شهد سوق أشباه الموصلات العالمي نموًا سريعًا بين عامي 2021 و2022 نتيجةً لظهور طلبات خاصة ناجمة عن تفشي جائحة كوفيد-19. إلا أن هذه الطلبات الخاصة، التي نتجت عن الجائحة، انتهت في النصف الثاني من عام 2022، ليدخل السوق في واحدة من أشد فترات الركود الاقتصادي في التاريخ عام 2023.
ومع ذلك، من المتوقع أن يصل الركود العظيم إلى أدنى مستوياته في عام 2023، مع توقع حدوث انتعاش شامل هذا العام (2024).
في الواقع، بالنظر إلى شحنات أشباه الموصلات الفصلية عبر مختلف الأنواع، فقد تجاوزت منتجات الدوائر المنطقية بالفعل ذروة الطلب الناجم عن جائحة كوفيد-19، وسجلت مستوى قياسياً جديداً. بالإضافة إلى ذلك، من المرجح أن تصل منتجات الدوائر الدقيقة من نوع MOSFET والدوائر التناظرية إلى مستويات قياسية في عام 2024، حيث أن الانخفاض الناجم عن انتهاء الطلب الخاص بجائحة كوفيد-19 ليس كبيراً (الشكل 1).
من بينها، شهدت ذاكرة موس انخفاضًا ملحوظًا، ثم بلغت أدنى مستوياتها في الربع الأول من عام 2023، وبدأت رحلة تعافيها. ومع ذلك، يبدو أنها لا تزال بحاجة إلى وقت طويل للوصول إلى ذروة الطلب الخاص بجائحة كوفيد-19. ولكن، إذا تجاوزت ذاكرة موس ذروتها، فمن المؤكد أن إجمالي شحنات أشباه الموصلات سيحقق مستوى قياسيًا جديدًا. في رأيي، إذا حدث ذلك، يمكن القول إن سوق أشباه الموصلات قد تعافى تمامًا.
مع ذلك، وبالنظر إلى التغيرات في شحنات أشباه الموصلات، يتضح أن هذا الرأي خاطئ. فبينما تعافت شحنات ذاكرة MOS، التي تشهد انتعاشًا ملحوظًا، لا تزال شحنات الدوائر المنطقية، التي بلغت مستويات قياسية، عند مستويات منخفضة للغاية. بعبارة أخرى، لكي ينتعش سوق أشباه الموصلات العالمي حقًا، يجب أن ترتفع شحنات الوحدات المنطقية بشكل كبير.
لذا، سنحلل في هذه المقالة شحنات وكميات أشباه الموصلات لأنواعها المختلفة، بالإضافة إلى إجماليها. وسنستخدم الفرق بين شحنات الدوائر المنطقية وشحنات أشباه الموصلات الأخرى كمثال لتوضيح تأخر شحنات رقائق السيليكون من شركة TSMC رغم تعافيها السريع. كما سنتناول أسباب هذا التفاوت، ونشير إلى أن التعافي الكامل لسوق أشباه الموصلات العالمي قد يتأخر حتى عام ٢٠٢٥.
في الختام، يُعدّ ما يبدو حاليًا من انتعاش سوق أشباه الموصلات مجرد وهم ناتج عن أسعار وحدات معالجة الرسومات (GPUs) من إنفيديا الباهظة. لذا، يبدو أن سوق أشباه الموصلات لن يتعافى تمامًا حتى تصل مصانع أشباه الموصلات، مثل TSMC، إلى طاقتها الإنتاجية الكاملة، وتصل شحنات الدوائر المنطقية إلى مستويات قياسية جديدة.
تحليل قيمة وكمية شحنات أشباه الموصلات
يوضح الشكل 2 الاتجاهات في قيمة وكمية الشحنات لأنواع مختلفة من أشباه الموصلات بالإضافة إلى سوق أشباه الموصلات بأكمله.
بلغ حجم شحنات Mos Micro ذروته في الربع الأخير من عام 2021، ثم انخفض إلى أدنى مستوياته في الربع الأول من عام 2023، وبدأ بالتعافي. في المقابل، لم تشهد كمية الشحنات تغييراً ملحوظاً، إذ ظلت ثابتة تقريباً من الربع الثالث إلى الربع الأخير من عام 2023، مع انخفاض طفيف.
بدأت قيمة شحنات شركة موس ميموري بالانخفاض بشكل ملحوظ منذ الربع الثاني من عام 2022، وبلغت أدنى مستوياتها في الربع الأول من عام 2023، ثم بدأت بالارتفاع، لكنها لم تتعافَ إلا إلى حوالي 40% من ذروتها في الربع الأخير من العام نفسه. في المقابل، تعافت كمية الشحنات إلى حوالي 94% من ذروتها. بعبارة أخرى، يُعتبر معدل استخدام المصانع لدى مُصنّعي الذاكرة مُقترباً من طاقتها الإنتاجية الكاملة. والسؤال المطروح هو: إلى أي مدى سترتفع أسعار ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) وذاكرة الفلاش NAND؟
بلغت كمية شحنات شركة Logic ذروتها في الربع الثاني من عام 2022، ثم انخفضت إلى أدنى مستوياتها في الربع الأول من عام 2023، قبل أن تنتعش مجدداً، مسجلةً مستوىً تاريخياً جديداً في الربع الأخير من العام نفسه. في المقابل، بلغت قيمة الشحنات ذروتها في الربع الثاني من عام 2022، ثم انخفضت إلى حوالي 65% من قيمتها القصوى في الربع الثالث من عام 2023، وظلت ثابتة في الربع الأخير من العام نفسه. بعبارة أخرى، ثمة تباين ملحوظ بين سلوك قيمة الشحنات وكميتها في شركة Logic.
بلغت كمية الشحنات التناظرية ذروتها في الربع الثالث من عام 2022، ثم انخفضت إلى أدنى مستوياتها في الربع الثاني من عام 2023، واستقرت منذ ذلك الحين. في المقابل، وبعد بلوغها ذروتها في الربع الثالث من عام 2022، استمرت قيمة الشحنات في الانخفاض حتى الربع الرابع من عام 2023.
أخيرًا، انخفضت القيمة الإجمالية لشحنات أشباه الموصلات انخفاضًا ملحوظًا منذ الربع الثاني من عام 2022، وبلغت أدنى مستوياتها في الربع الأول من عام 2023، ثم بدأت بالارتفاع، لتصل إلى حوالي 96% من ذروتها في الربع الرابع من العام نفسه. من جهة أخرى، انخفضت كمية الشحنات أيضًا انخفاضًا ملحوظًا منذ الربع الثاني من عام 2022، وبلغت أدنى مستوياتها في الربع الأول من عام 2023، لكنها استقرت منذ ذلك الحين عند حوالي 75% من ذروتها.
يتضح مما سبق أن ذاكرة موس هي مصدر المشكلة إذا اقتصرنا على كمية الشحنات، إذ لم تتعافَ إلا إلى حوالي 40% من ذروتها. مع ذلك، عند النظر إلى الصورة الأوسع، نجد أن قطاع الدوائر المنطقية يمثل مصدر قلق بالغ، فبالرغم من بلوغه مستويات قياسية في كمية الشحنات، إلا أن قيمتها ظلت راكدة عند حوالي 65% من ذروتها. ويبدو أن تأثير هذا التفاوت بين كمية وقيمة شحنات الدوائر المنطقية يمتد ليشمل قطاع أشباه الموصلات بأكمله.
باختصار، يعتمد انتعاش سوق أشباه الموصلات العالمي على ارتفاع أسعار ذاكرة MOS وزيادة كمية شحنات وحدات المنطق بشكل ملحوظ. ومع استمرار ارتفاع أسعار ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) وذاكرة NAND، ستكون زيادة كمية شحنات وحدات المنطق هي التحدي الأكبر.
بعد ذلك، سنشرح سلوك كمية شحنات TSMC وشحنات الرقائق لتوضيح الفرق تحديدًا بين كمية شحنات Logic وشحنات الرقائق.
قيمة الشحنات الفصلية لشركة TSMC وشحنات الرقائق
يوضح الشكل 3 تفاصيل مبيعات TSMC حسب العقدة واتجاه مبيعات عمليات 7 نانومتر وما فوق في الربع الرابع من عام 2023.
تُصنّف شركة TSMC تقنية 7 نانومتر وما بعدها كتقنيات تصنيع متطورة. ففي الربع الأخير من عام 2023، استحوذت تقنية 7 نانومتر على 17% من إجمالي مبيعاتها، تلتها تقنية 5 نانومتر بنسبة 35%، ثم تقنية 3 نانومتر بنسبة 15%، ليبلغ مجموعها 67% من إجمالي مبيعات التقنيات المتطورة. إضافةً إلى ذلك، شهدت مبيعات التقنيات المتطورة نموًا ربع سنويًا منذ الربع الأول من عام 2021، ثم انخفضت مرة واحدة في الربع الأخير من عام 2022، قبل أن تستقر عند أدنى مستوياتها وتعاود الارتفاع في الربع الثاني من عام 2023، مسجلةً أعلى مستوى تاريخي لها في الربع الأخير من العام نفسه.
بمعنى آخر، إذا نظرنا إلى أداء مبيعات التقنيات المتقدمة، نجد أن أداء TSMC جيد. إذن، ماذا عن إجمالي إيرادات مبيعات TSMC الفصلية وشحنات الرقائق (الشكل 4)؟
يتطابق الرسم البياني لقيمة شحنات شركة TSMC الفصلية وشحنات الرقائق تقريبًا. فقد بلغت ذروتها خلال فقاعة تكنولوجيا المعلومات عام 2000، ثم انخفضت بعد صدمة ليمان براذرز عام 2008، واستمرت في الانخفاض بعد انفجار فقاعة الذاكرة عام 2018.
إلا أن سلوك السوق بعد ذروة الطلب الخاص في الربع الثالث من عام 2022 يختلف. فقد بلغت قيمة الشحنات ذروتها عند 20.2 مليار دولار، ثم انخفضت بشكل حاد، لكنها بدأت بالتعافي بعد أن وصلت إلى أدنى مستوى لها عند 15.7 مليار دولار في الربع الثاني من عام 2023، لتصل إلى 19.7 مليار دولار في الربع الرابع من العام نفسه، أي ما يعادل 97% من قيمة الذروة.
من جهة أخرى، بلغت شحنات رقائق السيليكون ذروتها عند 3.97 مليون رقاقة في الربع الثالث من عام 2022، ثم انخفضت بشكل حاد لتصل إلى أدنى مستوى لها عند 2.92 مليون رقاقة في الربع الثاني من عام 2023، لكنها استقرت بعد ذلك. حتى في الربع الرابع من العام نفسه، ورغم انخفاض عدد الرقائق المشحونة بشكل ملحوظ عن ذروتها، إلا أنها بقيت عند 2.96 مليون رقاقة، أي بانخفاض يزيد عن مليون رقاقة عن الذروة.
تُعدّ الدوائر المنطقية أكثر أنواع أشباه الموصلات شيوعًا التي تُنتجها شركة TSMC. وقد حققت مبيعات الشركة من الرقائق ذات العُقد المتقدمة في الربع الأخير من عام 2023 رقمًا قياسيًا جديدًا، حيث تعافى إجمالي المبيعات ليصل إلى 97% من ذروته التاريخية. ومع ذلك، لا تزال شحنات الرقائق الفصلية أقل بأكثر من مليون رقاقة مقارنةً بفترة الذروة. بعبارة أخرى، يبلغ معدل استخدام مصانع TSMC الإجمالي حوالي 75% فقط.
فيما يتعلق بسوق أشباه الموصلات العالمي ككل، انخفضت شحنات الدوائر المنطقية إلى حوالي 65% من ذروتها خلال فترة الطلب الخاص الناجمة عن جائحة كوفيد-19. وبالمثل، انخفضت شحنات رقائق السيليكون الفصلية لشركة TSMC بأكثر من مليون رقاقة عن ذروتها، مع تقدير معدل استخدام المصنع بنحو 75%.
وبالنظر إلى المستقبل، لكي يتعافى سوق أشباه الموصلات العالمي بشكل حقيقي، يجب أن تزداد شحنات المنطق بشكل كبير، ولتحقيق ذلك، يجب أن يقترب معدل استخدام مصانع الرقائق التي تقودها شركة TSMC من طاقتها الكاملة.
إذن، متى سيحدث هذا بالضبط؟
التنبؤ بمعدلات استخدام مصانع السبائك الرئيسية
في 14 ديسمبر 2023، عقدت شركة الأبحاث التايوانية "تريند فورس" ندوة "معلومات تركز على الصناعة" في فندق جراند نيكو طوكيو باي مايهاما واشنطن. وخلال الندوة، ناقشت جوانا تشياو، المحللة في "تريند فورس"، "استراتيجية شركة TSMC العالمية وتوقعات سوق مصانع أشباه الموصلات لعام 2024". ومن بين المواضيع الأخرى، تحدثت جوانا تشياو عن توقعات معدلات استخدام مصانع أشباه الموصلات (الشكل).
متى ستزداد شحنات منتجات Logic؟
هل تُعدّ نسبة الـ 8% هذه ذات أهمية أم لا؟ على الرغم من أن هذا سؤال دقيق، فحتى عام 2026، ستظل نسبة الـ 92% المتبقية من رقائق السيليكون مخصصة لرقائق أشباه الموصلات غير المخصصة للذكاء الاصطناعي. وستكون غالبية هذه الرقائق عبارة عن رقائق منطقية. لذا، لكي تزداد شحنات الرقائق المنطقية، ولكي تصل مصانع تصنيع الرقائق الكبرى، وعلى رأسها شركة TSMC، إلى طاقتها الإنتاجية الكاملة، لا بد من زيادة الطلب على الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر الشخصية والخوادم.
باختصار، بناءً على الوضع الراهن، لا أعتقد أن أشباه الموصلات المدعومة بالذكاء الاصطناعي، مثل وحدات معالجة الرسومات من إنفيديا، ستكون الحل الأمثل. لذا، يُعتقد أن سوق أشباه الموصلات العالمي لن يتعافى تمامًا قبل عام ٢٠٢٤، أو حتى قد يتأخر تعافيه إلى عام ٢٠٢٥.
ومع ذلك، هناك احتمال آخر (متفائل) قد يقلب هذا التوقع رأساً على عقب.
حتى الآن، اقتصرت جميع الشرحات المتعلقة بأشباه الموصلات المستخدمة في الذكاء الاصطناعي على أشباه الموصلات المثبتة في الخوادم. إلا أن هناك توجهاً متزايداً نحو تنفيذ عمليات الذكاء الاصطناعي على أجهزة طرفية (حواف) مثل الحواسيب الشخصية والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية.
تشمل الأمثلة جهاز الكمبيوتر الشخصي المدعوم بالذكاء الاصطناعي الذي اقترحته إنتل، ومحاولات سامسونج لإنتاج هواتف ذكية مزودة بالذكاء الاصطناعي. إذا لاقت هذه التقنيات رواجًا (أي إذا حدث ابتكار)، فسيتوسع سوق أشباه الموصلات المزودة بالذكاء الاصطناعي بشكل سريع. في الواقع، تتوقع شركة الأبحاث الأمريكية غارتنر أن تصل شحنات الهواتف الذكية المزودة بالذكاء الاصطناعي إلى 240 مليون وحدة بحلول نهاية عام 2024، بينما ستصل شحنات أجهزة الكمبيوتر الشخصية المزودة بالذكاء الاصطناعي إلى 54.5 مليون وحدة (للمرجعية فقط). إذا تحققت هذه التوقعات، سيزداد الطلب على أحدث تقنيات المنطق (من حيث قيمة الشحنات وكميتها)، وسترتفع معدلات استخدام مصانع أشباه الموصلات مثل TSMC. بالإضافة إلى ذلك، من المؤكد أن الطلب على وحدات المعالجة المركزية والذاكرة سينمو بسرعة.
بمعنى آخر، عندما يحلّ هذا العالم، ستكون أشباه الموصلات الذكية هي المنقذ الحقيقي. لذا، سأركز من الآن فصاعدًا على توجهات أشباه الموصلات الذكية الطرفية.
تاريخ النشر: 8 أبريل 2024