже- пересекутся, и первая начнет обгонять нерно-технического персонала. вторую. С другой стороны, пока наблюдает- *** ся иная тенденция. Робототехника яв- ляется ключевым фактором сохранения Распространение робототехники конкурентоспособности многих фирм. и систем автоматизации является дол- В моменты процветания они расширя- госрочной тенденцией. Движущей силой ются и создают новые рабочие места. последнего всплеска заказов на такую Некоторые поставщики автомобильной продукцию стали средства обработки промышленности обнаружили, что им материалов, сборки, сварки, формиро- приходится нанимать и обучать людей вания и окрашивания, применяемые, для выполнения определенной работы, в том числе, в микро- и радиоэлектро- однако, когда данные процессы автома- нике. тизируются, таких работников приходит- Взаимосвязь автоматизации произ- ся увольнять. При этом, если автомати- водства и распространения робототех- зация приводит к расширению фирмы, ники с несельскохозяйственной заня- приходится нанимать новых людей, что- тостью не совсем однозначна. С одной бы справиться с возросшим объемом стороны, малоквалифицированный труд работ. Но насколько долговечна такая больше не требуется. С другой стороны, цикличность? растущая сложность робототехнических С появлением роботов для выполне- систем уже привела к возникновению ния монотонных повторяющихся работ дефицита должным образом подготов- требования к навыкам работников, в ко- ленного инженерно-технического пер- торых нуждаются отрасли обрабатыва- сонала. Только в обрабатывающей про- ющей промышленности, изменились. мышленности США этот дефицит Причем за последние 20 лет и более превышает 2 млн человек. Rich Quinnell. Robots On the Rise. EE Times, September 16, 2016 22 Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016
Робототехника
Обучение Тьюринга
для группы роботов путем
простого наблюдения
Ключевые слова: искусственный интеллект, обучение Тьюринга, роботы, исследования.
Исследователи Университета Шеффилда (г. Шеффилд, Великобритания)
установили, что современные машины способны узнавать принцип работы при-
родных или искусственных систем путем простого наблюдения – без получения
задания, что именно нужно искать. Благодаря прогрессу, происходящему в мире
высоких технологий, робототехника теперь способна среди прочих функций осу-
ществлять прогнозирование поведения человека.
Данное открытие основано на те- группы «учителей». Они должны были
сте Алана Тьюринга, специалиста в об- правильно определить траекторию пе-
ласти теории вычислительных машин ремещения исходной группы роботов,
и систем. Он предложил тест, который отнеся ее к категории «подлинной»,
машина может пройти, если действует путем отсеивания других возможных
незаметно для человека. В рамках дан- перемещений в качестве «информаци-
ного эксперимента исследователи об- онного шума».
мениваются сообщениями с двумя его Таким образом, новый подход, полу-
участниками, находящимися в разных чивший название «обучение Тьюринга»,
комнатах, при этом одним из них являет- заключается в том, чтобы убрать из про-
ся человек, а другим – машина. Их зада- цесса самообучения машин дополни-
ча – выяснить, какой из двух участников тельные вводные (по поиску), задавае-
является человеком. Если исследовате- мые человеком.
ли не могут обеспечить при этом боль- Например, если требуется научить
шую вероятность получения правильного машину рисовать как Пикассо, то обыч-
результата, чем в случае выбора наугад, но стандартные алгоритмы машинного
то тогда признается, что машина прошла обучения помогут одному роботу оце-
тест: в таком случае ее искусственный нить картины другого с той точки зре-
интеллект оказывается на одном уровне ния, насколько сформированные им изо-
с человеческим. бражения близки к подлинной живописи
В своем исследовании специалисты данного художника. Однако в этом слу-
Университета Шеффилда использовали чае с самого начала должен быть задан
тест Тьюринга с целью выявить, каким механизм определения такой близости,
образом одна группа роботов в ходе на- при этом применение обучения Тьюрин-
блюдения за другой («учителя» и «уче- га не требует осуществления подобной
ники») может самообучаться. Сами предварительной подготовки. Экспе-
ученые следили за состоянием обеих римент признается удачным в том слу-
групп, отмечая функционирование их чае, если рисунок робота, по оценкам
программ. Задача «учеников» заключа- исследователей, близок к подлиннику.
лась в том, чтобы провести дифферен- Преимущество нового метода заключа-
циацию действий каждого конкретного ется в том, что его использование по-
робота и совместной деятельности всей зволяет одновременно обучить роботов
Зарубежная электронная техника, вып. 30 от 13.10.2016 23Вы также можете почитать
