Pagpapaunlad ng mga Semiconductor – Maaaring Gawing “Donut” na Sine at “Lego” na Bloke ba ang Magbabago sa mga Pamamaraan ng Industriya?

Isang mahalagang sangkap ng mga elektronikong aparato, ang mga semiconductor ay naging bahagi na ng mismong tela ng ating pang-araw-araw na buhay. Ang maliliit ngunit makapangyarihang elementong ito ay pundasyon ng makabagong teknolohiya, na nagtutulak ng mga inobasyon sa pagkokompyut, communications, clean energy, healthcare, transportation, military systems, at napakaraming iba pang kritikal na aplikasyon. 

Sa isang kahanga-hangang patunay ng kanilang laganap na impluwensya, inaasahang lalaki ang laki ng pandaigdigang merkado ng semiconductor sa $1.38 trilyon pagsapit ng 2029, tumaas mula sa $573.44 bilyon noong 2022.

Isang Pagsilip sa Pag-unlad ng mga Semiconductor

Ang mga semiconductor ay mga materyales na nagdadala ng kuryente nang higit sa isang insulator ngunit mas kaunti kaysa sa isang purong konduktor. Ang mga materyales na ito, na maaaring purong elemento o compound, ay nagkakaroon ng malaking pagbabago sa konduktibidad kapag nagdagdag ng maliit na halaga ng mga impuridad.

Dahil sa mga semiconductor, mayroon tayong access sa radyo, TV, smartphone, computer, video game, at mga advanced na kagamitang medikal para sa diagnostic. Ang mga pag-unlad sa teknolohiyang semiconductor sa nakaraang maraming dekada ay nagbigay-daan sa mga elektronikong aparatong ito na maging mas maliit, mas mabilis, mas mura, at mas mapagkakatiwalaan.

Tinatawag ding integrated circuits (ICs) o microchips, ang mga semiconductor ay nagbago ng paraan ng ating pamumuhay, na nakaaapekto sa kung paano tayo nagtatrabaho, nakikipag-ugnayan, nagbibiyahe, nagpapagamot, nag-eenjoy, at gumagamit ng enerhiya.

Bilang pundasyunal na bloke ng makabagong teknolohiya, patuloy na pinapagana ng mga semiconductor ang pinakamahalagang mga breakthrough sa mundo, na may napakalaking potensyal.

Kabilang sa mga pinaka-kapanapanabik na inobasyon sa industriya ng semiconductor ang quantum computing, na nangangailangan ng mga bagong uri ng semiconductor na gumagana sa mababang temperatura; neuromorphic computing, na naglalayong bumuo ng mga chip na ginagaya ang estruktura at pag-andar ng utak ng tao para sa matatalinong makina; silicon photonics, na gumagamit ng liwanag upang maglipat ng data sa pagitan ng mga chip; at advanced packaging, na mahalaga para sa pagbuo ng mga high‑performance na elektronikong aparato.

Ang mga advanced na solusyong ito sa semiconductor ay may malaking papel sa Artificial Intelligence (AI), na nagiging lalong mahalaga sa iba’t ibang industriya. Makakatulong ang mga semiconductor sa mga AI application na magsagawa ng komplikadong gawain nang mas epektibo. Mayroon ding napakalaking potensyal ang mga semiconductor sa autonomous vehicles, mga intelligent image‑processing system, at mga renewable energy system.

Paggawa ng mga Semiconductor

Sa industriya ng semiconductor, ang pokus ay lumikha ng mas maliit, mas mabilis, at mas murang mga produkto, isang layuning direktang konektado sa prinsipyo na ang pagiging maliit ay nangangahulugang mas maraming kapangyarihan ang maaaring ilagay sa parehong chip. Ang compactness na ito ay mahalaga dahil mas maraming transistor sa isang chip, mas mabilis itong gumagana.

Dito pumapasok ang Moore’s Law, na nagsasaad na “ang bilang ng mga transistor sa isang masiksik na integrated circuit ay doble tuwing halos dalawang taon.” Ipinapakita nito ang presyon sa mga gumagawa ng chip na patuloy na mag‑innovate at magbigay ng mas epektibo at mas murang mga semiconductor habang tinitiyak ang kontrol sa kalidad at mabilis na availability ng produkto para sa pagbebenta.

Ang karamihan ng demand para sa industriya ng semiconductor ay nagmumula sa mga smartphone at industrial equipment, ngunit ang pag‑usbong ng AI, IoT, at autonomous vehicles ay nagbago ng pananaw ng industriya. 

Ngayon, ang lumalaking demand ay nag‑uutos sa mga kumpanya ng semiconductor na magtuon nang higit sa pananaliksik at pag‑unlad, dagdagan ang functionality, at magkaroon ng mas epektibong oras ng produksyon. Ang mga pangangailangang ito ay nagdulot ng malalaking hamon para sa industriya, kung saan ang pinakamalaking hamon ay kung paano magbigay ng mas maliit, mas makapangyarihang chip sa abot‑kayang presyo.

Gayundin, ang mga inobasyon ay nagdagdag ng komplikasyon sa mga proseso ng paggawa sa industriya ng semiconductor. Ang pagtaas ng komplikasyon ay natural na nangangailangan ng mas epektibong supply chain, isang pangangailangan na lalong pinapalakas ng patuloy na tumataas na demand mula sa mga kumpanyang AI. Ito ay nangangailangan hindi lamang ng iba’t ibang kakayahan sa performance kundi pati na rin ng mas maikling oras ng paghahatid.

Ang paggawa ng mga semiconductor chip ay kinabibilangan ng paglilinis ng wafer, pagbuo ng maraming layer upang lumikha ng integrated circuits, at pagkatapos ay pag‑assembly at pag‑packaging ng maraming komponent sa panghuling produkto.

Kaya, ang mga gumagawa ng semiconductor ay kailangang harapin ang hamon ng paghawak ng materyales, pag‑recycle, at pagpapabuti ng proseso, na mga kritikal na aspeto ng kanilang operasyon. Ngunit ang saklaw ng kanilang mga hamon ay hindi limitado lamang dito; mga salik tulad ng geopolitics ay malaki ring nakaaapekto sa availability ng mga resources at kalakalan, tulad ng ipinakita sa kaso ng US at China.

Sa ilang panahon na, ang mga isyu sa supply chain ay talagang isa sa mga pangunahing isyu sa industriya. Ang sitwasyong ito ay lalong pinapahirap ng mga salik tulad ng geopolitical tensions at trade disputes, kung saan ang mga black swan events tulad ng pandemya ay nagpalala pa ng problema sa availability ng chip.

Bukod sa mga hamong ito, ang industriya ay kailangang harapin din ang lumalawak na agwat sa pagitan ng demand para sa mga skilled professionals at ang availability ng mga kwalipikadong tao. Dahil sa matinding kompetisyon at mabilis na takbo ng pag‑unlad sa sektor, hindi nakakagulat na may kakulangan sa talento at skills gap.

Sa kabila ng lahat ng mga hamong ito, patuloy pa rin ang industriya. Ang mga breakthrough na may potensyal na baguhin ang hinaharap ay patuloy na nangyayari, na nagpapakita ng katatagan at makabagong espiritu ng sektor.

I‑click dito para sa listahan ng pinakamahusay na mga stock ng semiconductor equipment para sa suporta sa paggawa.

Ang mga “Doughnut” Beam ay Nagpapahintulot ng Pagsilip sa Napakaliit na Bagay

Sa buwang ito, isang bagong pag-aaral ang kumuha ng detalyadong imahe ng maliliit na bagay gamit ang doughnut‑shaped na mga sinag ng liwanag, na hindi magiging posible gamit ang tradisyonal na mikroskopyo. Ang pag-aaral ay isinagawa ng mga mananaliksik ng CU Boulder at inaasahang makakatulong sa mga siyentipiko na mapabuti ang mga batayang detalye ng iba’t ibang “nanoelectronics,” kabilang ang mini semiconductor na matatagpuan sa mga chip ng computer.

Ito ang pinakabagong pag‑unlad sa larangan ng ptychography, isang computational imaging technique para sa microscopic imaging. Ang mga tool ng ptychography, hindi tulad ng tradisyonal na mikroskopyo, ay hindi direktang tinitingnan ang napakaliit na bagay; sa halip, nag‑iilaw sila ng laser sa target at sinusukat kung paano kumakalat ang liwanag.

Ayon sa senior author ng pag‑-aaral, si Margaret Murnane, hanggang kamakailan, ang pamamaraang ito, bagaman mahusay, ay “ganap na nabigo para sa mga highly periodic samples, o mga bagay na may regular na pag‑uulit na pattern” dahil kasama nito ang nanoelectronics. 

Si Murnane, isang fellow sa JILA – isang joint research institute ng CU Boulder at NIST – ay ipinaliwanag ang mga hamon na kinahaharap ng mga siyentipiko sa paggamit ng ptychography upang makita ang estruktura ng ilang semiconductor. Ang mga estrukturang ito, na binubuo ng mga atom tulad ng silicon na nakaayos sa napakakapantay‑pantay na maliliit na grid, ay nagdudulot ng kahirapan dahil sa kakulangan ng variation.

Kaya, sa bagong pag‑-aaral, lumikha ang mga mananaliksik ng mga sinag ng extreme ultraviolet light imbis na gumamit ng regular na laser sa kanilang mga mikroskopyo upang gumawa ng shadow puppets. Pagkatapos, gamit ang isang spiral phase plate, iniikot nila ang hugis nito sa anyo ng doughnut, at kapag ang mga sinag na ito ay tumama sa mga paulit‑ulit na estruktura, ang mga shadow puppet na nalikha ay mas kumplikado kaysa sa tradisyonal na laser. Pinahintulutan nito ang tumpak na pagkolekta ng mga imahe ng maliliit at delikadong estruktura. 

Ang mga estrukturang ito ay may sukat na 10 hanggang 100 nanometer, at sa hinaharap, inaasahan ng koponan na mag‑zoom in pa upang makita ang mas maliit pang mga estruktura. Ang ideya ay gawing mas tumpak pa ang estratehiyang doughnut, na magpapahintulot sa koponan na makita pa ang mas marupok na bagay, marahil kahit mga selula ng buhay, balang araw.

Hanggang ngayon, ang mga imaging tool na gumagamit ng lente ay kaya lamang makita hanggang resolusyon na humigit‑kumulang 200 nanometer, na hindi nagpapahintulot sa mga siyentipiko na ma‑capture nang tama ang maraming virus. Ngunit ngayon, sa pananaliksik na ito, naipush ang mga pangunahing limitasyon ng mikroskopyo, at magagawa ng mga siyentipiko na i‑capture ang mga pathogen na ito sa aksyon nang real‑time sa hinaharap. “Sa halip na gumamit ng lente para kunin ang imahe, gumagamit kami ng mga algorithm,” sabi niya.

Bukod pa rito, ang mga sinag ay hindi nakakasira ng maliliit na elektronikong bahagi sa proseso at, samakatuwid, maaaring magamit “upang inspeksyunin ang mga polymer na ginagamit sa paggawa at pag‑print ng mga semiconductor para sa mga depekto, nang hindi nasisira ang mga estruktura sa proseso,” sabi ni Murnane.

Sa pangkalahatan, ang bagong pag‑-aaral na ito ay may malaking potensyal na makaapekto sa industriya ng semiconductor sa pamamagitan ng pagpapahusay ng inspeksyon ng mga nanoelectronic component na may mas tumpak na quality control. Maaari rin nitong pahintulutan ang mga mananaliksik na inspeksyunin ang mga delikadong estruktura ng semiconductor nang hindi sinisira ang integridad nito. Habang mas marami pang pag‑unlad ang nangyayari sa mga teknik ng ptychography, maaari nating makita ang mas maraming versatile na imaging method para sa pananaliksik at pag‑develop ng semiconductor.

Photonic Chip na “Reshape” sa Tanawin ng mga Semiconductor

Sa isa pang bagong pag‑-aaral, mga mananaliksik sa nanoscience facility ng University of Sydney Nano Institute, kasama ang mga siyentipiko mula sa Australian National University, ay nagdisenyo ng isang bagong arkitektura ng semiconductor kung saan kanilang pinagsama ang electronics at photons upang palawakin ang bandwidth at filter control. Ibig sabihin, mas maraming impormasyon ang maaaring dumaloy sa chip habang pinapayagan ang advanced filter controls. 

“Ang gawaing ito ay nagbubukas ng daan para sa isang bagong henerasyon ng compact, high‑resolution RF photonic filters na may wideband frequency tunability, na partikular na kapaki‑pakinabang sa mga air at spaceborne RF communication payloads, na nagbubukas ng mga posibilidad para sa pinahusay na komunikasyon at kakayahan sa sensing.” 

– sabi ni Dr. Moritz Merklein, senior research fellow at co‑author ng pag‑-aaral

Upang mabuo ang chip na ito, ginamit ng mga mananaliksik ang isang umuusbong na teknolohiya sa silicon photonics, na ginamit nila upang pagsamahin ang iba’t ibang sistema sa mga semiconductor na mas mababa sa 5 milimetro ang lapad, na parang pagbuo ng Lego building blocks. Sa ganitong paraan, maaari itong magbigay ng scalable at modular na approach sa disenyo ng chip, na nagbubukas ng mga bagong posibilidad para sa paglikha ng komplikado at napaka‑epektibong mga semiconductor device.

“Ang pinagsamang paggamit ng mga overseas semiconductor foundry upang gawin ang pangunahing chip wafer kasama ang lokal na research infrastructure at manufacturing ay napakahalaga sa pag‑develop ng photonic integrated circuit na ito.”

– Dr. Alvaro Casas Bedoy, Associate Director for Photonic Integration sa School of Physics

Ang bagong compact silicon semiconductor chip na ito ay malaki ang pagpapalawak ng radio‑frequency (RF) bandwidth at maaaring kontrolin nang tumpak ang impormasyon na dumadaloy sa yunit. Makikita mo ang aplikasyon nito sa advanced radar, wireless networks, satellites, at pag‑roll out ng 6G at 7G telecommunications. Gayundin, nangangahulugan ito ng mga device na maaaring mag‑adapt sa iba’t ibang aplikasyon, na ginagawang angkop ito sa malawak na hanay ng mga senaryo.

Ayon sa mga mananaliksik, ang pinahusay na kakayahang ito ay makatutulong pa sa advanced sovereign manufacturing at paglikha ng high‑tech value‑added factories nang hindi ganap na umaasa sa mga internasyonal na manufacturer.

Ang imbensyong ito, ayon kay Pro‑Vice‑Chancellor Professor Ben Eggleton, ay isang makabuluhang pag‑unlad sa pananaliksik ng microwave photonics at integrated photonics. Ang chip ay may kakayahang mag‑alok ng 15‑gigahertz bandwidth ng tunable frequencies na may kahanga‑hang spectral resolution.

Ipinaliwanag niya kung paano “ang microwave photonics ay may mahalagang papel sa modernong komunikasyon at radar applications, na nag‑aalok ng flexibility upang eksaktong i‑filter ang iba’t ibang frequency, na nagbabawas ng electromagnetic interference at nagpapabuti ng signal quality.” Bukod dito, sa pamamagitan ng pag‑integrate ng advanced functionalities sa mga semiconductor chip (chalcogenide glass with silicon), naniniwala si Eggleton na maaari nitong “i‑reshape ang lokal na tanawin ng semiconductor.”

Mga Nangungunang Tagagawa ng Semiconductor 

Dahil sa lahat ng nangyayari sa industriya ng semiconductor, ngayon, tingnan natin ang ilang kilalang tagagawa ng semiconductor:

1. Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd.

Ang pinakamalaking semiconductor foundry sa mundo ay nakikibahagi sa paggawa ng integrated circuits para sa mga kliyente. Sa market cap na $523.56 bilyon, ang mga shares ng kumpanya ay nagte‑trade sa $100.75, tumaas ng 35.52% ngayong taon. Ang revenue ng TSM (TTM) ay $68.86 bilyon, EPS (TTM) na 5.36, at P/E (TTM) na 18.84 habang nag‑aalok ito ng dividend yield na 1.81%.

Ang TSMC ay kasalukuyang nasa tamang landas para sa volume production ng kanilang N2 (2 nanometre) chips, na ayon sa kumpanya, “magiging pinaka‑advanced na semiconductor technology sa industriya sa parehong density at energy efficiency kapag inilunsad.” Ang tagagawa ng semiconductor ay nagtatrabaho rin sa kanilang global expansion, na nagsimula sa isang bagong pasilidad sa Arizona ilang taon na ang nakalipas at ngayon ay kasama na rin ang Japan at Germany.

2. Advanced Micro Devices, Inc. 

Ang global na kumpanyang semiconductor na ito ay may market cap na $217.13 bilyon habang ang kanilang shares ay nagte‑trade sa $133.52, tumaas ng 107.52% ngayong taon. Ang revenue ng AMD (TTM) ay $22.11 bilyon, at EPS (TTM) na 0.13, ngunit walang dividend na inaalok.

Kamakailan lamang, inilunsad ng Advanced Micro ang kanilang bagong AI chips mula sa matagal nang inaasahang MI300 lineup upang hamunin ang flagship AI processors ng Nvidia (NVDA ), na kumokontrol sa halos 80% ng AI chip market. Ang mga bagong chip na ito ay dinisenyo para sa supercomputers at para sa generative AI applications tulad ng ChatGPT at Dall‑E. Inangat din ng kumpanya ang forecast para sa kanilang addressable market para sa AI chips sa $400 bilyon sa susunod na apat na taon.

3. Applied Materials, Inc. 

Ang kumpanya, na nangunguna sa pagbibigay ng manufacturing equipment, services, at software sa industriya ng semiconductor, ay may market cap na $129.78 bilyon. Bilang pinakamaraming tagagawa ng semiconductor equipment sa US, ang kanilang shares ay kasalukuyang nagte‑trade sa $156.50, na nagpakita ng kahanga‑hang pagtaas ng 59.3% ngayong taon. Pinansyal, iniulat ng AMAT ang revenue (TTM) na $26.51 bilyon, EPS (TTM) na 8.11, at P/E (TTM) na 19.12, kasama ang dividend yield na 0.83%.

Gayunpaman, ang Applied Materials (AMAT ) ay kasalukuyang humaharap sa mahihirap na sitwasyon dahil nasa ilalim ito ng US criminal investigation para sa diumano’y pagpapadala ng equipment sa top chipmaker ng China na SMIC, na posibleng lumalabag sa export restrictions. Ang sitwasyong ito ay naganap sa gitna ng US government ban hindi lamang sa advanced chip shipments kundi pati na rin sa equipment patungong China. Sa isang galaw na nagpapakita ng kanilang global ambitions at strategic expansion, mas maaga ngayong taon, inanunsyo ng Applied Materials ang kanilang plano na mag‑invest ng $400 milyon sa loob ng apat na taon upang magtatag ng collaborative engineering center sa India.

4. ASML Holding NV 

Ang ASML na nakabase sa Netherlands ay nag‑supply ng advanced lithography systems na ginagamit ng mga chip manufacturer tulad ng TSMC, Samsung, at Intel (INTC ) upang magdagdag ng circuitry sa silicon wafers. Mayroon itong market cap na $286.32 bilyon habang ang kanilang shares ay nagte‑trade sa $714.42, tumaas ng 30% YTD na may revenue (TTM) na 28.871B, EPS (TTM) na 20.42, at P/E (TTM) na 34.78. Ang dividend yield na inaalok ay 0.91%.

Kamakailan, iniulat ng kumpanya ang Q3 earnings na higit sa $2 bilyon, na sinabi ng CEO na si Peter Wennink, “Ang industriya ng semiconductor ay kasalukuyang nasa ilalim ng cycle bottom, at inaasahan ng aming mga customer na makikita ang inflection point sa pagtatapos ng taong ito.”

Konklusyon

Ang mga semiconductor ay isang kritikal na sangkap sa mga aparato na bahagi ng ating buhay. Ito ay talagang gulugod ng umuunlad na sektor ng teknolohiya. At habang patuloy na tumataas ang demand para sa mga semiconductor, nagreresulta ito sa mas maliit, mas mabilis, at mas power‑efficient na mga chip. Ang lahat ng pag‑unlad at inobasyong ito ay magbibigay‑daan sa pag‑develop ng mga bagong uri ng aparato at aplikasyon na dati ay imposibleng gawin!