صنعت نیمه هادی در جهان و ایران

صنعت نیمه هادی یکی از مهم ترین صنایع جهان کنونی ماست . بر اساس گزارش IBIS World ، در سال 2021 این صنعت جایگاه دهم را در بین صنایع مهم جهان از آن خود کرده است. همینطور بر اساس گزارش SIA (انجمن نیمه هادی) این صنعت در سال 2021 ارزشی بالغ بر 555.9 میلیارد دلار داشته که نسبت به سال گذشته با رشد حدود 30 درصدی همراه بوده.

صنعت نیمه هادی به طراحی و ساخت بسیاری از قطعات الکترونیکی به مانند ترانزیستور ها ، مقاومت ها ، دیود ها و از همه مهم تر ریز تراشه ها (chip) می پردازد. به عبارتی می توان گفت این صنعت مولد قطعات مدار های الکترونیکی مدرن است.

این صنعت در کنار ارزش بالای سود آوری ، از نظر میزان بهره مندی کشورها از تکنولوژی روز جهان نیز حائز اهمیت است . چرا که این صنعت مشخص کننده امکان دستیابی کشور ها به فناوری های نوین به مانند سیستم های کامپیوتری ، تلفن های هوشمند ، ماشین های خودران و محصولات نظامی نیز هست.

به این دلایل بسیاری از کشورها در حال تلاش برای دستیابی به این تکنولوژی و یا رسیدن به لبه آن هستند. حتا این مورد باعث وضع قوانین حمایتی ای شده که شرکت های موثر در صنعت نیمه هادی را تحت پوشش قرار می دهد .

این نوشتار تلاش می کند در ابتدا شما را با صنعت نیمه هادی آشنا کند . در ادامه آورده شده که بازیگران این صنعت چگونه در جدالی پایان ناپذیر در حال تلاش برای ارتقا جایگاه خود و تضعیف طرفین دیگر هستند . در آخر هم به این صنعت در ایران نگاهی شده و تلاش شده افق دیدی مناسب را برای رشد آن ترسیم کند.

?آشنایی اولیه با صنعت نیمه هادی و زنجیره تولید تراشه :

صنعت نیمه هادی ، بر دسته ای از مواد بنا شده که به آنها نیمه هادی و یا نیمه رسانه اتلاق می شود . این مواد ویژگی هایی بین مواد رسانا و نارسانا را دارا هستند که باعث شده از آنها به عنوان مواد اولیه ساخت قطعات الکترونیک استفاده شود.

امروزه از این مواد بیشتر از هر چیز دیگری در ساخت مدار های یکپارچه‌ای استفاده می شود که ما آنها را تحت عناوین تراشه ، cpu و چیپست می شناسیم. گرچه ساخت تراشه ذیل صنعت نیمه هادی شناخته می شود اما به صنعت اصلی ای که به ساخت این قطعه می پردازد ، "لیتوگرافی تراشه" گفته می شود.

برای فهم بهتر و شناخت عمیق تر این صنعت بهتر است به زنجیره ساخت تراشه بیشتر توجه شود . زنجیره ساخت تراشه شامل ۶ مرحله است :

1.اولین بخش این زنجیره به تامین منابع ماده خام مورد نیاز برای ساخت این تراشه ها بر می‌گردد و هر ماده بسته به عملکرد نیمه‌رسانا دارای مزایایی است که بر اساس نسبت هزینه به عملکرد، عملیات با سرعت بالا، تحمل دمای بالا یا پاسخ مطلوب به سیگنال، متفاوت است. چین بزرگترین کشور تولید کننده و ذخیره منابع اولیه این صنعت است و برزیل، روسیه، ایالات متحده و نروژ نیز سهم کمتری در این بخش دارند.

2.مرحله دوم، بخش تحقیق و توسعه (R&D) نیمه‌رساناهاست که حدود 23 درصد کل بودجه تحقیق و توسعه میان تمام کشورها را در بر می‌گیرد. کشورهای آمریکا، اتحادیه اروپا، تایوان، ژاپن، چین و کره جنوبی به ترتیب بیشترین هزینه‌ها را در این بخش می‌پردازند.

3.در سومین مرحله، شرکت‌هایی (Fabless) وجود دارند که با استفاده از دانش تحقیق و توسعه و استفاده از نرم‌افزارهای بسیار پیچیده که آن هم اغلب در اختیار معدود کشورهای اروپایی، آمریکا و ژاپن است، به طراحی این مایکروچیپ‌ها (و نه تولید آن) می‌پردازند. از مهم‌ترین این شرکت‌ها به ترتیب درآمد می‌توان به کوالکام، برودکام و انویدیا در ایالات متحده و سپس به مدیاتک تایوان اشاره کرد.

4.در بخش چهارم، کارخانه‌هایی (Foundries) وجود دارند که طبق طراحی انجام شده در مرحله پیشین، با بهره‌گیری از ماشین‌های بسیار پیشرفته به ساخت تراشه ها که البته جز بخش‌های پر هزینه این صنعت است می‌پردازند. به دلیل پیشرفت سریع فناوری، این قسمت باید به طور مرتب بهینه و به روز شود. اکثر شرکت‌های صاحب فناوری برش ویفرهای مورد نیاز برای پیکربندی مایکروچیپ‌ها در ژاپن، ایالات متحده و اروپا حضور دارند. سرآمدترین کارخانه‌های تولید در این بخش هم شامل شرکت‌های TSMC و UMC تایوان، سامسونگ کره جنوبی و SMIC چین است.

5.در مرحله پنجم، شرکت‌هایی (Assembly, testing, and packaging) قرار دارند که تراشه های ساخته شده را مونتاژ، آزمایش، بسته بندی و آماده ارسال می‌کنند. این مرحله به مهارت های فنی کمتری نیاز دارد، بنابراین اغلب در مکانی انجام می‌شود که دستمزد نسبتاً پایین است. اکثر ارائه دهندگان پیشرو این صنعت در تایوان، ایالات متحده، چین و سنگاپور مستقر هستند. تایوان، آمریکا، چین، سنگاپور و ژاپن به ترتیب بیشترین سهم را از درآمد این صنعت در اختیار دارند. البته در این میان شرکت‌هایی وجود دارند که توانایی تجمیع تمام پروسه طراحی، ساخت، آزمایش و بسته بندی محصولات خود را به تنهایی دارند و از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به اینتل آمریکا و سامسونگ کره جنوبی اشاره کرد.

6.در آخرین مرحله، محصولات نهایی به توزیع کنندگان ارسال می‌شوند و یا مستقیماً به تولید کنندگان تجهیزات فروخته می‌شوند. خدمات ساخت الکترونیک (Electronic Manufacturing Services)، آزمایش، تولید، توزیع، و خدمات بازگشت یا تعمیر قطعات الکترونیکی را برای سازندگان تجهیزات اصلی (OEMs) مثل لنوو، دِل، اچ‌پی و... ارائه می‌کنند.اکثر شرکت‌های این قسمت از زنجیره در چین، تایوان و سنگاپور فعالیت می‌کنند.

نکته مهم در این صنعت آن است که هر ساله نمونه های پیشرفته تر تراشه به بازار عرضه میشود . یکی از ملاک های مهم برای نشان دادن پیشرفته بودن این تراشه ها ، پایین بودن عدد نانومتر پردازنده است . هر چه این عدد پایین تر باشد ، به علت متراکم تر شدن مدار جا داده شده در cpu ، قدرت کار آمد تر و پردازش سریع تر را ممکن می کند .

اکنون لبه این تکنولوژی 3 نانومتر است که تنها در دست چند کشور امریکا ، هلند و تایوان قراردارد . بهترین تکنولوژی ای که دیگر کشور ها بدان دست یافته اند از این قرار است : -ژاپن : 15nm -روسیه : 28nm -چین : 32nm -هند : 180nm

?جنگ تراشه ها میان آمریکا و چین :

همانطور که گفته شد این صنعت و تکنولوژی از اهمیت بالایی برخوردار است . به همین علت جدالی بین المللی بر سر آن در جریان است . این جدال آنقدر اهمیت دارد که رابطه دو کشور ابرقدرت جهان ، یعنی چین و آمریکا را در این عرصه از رقابت به جنگ مبدل کرده است.

جنگی که در آن هر دو کشور را مجبور به نوشتن قوانین حمایتی از صنعت نیمه هادی خود ، وضع تعرفه های سختگیرانه برای کاهش وابستگی به طرف مقابل و حتا تحریم طرف دیگر و فشار بر زنجیره ، کرده است.

طرف چینی سالهاست در تلاش برای سرمایه گذاری در این عرصه قدم بر می دارد .اژدها رقیب منطقه ای خود را ۵ سال پیش در بازار صنایع نیمه هادی شکست داد و می رود که با کره جنوبی و سپس امریکا در بازار جدل کند .

گرچه چین با احتساب شرکت های خارجی ای که در خاک خود دارد ، صنعت نیمه هادی‌اش 84 درصد وابسته به دیگر کشور هاست و حتا با توجه به داده ها سه یا چهار نسل از لبه تکنولوژی و رقبای دیگرش عقب است ، اما با توجه به تحلیل ماریومورالس ، یکی از تحلیل گران بین المللی داده (IDC) ، این کشور می تواند تا ۱۰ سال آینده از پیشتازان این عرصه پیشی بگیرد.

در مورد طرف امریکایی، در ابتدا باید تاکید کرد که این کشور زادگاه صنعت نیمه هادی بوده و اکنون نیز بیشتر توسعه آن در دره سلیکون ولی امریکا صورت می پذیرد . گرچه سود نا خالص امریکا از این صنعت به علت جهانی سازی ، از سال 1990 به این سو ، از 37% کل بازار ، به 13% تقلیل یافته است. همچنین به علت جهانی سازی و در نتیجه ،پیچیده شدن زنجیره تولید تراشه شرایط پیشرفت کشور های حوزه آسیا-پاسیفیک در این عرصه و سر بر آوردن کشور های رقیب امریکا، چون چین ، تایوان ، ژاپن ، کره جنوبی و ... فراهم شده است.

گرچه در سالهای اخیر ،امریکا با توجه به فعالیت های چین در راستای حمایت از تولید داخلی خود ، منفعل نبوده و در تلاش برای مهار چین است . امریکا در سال 2022 قانون Chip for America را در سنای نمایندگان به تصویب رسانید که در کنار حمایت از صنایع نیمه هادی امریکا ، چه از نظر لوجستیکی و چه از نظر علمی ، در تلاش برای تحریم چین بوده . تحریم هایی که امکان رسیدن قطعات کلیدی این صنعت و برنامه های طراحی به چین را هدف قرار داده اند. با اینکه سیاست تحریمی امریکا باعث ضرر های معکوس در شرکت های وابسته امریکایی به تولیدات چینی نیز می شود اما امریکا بر این سیاست اصرار می ورزد.

چین نیز در جواب به این اقدام امریکا دست به فشار آوردن به زنجیره تولید زده است . همینطور تلاش کرده است با بالا بردن سطح علمی خود در این عرصه ، به خودکفایی نیز برسد تا شرکت هایی با زنجیره کامل را تاسیس کند .

سیاست چین در این عرصه به این ها نیز ختم نمی شود . چین در سالهای اخیر با پرداخت دستمزد های چند برابری به مهندسان و متخصصان تایوانی توانسته هزاران مهندس شرکت TSMC را جذب صنایع نیمه هادی خود کند. چین همچنین اولین مدرسه نیمه رسانا ها را در سال 2020 تاسیس کرده و این حاکی از استفاده هوشمندانه و منعطف مقامات این کشور در استفاده از منابع خود برای حل چالش های پیش‌روست .

تمامی این سیاست ها حاکی از آن است که هدفی که چین در سر می پروراند ، یعنی رشد خودکفایی 16 درصدی خود به 75 درصدی تا سال 2030 ، برای چین قابل دسترس خواهد بود.

?ایران و صنعت نیمه هادی :

در ایران از آغاز دهه 1970 و عصر جدید صنعتی ، کم و بیش تلاش های پراکنده ای برای ساخت صنعت الکترونیک بومی انجام شده است . تاسیس شرکت هایی چون مادیران و شهاب در بخش های عمومی و شرکت صنایع الکترونیک ایران (صاایران) در بخش نظامی در همین راستا صورت گرفت . اما ایران در ساخت تراشه به صورت تجاری توفیق چشم گیری نداشت . از این رو لازم است برای تامین نیاز های نظامی-امنیتی و تجاری-صنعتی خود بیش از پیش وارد این عرصه شویم و با توجه به فرصت ها ، در این زمینه ، برنامه توسعه ای را برای این صنعت در نظر بگیریم.

امروز ما می توانیم برای آغاز یک روند پیشرفت در صنعت نیمه هادی ها ،از برنامه های توسعه دیگر کشور ها نیز الگو بگیریم . این مهم را نیز باید درک کنیم که‌ همه چیز این صنعت ، لبه تکنولوژی آن نیست و کشور های زیادی در جهان وجود دارند که با آنکه پیشتازان این عرصه به شمار نمی آیند اما با دستیابی نسل های گذشته تراشه ها نیاز های داخلی را رفع کرده اند.

به عنوان مثال می توان صنعت نیمه هادی روسیه را در نظر گرفت :

صنعت نیمه هادی اتحاد جماهیر شوروی با تاسیس "مرکز توسعه علم و مرکز ساخت قطعات نیمه هادی" متولد شد . تمرکز تمام مراحل توسعه صنعت نیمه هادی ، از فناوری و تجهیزات گرفته تا میکرو مدار ها ، تحت یک مرکز توسعه و تولید واحد ، احتمالن بهترین تصمیمی بود که رهبران شوروی در مورد توسعه صنعت نیمه هادی اتخاذ کرده بودند. به تدریج صنعت نیمه هادی در روسیه مبتنی بر بازار نظامی و مخابراتی توسعه پیدا کرد ؛ اما بعدها توقف در این دو حوزه و متکی شدن به بازار های صرف داخلی ، باعث شد که روسیه خیلی زود از عرصه رقابت جهانی عقب عقب بماند. گرچه صنعت نیمه هادی شوروی برای جبران عقب ماندگی ها رویه مهندسی معکوس تراشه های تولیدی امریکا را در پیش گرفتند ، اما این سیاست نیز باعث جبران عقب ماندگی ها نشد . بعد ها نیز به علت فروپاشی شوروی این صنعت‌ بیش از پیش از رقابت های جهانی عقب افتاد.

بعد از آن دوره در طی سالهای 2012 تا 2016 تلاش هایی پیوسته از طرف دولت و بخش خصوصی روسیه در صنعت نیمه هادی صورت گرفت که باعث شد امروزه روسیه توان ساخت تمام قطعات الکترونیک ، به جز مدرنترین تراشه ها را داشته باشد.

برترین تراشه ای که امروز شرکت البروس  ،پیشتاز این صنعت در روسیه ، توان ساخت آن را دارد پردازنده ای 8 هسته ای با دقت 28nm است که می توان آن را به عنوان یک دست آورد خوب برای روسیه برشمرد.

گرچه اکنون نیز به مانند قبل این صنعت نسبتا پیشرو ، محصور در بخش نظامی روسیه است ، اما روسیه برنامه هایی برای ورود به بخش تجاری نیز دارد.

پیشنهاد هایی که می توان با آشنایی کلی از سرگذشت این صنعت در روسیه برای ایران در نظر گرفت :

1.صنعت نیمه هادی در کشور بایستی مبتنی بر بازار نظامی شروع شود

2.اولین قدم بایستی ایجاد یک مرکز متمرکز با کلاستر های کوچک ، مهارت آموز ، تربیت نیرو ، کسب و انتقال تجربه باشد.

3.صنعت نیمه هادی نباید در حوزه نظامی باقی بماند و برای این امر در ابتدا باید قطعاتی با کاربرد دوگانه را مورد هدف گذاری برای ساخت قرار داد

4.دولت باید مشخصن این صنعت را مورد حمایت قرار دهد و با تعیین تعرفه بر واردات قطعات ، شرایط را برای بسط و ارتقا این صنعت فراهم کند

5.تلاش بخش های دولتی و خصوصی باید بر این اصل باشد که توان ساخت بیشتر این چرخه در داخل ممکن شود ، چرا که شرکت های وابسته به قطعات دیگر شرکت های خارجی ،آسیب پذیرند.

این نکته را نیز نباید فراموش کرد که این تکنولوژی ویژگی انحصار آفرینی بالایی در سطح جهانی دارد و اگر حمایت دولت  معطوف به این صنعت وجود نداشته باشد ، به طور قطع مسیر این صنعت هموار نخواهد بود.

(در ضمن این مساله نیز حائز اهمیت است که شرکت روسی البروس پیشنهادی مبنی بر تاسیس شرکت ایرانی-روسی و انتقال فناوری بع کشور را پیشنهاد داده است ، و این مورد غیر قابل چشم پوشی است و می بایست برای آغاز همکاری ،با این شرکت وارد مذاکره شد.)

در انتها باید گفت به علت اهمیت این صنعت در حال حاضر و آینده عالم بشری ،  می بایست ایران نیز به فکر وارد شدن هدفمند و قاطعانه به آن را داشته باشد . ما در مقام یک ملت ، تجارب تلخی به مانند جنگ چالدران را در تاریخ خود داریم که به علت ناتوانی و عقب ماندگی در صنعت و تکنولوژی روز دنیا ، متحمل وضعیت هایی ناگوار شدیم‌. عدم فهم و ناتوانی در زمینه تکنولوژی نیمه هادی ها به علت کلیدی بودن در صنعت جهان می تواند چالدران هایی دیگر را نیز رقم بزند؛ ولی فهم درست و توانایی دستیابی به آن ، می تواند باعث سرافرازی ایران عزیز باشد .

ایران آریستو-نوکراسی

نویسنده و محققان : ابوالفضل مجیدی - حامد حسینی