Polska Dolina Krzemowa: wizje i wyzwania przyszłości

Jakie są obecnie główne trendy w branży projektowania struktur półprzewodnikowych i jak wpływają one na kierunek rozwoju technologii?

Obecnie w branży projektowania struktur półprzewodnikowych można zaobserwować kilka głównych trendów, które wpływają na rozwój technologii. Bez zbędnej przesady, wydaje mi się, że można mówić o 5. głównych kierunkach. 

Pierwszym z nich jest postępująca miniaturyzacja, która wbrew obawom o trwałość Prawa Moore’a, która wymusza na producentach dalsze zmniejszanie rozmiarów tranzystorów, co też przekłada się na upakowanie większej liczby elementów na tej samej powierzchni układu scalonego. Pamiętam, gdy jeszcze niespełna dekadę temu emocjonowaliśmy się tranzycją z procesorów XXXnm do XXnm, a tymczasem w tym roku do produkcji trafią układy zaprojektowane w technologii 3nm. Drugi z kierunków to z pewnością tworzenie architektur wielowarstwowych (3D), bowiem dzięki technologii 3d stacking możliwym jest nałożenie kilku warstw tranzystorów – jeden na drugim. Jako trzeci z trendów należy wymienić permanentne poszukiwanie materiałów alternatywnych dla krzemu, który ze względu na fizyczne ograniczenia (3nm i poniżej) może okazać się niewystarczający. Dlatego też branża oraz instytuty badawcze prowadzą zaawansowane prace m.in. nad grafenem, fosforkiem indowo-galowym (InGaP), dwutlenkiem hafnu (HfO2) oraz półprzewodnikami szerokopasmowymi jak np. SiC czy GaN. Wreszcie jako czwarty z kierunków można wymienić prace związane ze zmianą kształtu tranzystorów z planarnych na trójwymiarowe, jak np. FinFET i GAAFET, dzięki czemu będzie można osiągnąć lepszą kontrolę prądów upływności oraz większą skalowalność. O ile ten, jak i wspomniane wcześniej kierunki koncentrują się na dalszym zwiększaniu wydajności układu, o tyle nie sposób nie wspomnieć o równoległym kierunku prac w branży półprzewodnikowej, a mianowicie o energooszczędności. Znalezienie „złotego środka” dla power/performance przyświeca inżynierom od co najmniej kilku dekad, jednakże w ostatnich latach trend energooszczędności zyskuje na znaczeniu, szczególnie w kontekście IoT oraz IioT. 

Te trendy wspólnie kształtują przyszłość branży półprzewodnikowej, prowadząc do bardziej wydajnych, mniejszych i inteligentniejszych urządzeń, które zmieniają wiele aspektów naszego codziennego życia. Wystarczy tutaj wymienić AI czy quantum computing, które to zmienią, a właściwie już zmieniają paradygmat postrzegania technologii (nie tylko) półprzewodnikowych.

Jakie unikalne szanse w branży projektowania struktur półprzewodnikowych ma Polska na tle globalnej konkurencji?

Większość polskich firm w tej branży to małe, ale bardzo wyspecjalizowane przedsiębiorstwa i to właśnie ta wysoka specjalizacja może stanowić naszą przewagę konkurencyjną. Przykładem takiej właśnie firmy jest, chociażby Digital Core Design z Bytomia, która od ponad 25 lat zajmuje się projektowaniem struktur półprzewodnikowych. Na rynku jest niewiele firm, które posiadają takie unikalne technologie jak my, dzięki którym możemy oferować nie tylko gotowe cyfrowe architektury, ale także prowadzić projekty od etapu prototypów aż do finalnych układów scalonych. 99% naszych klientów pochodzi z zagranicy, co nie zmienia faktu, że staramy się przekonywać nasze krajowe firmy do korzystania z układów scalonych szytych na miarę ich potrzeb oraz możliwości. Wiele z nich wciąż boi się bazować na własnych projektach, decydując się na rozwiązania zagranicznych koncernów… w których to często i tak znajdują się IP Core opracowane przez DCD. Dlatego też tak ważne jest stworzenie polskiego ekosystemu firm, które w kontekście zagrożeń (takich jak wojen, czy pandemia), ale też szans, które się rysują (jak np. European Chip’s Act) pozwoli na efektywne, bezpieczne i skalowalne projektowanie, testowanie oraz produkcję półprzewodników. 

Jakie główne zagrożenia stoją przed Polską w kontekście globalnej konkurencji w branży półprzewodników? 

Główne zagrożenia stojące przed Polską są związane z konkurencją wewnątrz Unii Europejskiej oraz z opóźnieniami technologicznymi. W ramach inicjatywy European Chip’s Act planuje się tworzenie centrów kompetencyjnych w każdym kraju członkowskim UE. Oznacza to, że takich inicjatyw jak w Polsce będzie wiele, co może prowadzić do rozdrobnienia zasobów i konkurencji między krajami, osłabiając wspólny potencjał. Kluczowe jest więc stworzenie zintegrowanego, wspólnego projektu na poziomie europejskim. Jeśli każdy kraj będzie rozwijał swoje technologie półprzewodnikowe niezależnie, może to prowadzić do nieefektywności. Regionalizacja może stać się zagrożeniem, jeśli zabraknie współpracy między krajami UE. To właśnie rozdrobnienie inicjatyw i brak wspólnych działań mogą osłabić pozycję Europy na globalnym rynku półprzewodników. Doskonałym potwierdzeniem tej tezy są oficjalne dane nt. branży półprzewodnikowej na świecie. Jeszcze 5-6 lat temu europejskie firmy stanowiły ok. 2% światowego rynku tzw. fabless IC manufacturer. W zeszłym roku było to już mniej niż 0,5%. Dlatego też tak ważna jest współpraca pomiędzy poszczególnymi państwami należącymi do UE, bowiem tylko dzięki synergii, a nie konkurencji – będą one atrakcyjne dla globalnych potentatów pochodzących z Tajwanu, USA, Japonii czy Chin.

Polska odnajduje się dobrze nie tylko w strukturach unijnych, ale także transatlantyckich, co stwarza możliwości współpracy z firmami z USA. Może to być znaczącym atutem w kontekście globalnej konkurencji. Inicjatywy takie jak American Chip’s Act, które zachęcają do tworzenia zakładów półprzewodników na kontynencie amerykańskim, stwarzają okazję dla polskich przedsiębiorstw, które mogą łatwiej nawiązywać współpracę i sprzedawać licencje oraz inne rozwiązania technologiczne amerykańskim partnerom.

Nie można jednak zapominać, że Polska ma duże opóźnienia technologiczne w porównaniu z bardziej rozwiniętymi krajami europejskimi, takimi jak na przykład Niemcy. Wystarczy spojrzeć na okolice Drezna, które są hubem technologicznym dla Europy Środkowej i Wschodniej. Wieloletnie inwestycje, których początki sięgają lat 90. XX wieku, nowoczesne fabryki i doświadczeni inżynierowie to niewątpliwie niebagatelny potencjał. Dlatego to właśnie zacieśnienie współpracy na poziomie europejskim oraz wykorzystanie międzynarodowych partnerstw będzie kluczowe, by Polska i polskie firmy były ważnym elementem europejskiej Doliny Krzemowej. Jeśli tego nie zrobimy, skazujemy się na dalszą peryferyzację.

Jakie konkretne kroki musi wykonać Polska, aby wzmocnić swoją pozycję na rynku półprzewodników?

Polska powinna podjąć szereg konkretnych kroków, które obejmują zarówno inwestycje, reformy, jak i inicjatywy edukacyjne oraz badawcze. Gdybym miał się pokusić o stworzenie listy tzw. Top 5, to zaliczyłbym tutaj:

• Zwiększenie inwestycji w badania i rozwój (R&D): Rząd powinien zwiększyć budżet na badania i rozwój w dziedzinie półprzewodników. Można to osiągnąć poprzez zwiększenie finansowania programów badawczych, grantów oraz tworzenie dedykowanych funduszy inwestycyjnych. Nie można również zapomnieć o zachętach dla sektora prywatnego, jak np. wprowadzenie ulg podatkowych i innych zachęt dla firm inwestujących w R&D. Według raportu OECD z 2023 roku Polska przeznaczała około 1.3% swojego PKB na badania i rozwój. Tymczasem średnia UE wynosi 2.3%, by nie wspomnieć o liderach takich jak Korea Południowa (4.5%) i Izrael (4.9%). 
• Wzmacnianie programów edukacyjnych: mam tutaj na myśli rozwój i wsparcie programów edukacyjnych na uczelniach technicznych, które kształcą specjalistów w dziedzinie półprzewodników i mikroelektroniki. Można to osiągnąć poprzez aktualizację programów nauczania i zwiększenie liczby miejsc na kierunkach technicznych, wprowadzenie bardziej atrakcyjnych stypendiów i programów wsparcia etc. Raport Komisji Europejskiej na temat rynku pracy ICT w Polsce (2022), potwierdza, że w kraju brakuje około 50,000 specjalistów ICT. Z kolei badanie przeprowadzone przez Polskie Towarzystwo Informatyczne wskazuje, że jedynie 10% absolwentów kierunków technicznych decyduje się na pracę w kraju, zaś reszta emigruje do krajów z lepszymi perspektywami zawodowymi.
• Wspieranie współpracy między uczelniami a przemysłem: W badaniu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju z 2022 roku wykazano, że jedynie 25% projektów badawczo-rozwojowych w Polsce jest realizowanych we współpracy między uczelniami a przemysłem. O tym jak znikomy jest to odsetek, może świadczyć, chociażby porównanie z Niemcami, gdzie, wskaźnik ten wynosi ponad 50%. Tworzenie centrów badawczo-rozwojowych pokroju tajwańskiego ITRI czy niemieckiego FI to absolutna konieczność. Stworzenie sieci Łukasiewicz to krok w dobrym kierunku, jednak musimy pamiętać, że to my gonimy europejską i światową czołówkę, a nie oni nas. Stąd też konieczność śmiałych i innowacyjnych przedsięwzięć, dzięki którym polskie półprzewodniki z powrotem wejdą na ścieżkę wzrostu.
• Rozbudowa infrastruktury technologicznej: szacuje się, że światowy rynek półprzewodników był wart w 2022 roku około 580 miliardów dolarów. Z kolei już w 2030 roku, zdaniem raportu McKinsey & Company wartość tego rynku wzrośnie do wartości aż 1 biliona dolarów. Jest więc o co walczyć – w tym kontekście wojna handlowa USA z Chinami, to nie tylko zagrożenie, ale też i szansa dla polskiego rynku półprzewodników. Zachęcanie międzynarodowych firm do budowy fabryk półprzewodników w Polsce oraz wspieranie rozwoju lokalnych dostawców komponentów i surowców dla branży półprzewodników, mogą być prawdziwym game changerem.
• Wsparcie ze strony rządu i polityki przemysłowej: Podobnie jak to miało miejsce w Chinach, ale też w wielu krajach Europy Zachodniej czy Japonii, kluczowe jest opracowanie i wdrożenie narodowej strategii rozwoju sektora półprzewodników, która będzie obejmować cele, środki i harmonogram działań.

Ale czy to właśnie inicjatywy rządowe są właściwym kierunkiem, aby wzmocnić pozycję polskich firm na arenie międzynarodowej?

Patrząc na rozwój branży półprzewodnikowej w innych krajach, warto spojrzeć na Chiny. Trzy dekady temu Pekin postawił na produkcję własnych procesorów i układów scalonych, dążąc do uniezależnienia się od innych rynków. Dzięki temu ich produkty zyskały na jakości i obecnie dorównują tym produkowanym, chociażby w USA. Polska powinna zainspirować się tym przykładem i maksymalnie wykorzystać potencjał wszystkich krajowych firm działających w branży półprzewodników.

Co prawda polskie firmy radzą sobie dobrze pod względem biznesowym i technologicznym, jednakże wsparcie rządowe może być kluczowe w zdobywaniu kontraktów i zwiększaniu konkurencyjności. Program Krajowe Ramy Wspierania Strategicznych Inwestycji Półprzewodnikowych może być odpowiedzią na potrzebę lepszej koordynacji. Ważne jest, aby zespół odpowiedzialny za ten program posiadał odpowiednie kompetencje, a instytucja była wolna od wpływów politycznych. Sprawnie działająca i niezależna instytucja ma bowiem szansę znacząco pobudzić rozwój firm technologicznych i półprzewodnikowych w Polsce.

Układy scalone nie mają barw partyjnych – powinny być traktowane jako dobro narodowe. Jak pokazuje historia, na przestrzeni ostatnich stu lat nie brakowało w naszym kraju ludzi, którzy w każdym innym kraju rozwinęliby swoje biznesy nie gorzej niż Steve Jobs – wystarczy wymienić nazwisko Jacka Karpińskiego, którego potencjał intelektualny mógł zapewnić Polsce miejsce w światowej ekstraklasie komputerowej. Zabrakło jednak wsparcia ze strony państwa. Dlatego warto pamiętam o tym oraz o wielu innych niewykorzystanych szansach, by nie popełniając błędów przeszłości – kształtować innowacyjną przyszłość naszego kraju.

W jaki kierunku według Ciebie będzie podążać Polska, przeważa wizja optymistyczna czy pesymistyczna?

Jestem optymistą i patrzę na przyszłość Polski w branży półprzewodników z dużą nadzieją. Nie skupiam się na potencjalnych zagrożeniach ze strony innych krajów, takich jak Niemcy czy Czechy, gdzie planowane jest stworzenie doliny krzemowej na osi Drezno-Praga. Widzę w tym raczej doskonałą okazję do współpracy. Polska może dołączyć do tego projektu, uwzględniając nasze kluczowe miasta technologiczne, takie jak Wrocław, Katowice, Gdańsk, Kraków, a także Bytom, gdzie mieści się siedziba naszej firmy. W przeszłości mówiło się o polskiej dolinie krzemowej wzdłuż autostrad A4 i A1 między Wrocławiem i Krakowem, i myślę, że to wciąż jest możliwe. Inicjatywy takie jak europejski i amerykański Chip’s Act oraz planowane inwestycje Intela stwarzają ogromne możliwości dla rozwoju polskiego sektora półprzewodnikowego. 

Od 2011 roku jestem związany z DCD, co dało mi możliwość dokładnego poznania możliwości polskich inżynierów. Nasi specjaliści posiadają nie tylko ogromną wiedzę, ale także cenne doświadczenie, które stanowi niezwykle wartościowy zasób. Jako mała firma, DCD z sukcesem realizuje projekty dla globalnych potentatów pokroju firm Intel, Siemiens, VW, Toyota czy Sony.

Sprzęt, możliwości prototypowania oraz licencje na dodatkowe oprogramowania są ważne, ale kluczowy jest pomysł i umiejętności pojedynczego inżyniera, które decydują o finalnej funkcjonalności produktu. W branży półprzewodnikowej każdy nawet najmniejszy element musi działać niezawodnie, ponieważ od niego może zależeć sukces całego projektu wartego setki milionów dolarów. Know-how niewątpliwie już mamy, zatem warto tę wiedzę i umiejętności „obudować” sprzętem i instytucjami, które pozwolą na aktywną grę na międzynarodowej scenie półprzewodników.

Zapraszamy na TEK.day Gdańsk, 26 września 2024. Zapisz się już dziś!