Waarom Halfgeleider ontwerp zal er heel anders uitzien

Als 2020 de halfgeleider markt naar nieuwe vraagniveaus, wacht maar op wat 2021 en daarna in petto heeft.

Fabs zijn al vol en halfgeleiders zijn te vinden in meer producten en systemen, die alles van persoonlijke apparaten tot zelfrijdende voertuigen aandrijven. Ondanks de impact van de pandemie op de wereldeconomie, zegt International Data Corporation (IDC) dat de vraag naar halfgeleiders sterk bleef, aangewakkerd door de groei van cloud computing en apparaten die werken en leren op afstand ondersteunen.

Haar eigen onderzoek bevestigt dit. Volgens IDC's Semiconductor Applications Forecaster (SAF) groeide de wereldwijde omzet van halfgeleiders in 2020 tot $ 442 miljard, een stijging van 5.4% vergeleken met 2019. IDC heeft nu voorspeld dat de halfgeleidermarkt in 476 $ 2021 miljard zal bereiken, wat een 7.7% zou betekenen. groeipercentage op jaarbasis.

Er zijn ook enkele duidelijke trends binnen de branche. PWC heeft bijvoorbeeld voorspeld dat de markt voor AI-gerelateerde halfgeleiders in 30 $ 2022 miljard zal bereiken, wat neerkomt op een AGR van bijna 50%. Tegelijkertijd is er nog heel veel plaats voor traditioneel systeem op chips (SoC's). Geheugenchips zullen naar verwachting het grootste marktaandeel behouden tot 2022, en siliciumchips zullen de komende decennia domineren.

Nieuwe technologieën en spelers

Andere factoren die de toekomst van halfgeleiders vormgeven, komen hieruit voort technologie richtingen, zoals een groeiende focus op open source hardware. Naarmate dit aan momentum wint, zal het de manier veranderen waarop organisaties over design denken, en zal het een meer op samenwerking en partnerschap gebaseerde benadering van ontwikkeling aanmoedigen.

Het IoT stimuleert de vraag naar meer kosteneffectieve halfgeleiders en op grotere schaal. Op dezelfde manier zorgt 5G ervoor dat de bandbreedte eindelijk een enorme onderling verbonden infrastructuur ondersteunt, bijvoorbeeld voor transport, door input van meerdere API-verbonden bronnen te combineren. Om de vereiste schaal te bereiken, zal op standaarden gebaseerde herbruikbare en deelbare IP de sleutel zijn om aan de ontwerpvereisten te voldoen, maar op een manier die distributie en samenwerking ondersteunt en tegelijkertijd aan de veiligheids- en beveiligingseisen voldoet. Open source zou een sleutel kunnen zijn om die schaal te bereiken.

De aard van de spelers die bij de industrie betrokken zijn, verschuift ook, zoals de introductie van verticaal geïntegreerde systemen en niet-traditionele halfgeleiderbedrijven, die er misschien de voorkeur aan geven hun eigen apparaten en platforms te creëren voor meer controle. Een goed voorbeeld hiervan is de M1 van Apple, een processor die is ontworpen voor Mac, die hun toewijding aan het intern ontwikkelen van sleutelfunctionaliteit bevordert. Dit voegt nog een interessante dimensie toe aan de industrie, waardoor de concurrentie en bronnen van innovatie toenemen.

Samenwerken op afstand

Zowel een noodzaak als een trend, halfgeleiderontwerpteams hebben op een ongekende schaal samenwerking op afstand moeten omarmen. Tot op zekere hoogte gebeurde dat natuurlijk al, maar door de pandemie was het in veel gevallen een noodzaak om te overleven.

In deze virtuele omgevingen waren problemen met workflowprocessen onmogelijk te negeren, en het delen van IP gebeurde op veel grotere schaal. Het aanpakken van problemen rond samenwerking en beveiliging is een prioriteit geworden, en zodra organisaties dat hebben bereikt, zullen ze worden uitgerust met ervaring die kan worden gebruikt om processen te verbeteren, ongeacht de locatie, of dit nu in het ontwerpbureau is of op afstand werkt.

Hoe dan ook, de veranderende aard van de halfgeleidermarkt versterkt enkele eeuwenoude uitdagingen voor ontwerpers: gelijke tred houden met verandering en complexiteit, kosten beheersen, ervoor zorgen dat een project op schema blijft en in overeenstemming is met de vereisten, en vervolgens de leveringstermijnen halen. Veel lanceringen van halfgeleiderproducten voldoen niet aan de oorspronkelijke lanceringsdatum. Bijdragende factoren kunnen zijn: de moeilijkheid van samenwerking tussen afgelegen en verspreide teams, bedrijfsacquisities die leiden tot ontwerpsilo's, het niet aanpakken van het beheer van exploderende ontwerpgegevensgroottes of het bijhouden van de toenemende complexe ontwerpomgevingen.

IP-hergebruik versus overdreven delen

Over IP-hergebruik wordt al lang gesproken als de oplossing om de enorme omvang van de vereiste ontwikkelingen bij te houden, het onnodig opnieuw uitvinden van het wiel te vermijden, de time-to-market te versnellen en de kosten drastisch te verlagen. Een verscheidenheid aan middelen kan worden hergebruikt, waaronder broncode en binaire bestanden voor software, plus hardware IP-achtige processorcores.

De theorie is solide, maar succesvol beheer van IP-hergebruik is een andere zaak. Veel organisaties hebben meerdere systemen, waaronder gedeelde schijven en broncodebeheer, om al deze bestanden op te slaan en bij te houden, maar dat maakt het moeilijk om deze bestanden te beheren - laat staan ​​hergebruiken. Gelukkig zijn er verschillende tools en technieken die ontwerpers kunnen helpen die barrières te overwinnen, maar die moeten een sterke structuur en controle over hergebruik bevatten. Hoewel het delen van IP de weg is naar snellere ontwikkeling, kan het ook risico's met zich meebrengen rond beheer en beveiliging. Traceerbaarheid van IP en metadata - wie heeft toegang tot wat, waar en hoe ze die middelen gebruiken - wordt van cruciaal belang voor het succes van projecten.

Er is een evenwicht vereist tussen delen en te veel delen, en daarom is een combinatie van traceerbaarheid, zichtbaarheid en toegangscontrole essentieel voor modern halfgeleiderontwerp. Handmatige traceerbaarheid wordt natuurlijk algemeen aangenomen, maar om grote en complexe projecten aan te pakken, gebruiken steeds meer organisaties tools die een groot deel van het proces automatiseren, van vereisten tot ontwerp en verificatie. Dit maakt het gemakkelijker om bij te houden welke IP's zijn gebruikt, waar en wanneer, en op zijn beurt worden dure respins in het ontwerp voorkomen. Veranderingen in eisen kunnen eerder en duidelijker aan het licht worden gebracht en gecommuniceerd. Traceerbaarheid ondersteunt ook betere samenwerking op afstand.

Bovendien kan het creëren van een 'single source of truth', of datamanagementplatform, alle software- en hardwarecomponenten binnen een project verenigen. Zelfs kleine bestanden worden eenvoudiger terug te vinden en opnieuw te gebruiken, en binnen een onderneming kunnen er miljoenen zijn, niet alleen de grote complexe ontwerpen. Een enkele bron van waarheid is doorgaans gebaseerd op het gebruik van een versiebeheersysteem, dat realtime en historisch inzicht biedt in alle betrokken activa, terwijl gebruikers kunnen blijven werken met hun favoriete tools en systemen.

Een enkele bron van waarheid is ook van cruciaal belang voor het identificeren van configuratieproblemen tussen systemen, in hardware en software, die worden gemaskeerd door de complexiteit van de systemen. Dat maakt het op zijn beurt gemakkelijker om samenwerking tussen op afstand gelegen teams samen te brengen, zowel intern als extern.

IP-lekkage verhelpen

Met uitgebreide traceerbaarheid en zichtbaarheid wordt het gemakkelijker om IP-lekkage te identificeren en te voorkomen, een eeuwigdurende en kostbare zorg in de halfgeleiderindustrie. Enkele van de hoofdoorzaken zijn onder meer verspreide medewerkers, onvoldoende controle over wie IP kan bekijken en downloaden, en gebruikers die per ongeluk IP exporteren naar een ongeautoriseerde bron. Nu halfgeleidermarkten steeds mondialer worden, is het beperken van IP-lekkage van het grootste belang.

Het ontwerp van halfgeleiders maakt een periode van ongekende veranderingen door. De gebeurtenissen van het afgelopen jaar hebben ons echter een blauwdruk gegeven van hoe om te gaan met de noodzakelijke veranderingen in samenwerking en cultuur. Het goede nieuws is dat er tools beschikbaar zijn om de benodigde traceerbaarheid te bieden om IP-hergebruik op schaal te vergemakkelijken en tegelijkertijd de beveiligings- en communicatielagen te bieden voor effectieve samenwerking.

Het ontwerp van halfgeleiders zal er in de toekomst anders uitzien, maar de veranderingen die worden mogelijk gemaakt door een wereldwijde pandemie zullen helpen om belangrijke technologische innovaties vooruit te helpen.