يؤدي تباطؤ تحسين الإنتاجية وارتفاع تكاليف السيليكون إلى قيام قادة الأعمال بتقييم المواد الأخرى.

الطريق من اكتشاف الاختراق يمكن أن تكون تطبيقات الصناعة التحويلية طويلة ، ملتوية. غالبًا ما يتبع الاندفاع الأول للاحتمال عقود من التطوير والصقل والتجريب. حتى ذلك الحين ، لا توجد ضمانات. المختبرات في جميع أنحاء العالم مليئة بالتقنيات الواعدة التي لم تجد أبدًا استخدامًا تجاريًا في السوق. تضع هذه السابقة المديرين التنفيذيين في موقف صعب عند تحديد مكان وزمان الاستثمار في الابتكارات الناشئة. مقابل كل شركة تضع الرهان الصحيح على التقنيات الرقمية الناشئة ، هناك العشرات من المنافسين الذين يفوتون الموجة تمامًا ويجب عليهم اللحاق بالركب. سيحدد الوقت ما إذا كان دخول Kodak مؤخرًا في تعدين Bitcoin ، على سبيل المثال ، خطوة منعزلة أو جزءًا من إستراتيجية طويلة المدى.

تجد شركات أشباه الموصلات نفسها في موقف صعب. سمح الابتكار المنتظم باستخدام السيليكون للصناعة بتحقيق أرباح ثابتة وتحسينات متسقة ومثيرة للإعجاب في الأداء لعقود. في الآونة الأخيرة ، تواجه الشركات صعوبة متزايدة في استخلاص المزيد من القيمة من السيليكون. أدى هذا التباطؤ إلى جعل الشركات تقرر ما الذي سيحل محل السيليكون ومتى. الجرافين ، على سبيل المثال ، تم الإعلان عنه باعتباره مادة معجزة لها القدرة على مساواة أو تجاوز أداء السيليكون. ومع ذلك ، قد يستغرق تسويق المواد ما يصل إلى 25 عامًا وسيتطلب استثمارات كبيرة في كل من البحث والتطوير وتكاليف رأس المال لإدخالها في الإنتاج. مع وجود الكثير من الإنفاق المخصص حاليًا للسيليكون ، يجب على المديرين التنفيذيين تحديد اللحظة المناسبة لتحويل التروس نحو المادة التالية - حتى عندما تكون النتيجة بعيدة عن أن تكون مضمونة.

يمتد التحدي إلى ما هو أبعد من الجرافين ؛ نظرًا لأن شركات أشباه الموصلات تسعى إلى تحديد الموجة التالية من الابتكار وتسخيرها ، يجب على المديرين التنفيذيين اعتماد نهج مختلف. إن القدرة على فهم كيف يمكن للتطورات التي تبدو متباينة أن تخلق نماذج وتطبيقات أعمال جديدة تتطلب منظورًا أكثر شمولاً يركز على ربط النقاط واستكشاف طرق جديدة لتطبيق المعرفة والرؤى. يجب على المديرين التنفيذيين لأشباه الموصلات استخدام هذه العدسة لتشكيل استراتيجية طويلة الأجل لاستخراج قيمة من المواد والتقنيات الحالية أثناء مراقبة الابتكارات الناشئة. ستعمل هذه العقلية على وضع الشركات بشكل أفضل للبقاء على قيد الحياة في كل من التحديات المعروفة وغير المعروفة في السنوات القادمة.

السيليكون: رياح أمامية؟

لقد حافظ السيليكون ، المادة الأولية المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات ، تاريخياً على مواكبة قانون مور من خلال توفير تقدم لا يمكن تصوره في السابق. أصبحت التقنيات التخريبية والتحويلية - التحليلات المتقدمة والواقع المعزز والمركبات المستقلة والرقمية وإنترنت الأشياء (IoT) - ممكنة بفضل عنصر فريد يحمل الاسم نفسه لأغنى 50 ميلًا مربعًا في العالم. ومع ذلك ، تُطرح أسئلة جدية حول مستقبل السيليكون وقدرته على مواصلة دعم الابتكار: ثلاثة مؤشرات رئيسية تروي القصة.

يؤدي تباطؤ تحسينات الأداء إلى ضغوط التسعير

قدم السيليكون للمصممين والمهندسين قماشًا أدى إلى تطورات مستدامة في السعة والأداء. توضح نظرة على البيانات من السبعينيات هذه التحسينات الهائلة في الأداء. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة تباطأت وتيرة إلى حد كبير. استقرت قوة معالجة الكمبيوتر الشخصي وبدأت الزيادات في أداء معالج الهاتف الذكي في التباطؤ - باختصار ، أصبح السيليكون مميتًا (الشكل 1970). تعني هذه الاتجاهات أن الشركات التي بنت مزايا تنافسية على الابتكار المستمر قد شهدت بداية ريادتها في التآكل بينما تلحق الشركات الأخرى بالركب.

 

يكافح رواد الاتجاهات من أجل توسيع نطاق تحسين الأداء على المنافسين ، لذلك يتم إعاقة قدرتهم على الحصول على أسعار أعلى قبل أن يلحق بقية السوق بالركب. يشير تحليلنا إلى أنه بمجرد دخول منافسين متعددين إلى السوق ، تنخفض الأسعار بنسبة 10 إلى 15 بالمائة.

تصاعد تكاليف رأس المال والبحث والتطوير

تستمر تكاليف شركات أشباه الموصلات في الارتفاع مع انتقالها إلى الجيل التالي من المنتجات الجاهزة. لتحقيق مكاسب في الأداء ، نقدر أن الشركات يجب أن تزيد الإنفاق الرأسمالي بنسبة تصل إلى 40 في المائة (مع مراعاة متطلبات المعدات الجديدة) والإنفاق على البحث والتطوير بنسبة 150 في المائة لتحقيق نفس الإنتاجية (الشكل 2). السبب الرئيسي لتصاعد تكاليف رأس المال هو معدات التصنيع ، التي زادت بنحو 2 مليار دولار منذ أن انتقلت الصناعة إلى تعدد الأساليب. ليس من المستغرب أن الشركات المصنعة للأجهزة المتكاملة قد عززت بشكل سريع استثماراتها في البحث والتطوير لتقنية العقدة الرائدة.

 
قد يؤدي تصاعد متطلبات رأس المال والاستثمار في البحث والتطوير إلى إعاقة المزيد من الابتكار

قد يؤدي تصاعد متطلبات رأس المال والاستثمار في البحث والتطوير إلى إعاقة المزيد من الابتكار

الشعور بالقيود المادية للسيليكون

وبعيدًا عن التحديات التجارية ، فإن النمو المستمر للسيليكون غير مؤكد أيضًا لأن الابتكار قد لحق بالقيود المادية للمادة. على سبيل المثال ، يقترب طول العقدة من عرض القناة الموصلة حيث يتم إعاقة الأداء بشدة: ستتوقف ترانزستورات السيليكون عن الأداء بسبب التأثيرات الكمية للأبعاد الصغيرة مثل الأنفاق والتسربات وقضايا الحرارة. القيود في الطباعة الحجرية ، والأجهزة ، وتصنيع الهياكل النانوية ستعيق التقدم أيضًا.

تثير هذه الاتجاهات الثلاثة سؤالًا مهمًا لشركات أشباه الموصلات: ما المقدار الذي يجب أن تستمر في الاستثمار في السيليكون بدلاً من دعم تطوير المواد المبتكرة التي يمكن أن تنتج خطوة تغيير في الأداء وتحافظ على نمو الإيرادات؟

لماذا يمكن أن يغير الجرافين قواعد اللعبة

تقوم الصناعة بتجربة العديد من المواد الجديدة الغريبة ، بما في ذلك السيليسين والجيرمانين والفوسفور الأسود ، ولكن يُوصف الجرافين بأنه يتمتع بأكبر إمكانات (الشكل 3).

 
المواد الجديدة لديها أعلى إمكانات لتحفيز الجيل التالي من التكنولوجيا التي يمكن أن تساعد في الحفاظ على الابتكار

المواد الجديدة لديها أعلى إمكانات لتحفيز الجيل التالي من التكنولوجيا التي يمكن أن تساعد في الحفاظ على الابتكار

أدى اكتشاف طبقة من الجرافين بسمك الذرة من قبل باحثين في جامعة مانشستر في إنجلترا في عام 2004 إلى زيادة التوقعات بأنه يمكن أن يصبح بديلاً ممتازًا للسيليكون (رسم بياني). تمتلك خصائص الجرافين شركات في مختلف الصناعات تعمل على إفراز اللعاب: حيث تقدر قابليتها للتنقل بـ 250 مرة مقارنة بالسيليكون ، كما أن مرونتها وخصائصها الأخرى تجعلها مثالية لمجموعة من التطبيقات ، من تكنولوجيا البطاريات إلى الإلكترونيات الضوئية مثل شاشات اللمس. تشهد براءات الاختراع والأوراق الأكاديمية والمنشورات البحثية الحديثة على الاهتمام الواسع بالجرافين.

 
الجرافين بالأرقام

الجرافين بالأرقام

على الرغم من هذا الوعد ، كان اعتماد الجرافين بعيد المنال. إذن ما الذي يمنعها؟ لقد حددنا أربعة قيود ، اثنتان تقنيتان واثنتان صناعيتان. من الناحية الفنية ، تظل هندسة فجوة النطاق عقبة رئيسية: بدون وجود فجوة في النطاق ، لا يمكن إيقاف تشغيل مفاتيح الجرافين. على مدار العقد الماضي ، ركز الباحثون على معالجة هذه المشكلة ولكنهم لم يكسروا الكود بعد. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن ينتج عن تصنيع الجرافين بلورات عالية الجودة وأن يكون متوافقًا مع أجهزة أشباه الموصلات التكميلية الموجودة بأكسيد المعادن (CMOS). على الجانب الصناعي ، هناك حاجة إلى قدر كبير من رأس المال في القوات المسلحة البوروندية ، لكن شركات أشباه الموصلات لديها معظم مواردها مرتبطة بخطط التحسين الحالية. علاوة على ذلك ، توجد سلسلة قيمة متكاملة (بما في ذلك إعادة تجهيز منتصف الطريق للتصنيع) للسيليكون ، ولكن هناك حاجة إلى مليارات من الاستثمارات لإعادة إنشاء واحدة للجرافين.

بالنظر إلى أوجه عدم اليقين هذه ، نتوقع أن يأتي اعتماد الجرافين ونمو السوق على ثلاث مراحل - المُحسِّن ، واستبدال السيليكون ، والإلكترونيات الثورية (الشكل 4).

 
نتوقع اعتماد الجرافين ونمو السوق على ثلاث مراحل

نتوقع اعتماد الجرافين ونمو السوق على ثلاث مراحل

على المدى القريب ، نتوقع استخدام الجرافين كمُحسِّن للسيليكون ، مع استخدام طبقات واقية من الجرافين لتحسين موثوقية وأداء التوصيلات البينية. حاليًا ، يتم استخدام حواجز معدنية من التنتالوم - نيتريد 14 نانومتر في الوصلات النحاسية لمنع الانتشار في السيليكون. في الفجوات التي تقل عن عشرة نانومتر ، يصبح الانتشار سببًا رئيسيًا لفشل الجهاز - ينتج عن عيب واحد لكل جزء من المليار معدل فشل يبلغ حوالي 30 بالمائة. توفر حواجز الجرافين العديد من المزايا مقارنة بالبدائل الأخرى مثل الروثينيوم والكوبالت ، بما في ذلك قدرات حماية أفضل عند ثُمن الحجم فقط وبسرعات ربط أسرع بنحو 30 بالمائة.

الأسباب الرئيسية لعدم اعتماد الجرافين ذات شقين. يجب تطوير متطلبات نقل الجرافين وعملية الطلاء بشكل كامل ودمجها في خطوات التصنيع. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تنخفض تكلفة الجرافين بشكل كبير لتمكين الإنتاج الضخم التجاري. نتوقع أن يستغرق الأمر ما لا يقل عن خمس إلى عشر سنوات لحل هذه المشكلات حتى يصبح الجرافين بديلاً قابلاً للتطبيق من السيليكون.

على مدى السنوات العشر إلى الخمس والعشرين القادمة ، يمكن أن يحل الجرافين محل السيليكون كمادة أولية في أشباه الموصلات ، بافتراض أن البحث يكتشف طرقًا للتغلب على قيود فجوة النطاق. حتى ذلك الحين ، سيتم استخدام الجرافين في التطبيقات التي تكون مزاياها الفنية (مثل السرعة العالية ومتطلبات الخسارة المنخفضة والمقياس الصغير والمرونة) أكثر ملاءمة للتطبيقات الإلكترونية من المواد البديلة (الشكل 10). يحسب تحليلنا إجمالي السوق القابل للعنونة للجرافين بـ 25 مليار دولار عبر معالجة البيانات ، والاتصالات اللاسلكية ، والإلكترونيات الاستهلاكية.

يُحسب إجمالي السوق الصالحة للخدمة للإلكترونيات القائمة على الجرافين بحوالي 190 مليار دولار بناءً على الطلب على التطبيقات عالية الأداء

يُحسب إجمالي السوق الصالحة للخدمة للإلكترونيات القائمة على الجرافين بحوالي 190 مليار دولار بناءً على الطلب على التطبيقات عالية الأداء

من المتوقع أن يتبع التبني اتجاه منحنى S مشابه للتقنيات الأخرى ، مع الإطار الزمني للتنفيذ الذي يحاكي اعتماد الرقاقة عن كثب. بشكل عام ، تظهر السيناريوهات المتفائلة أن القيمة السوقية المحتملة لأشباه موصلات الجرافين ستكون حوالي 70 مليار دولار بحلول عام 2030.

كيف يجب أن يتقدم لاعبي أشباه الموصلات الرائدين؟

لقد كشف التاريخ أن بعض التقنيات تستغرق وقتًا طويلاً لتسويقها ولكن يمكنها تحويل الصناعات بسرعة بمجرد وصولها إلى السوق. من واقع خبرتنا ، فإن الشركات التي لديها سجل حافل في طرح شبكة واسعة لاكتشاف التكنولوجيا التحويلية التالية تميل إلى أن تكون أكثر استعدادًا لتحمل اضطرابات الصناعة.

يقابل وعد الجرافين التحديات التقنية والتجارية الشديدة التي تمت مناقشتها ، والتي يمكن أن تعرقل استخدامه كبديل للسيليكون. لذلك ، عند تقييم الإمكانات الحقيقية للجرافين ، يجب على المديرين التنفيذيين لأشباه الموصلات استخدام نهج ابتكار منظم لتقييم خياراتهم. تتكون الأشعة السينية للابتكار من عشرة أسئلة عبر ثلاث فئات - استراتيجية الابتكار ، وتعطيل التكنولوجيا ، وممارسات الابتكار (الشكل التوضيحي 6). يمكن أن تساعد الإجابة على هذه الأسئلة قادة الأعمال في الحصول على فهم أفضل لقدرات مؤسستهم عند متابعة الابتكار ودعم استكشاف السيناريوهات المختلفة مع أو بدون اعتماد الجرافين. والنتيجة هي استراتيجية تهيئ المنظمات لتغييرات صناعية مدفوعة بالتكنولوجيا.

تتكون الأشعة السينية المبتكرة من عشرة أسئلة لتزويد نهجك المنظم بالشحن التوربيني

تتكون الأشعة السينية المبتكرة من عشرة أسئلة لتزويد نهجك المنظم بالشحن التوربيني


بعد فترة طويلة ومثمرة من استخدام السيليكون ، بدأ المسؤولون التنفيذيون في التفكير فيما قد يحل محله وتوفير منحنى S مماثل للابتكار. أثارت خصائص الجرافين الخيال ، ولكن حتى الآن منعته القيود المادية من تسميته وريث السيليكون. يشير التاريخ الحديث للابتكار التكنولوجي إلى أن المشهد يمكن أن يتغير بسرعة - وبالتالي ، يجب على المديرين التنفيذيين اعتبار الجرافين منافسًا جادًا. بغض النظر عن النتيجة النهائية ، يمكن لشركات أشباه الموصلات أن تضع نفسها في مواجهة الاضطراب التكنولوجي ، والمضي قدمًا ، من خلال تبني عقلية تركز على الابتكار المنظم. عالم مليء بالمجهول يتطلب ذلك.

المصدر الجرافين: هل هو منحنى S التالي لأشباه الموصلات؟ | ماكينزي

ترجمه "