راهبردهای طراحی و تولید تراشه در ایران

به گزارش خبرنگار مهر، امروزه تولید انواع رایانه، تجهیزات مخابراتی، تلفن‌های همراه، خودروها، لوازم خانگی، سامانه‌های دفاعی، محصولات حوزه هوافضا و رباتیک در کنار پدیده‌های نوظهور و تحول آفرین دیگر نظیر هوش مصنوعی، خودروهای برقی و خودران، ارتباطات ۵G و اینترنت اشیا، به شکل فزاینده ای به تراشه‌های نیمه هادی و به تعبیر دیگر صنعت میکروالکترونیک وابسته هستند.

مرکز پژوهش‌های مجلس در پژوهشی وضعیت صنعت میکروالکترونیک در کشور را بررسی و راهبردهایی را به منظور توسعه این صنعت پیشنهاد کرده است.

یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد به دلیل پیچیدگی‌های فنی و اقتصادی صنعت میکروالکترونیک، ماهیت جهانی زنجیره تأمین این صنعت، یکی از دلایل کلیدی موفقیت آن تا به امروز بوده است و دستیابی به خودکفایی کامل در زمینه نیمه هادی‌ها برای هر شرکت یا کشوری امری محال به شمار می‌آید. با این وجود، به دلیل تسریع تنش‌های ژئوپلیتیکی، ایجاد تعادل مجدد و تقویت موقعیت کشورها در زنجیره جهانی تأمین تراشه برای دولت‌ها امری ضروری به شمار می‌آید. در این شرایط نقش آفرینی در زنجیره تولید جهانی نیمه هادی‌ها برای کشوری نظیر ایران که تحت تأثیر محدودیت‌های مستقیم و غیرمستقیم مرتبط با این حوزه در جهان قرار دارد از اهمیت و پیچیدگی بیشتری نیز برخوردار است.

در این راستا برای ایران نیز در یک رویکرد حداقلی برنامه ریزی برای کاهش آثار منفی و تهدیدات اقتصادی و امنیتی بالقوه این صنعت و در یک رویکرد حداکثری تلاش برای فراهم کردن زمینه‌های نقش آفرینی در زنجیره جهانی نیمه هادی‌ها امری ناگزیر به حساب می‌آید.

راهبردهای پیشنهادی توسعه صنعت میکروالکترونیک در کشور باید در دو حوزه مکمل تقویت جریان طراحی تراشه کشور «Fablees» و اقدام در راستای ساخت و تولید تراشه دنبال شود.

همانطور که بررسی شد مدل کسب وکاری طراحی تراشه و برونسپاری آن به کارخانه‌های تولید تراشه خارجی یکی از متداول‌ترین رویکردها در صنعت میکروالکترونیک است. این رویکرد علاوه بر کاهش هزینه‌های ثابت سرمایه گذاری در تولید می‌تواند تا حد قابل توجهی نگرانیهای کشور در زمینه رفع پایدار نیازمندی‌ها و ارتقای امنیت تراشه‌های کشور منجر شود.

راهبردهای مورد نیاز در این بخش عبارتند از: الف) ایجاد مراکز خدمات طراحی تراشه، ب) برنامه ملی بومی سازی تراشه‌های پرکاربرد و راهبردی و ج) ورود به بازارهای جهانی طراحی تراشه

راهبرد کوتاه مدت؛ راه اندازی مراکز تخصصی آموزش و خدمات طراحی تراشه در کشور

به طورکلی طراحی تراشه موضوعی کاملاً تخصصی و نیازمند سطوح بالایی از تحصیلات و تجربیات دانشگاهی است به همین دلیل تأمین جریان مداوم از متخصصین دانشگاهی در زمینه طراحی تراشه یکی از راهبردهای اصلی برای بقا و ارتقای صنعت میکروالکترونیک در هر کشوری است. آموزش و تحقیقات کاربردی و بنیادی در زمینه طراحی تراشه، نیازمند تعریف پروژه‌های عملی و نمونه سازی تراشه و ارزیابی نتایج آن است. در شرایط فعلی به دلیل کامل نبودن برخی زیرساختهای کشور، تمایل کمتری ازسوی سرمایه‌های انسانی بالقوه و دانشگاهیان به منظور فعالیت و رشد در این حوزه، درمقایسه با سایر حوزه‌های تحقیقاتی الکترونیک که شیوه ارتقای عملی و علمی در آنها ساده‌تر بوده، رایج شده است. به منظور حل این چالش در کوتاه مدت باید همانند بسیاری از کشورهای پیشرو دنیا، نهادسازی و برنامه حمایتی مشخصی برای استفاده دانشگاهیان و گروههای طراحی در کشور ایجاد شود که از طریق آن خدمات مختلفی نظیر به اشتراک گذاری ابزارهای طراحی، نمونه سازی چند پروژه بر روی یک ویفر (MPW) و به طورکلی آموزش‌های طراحی ارائه شود.

MPW یک شیوه برای ساخت نمونه اولیه و آزمایشگاهی است که در آن به متقاضیان این امکان داده می‌شود که هزینه ساخت تراشه بین چندین طرح یا پروژه بدین صورت تقسیم شود که چندین طراحی تراشه مختلف بر روی یک ویفر سیلیکونی تولید شود. اجرای چنین مدلی نیاز به «ایجاد مراکز تخصصی ارائه خدمات طراحی تراشه در سطح کشور» دارد که در کنار ارائه آموزش‌ها و زیرساختهای طراحی، طرح‌های تحقیقاتی مختلف را براساس اولویتهای کشور دریافت و پس از آن نسبت به تجمیع طرح‌ها در کنار یکدیگر و ارسال آن برای کارخانه‌های تولید تراشه از طریق مسیرهای ارتباطی رسمی و غیررسمی اقدام کند. با تأسیس و حمایت دولت از این مراکز می‌توان امکان دسترسی و هزینه‌های مضاعف سربار طراحی در ایران را تا حدی کاهش داد و از همه مهمتر جریان ایجاد سرمایه انسانی در حوزه میکروالکترونیک را در کشور حفظ کرد.

راهبرد میان مدت: بومی سازی طراحی تراشه‌های پرکاربرد و راهبردی

یکی از متغیرهای کلیدی برای موفقیت صنعت میکروالکترونیک در ایران، فراهم کردن صرفه اقتصادی برای طراحی تراشه توسط بازیگران داخلی در مقایسه واردات است. تراشه‌ها از منظر میزان مصرف را می‌توان به دو دسته تراشه‌های خاص منظوره با تیراژ کم و تراشه‌های عمومی با حجم مصرف بالا دسته بندی کرد.

به طور کلی در طراحی تراشه‌های خاص منظوره، نظیر تراشه‌های نظامی، امنیتی و برخی محصولات مخابراتی، عمدتاً به دلیل هزینه‌های بالای مهندسی غیرتکراری (NRE) مانند تحقیق و توسعه و حساسیت پایین شکست این هزینه‌ها بر روی تیراژ تولیدی، قیمت تمام شده تراشه در سطح جهانی نیز بالاست. ازسوی دیگر سرمایه انسانی متخصص ارزانقیمت یکی از مزیت‌های اصلی در کشور ما به شمار می‌آید. همچنین اساساً دسترسی تراشه‌های خارجی به دلایل تحریمی و مسائل امنیتی برای کشور دارای هزینه‌های مستقیم و غیرمستقیم مضاعف خواهد بود. لذا رقابت پذیری در طراحی این نوع تراشه‌ها برای کشور امکانپذیرتر خواهد بود.

در رابطه با طراحی تراشه‌های با مصارف عمومی و تیراژ بالا نظیر تراشه‌های مورد استفاده در صنایع لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم خانگی، سیم کارتها، خودروسازی و مودم‌های مخابراتی، چالش اصلی طراحان داخلی رقابت قیمتی با تأمین کنندگان خارجی به دلیل کم اهمیت شدن هزینه تحقیق و توسعه ناشی از نیروی انسانی از طریق شکست هزینه‌ها بر روی تیراژ بالای تولیدات این حوزه است.

به منظور موفقیت در طراحی و تجاریسازی هر گروه از تراشه‌های فوق در داخل کشور در میان مدت باید سیاست صنعتی متناسبی ازسوی دستگاه‌های ذیربط دنبال شود. با وجود این اصول سیاست صنعتی مناسب برای این حوزه عبارتند از: تعیین تراشه‌های هدف برمبنای نیازمندی‌های کشور، تجمیع تقاضا و سفارشگذاری بلندمدت برای طراحان تراشه به منظور اقتصادی کردن طراحی و تولید، ارائه یارانه و معافیت مالیاتی به شرکتهای خریدار تراشه به منظور پوشش اختلاف قیمت احتمالی، حمایتهای تعرفه‌ای و تدوین استانداردهای لازم به منظور الزام شرکتهای بالادست زنجیره تأمین محصولات نهایی الکترونیکی به استفاده از تراشه‌های داخلی در تولید زیرمجموعههای محصول نهایی.

راهبرد پیشنهادی بلندمدت: ورود به بازارهای جهانی طراحی تراشه

مزیت بالقوه سرمایه انسانی متخصص و ارزانقیمت در کشور یکی از فرصتهای کلیدی برای ورود به زنجیره ارزش جهانی صنعت میکروالکترونیک از طریق اجرای پروژه‌های طراحی و فروش دارایی‌های فکری در بلندمدت به شمار می‌آید. در این راستا، دولت باید به روش‌های مختلف بستر الزام برای جلب همکاری و فرصتهای بین المللی را فراهم سازد. این هدف می‌تواند از طریق راهبرد حمایت از تأسیس دفاتر طراحی در سایر کشورها و جذب فرصتهای بین المللی با پوشش این دفاتر دنبال شود.

اقدام در راستای ساخت تراشه

در حال حاضر بخش زیادی از چالشهای حوزه میکروالکترونیک کشور از دسترسی پیچیده و دشوار به کارخانه‌های تولید تراشه ناشی می‌شود.

در این شرایط راهبردهای: الف) ایجاد دسترسی پایدار به فبهای خارجی در کوتاه مدت، ب) نقش آفرینی در زنجیره مواد اولیه در میانمدت و ج) احداث کارخانه فب در کشور در بلندمدت توصیه می‌شود که در ادامه به بررسی دقیق‌تر هریک از این موارد پرداخته می‌شود.

به دلیل حساسیت‌های تحریمی بر ایران در حوزه خرید تراشه و دسترسی به زیرساختهای تولیدی کارخانه‌های فب یکی از اصلیترین راهبردهایی که باید در کوتاهمدت توسط دولت دنبال شود، پیگیری ایجاد دسترسی پایدار به یک یا چند کارخانه فب خارجی از طریق مذاکره و همکاری با کشورهای همسو نظیر چین و روسیه است.

نیمه هادی‌ها دارای یک زنجیره مواد اولیه باالادستی از جنس سیلیکون با بازارهای وسیع بین المللی هستند. سنگ سیلیکون ماده اولیه صنعت نیمه هادی‌ها به شمار می‌آید. این ماده جزو فراوان‌ترین عناصر بر روی پوسته زمین به شمار می‌آید. در ایران نیز معادن سیلیس با خلوص بالا یافت می‌شوند که از جمله آنها می‌توان به معادن موجود در استان‌های لرستان، آذربایجان غربی و فارس اشاره کرد. در حال حاضر تولید سیلیکون متال در کشور با افتتاح چند کارخانه جدید در سال جاری سرعت و حجم بیشتری پیدا کرده است، با وجود این همچنان سرمایه گذاری‌های بیشتری در سایر بخشهای زنجیره به دستیابی به یک زنجیره کامل مورد نیاز است. یکی از کلیدیترین مؤلفه‌های تولید سیلیکون متال میزان خلوص حاصل شده است. در حال حاضر خلوص تولیدی این کارخانه‌ها عمدتاً متناسب با صنعت ساخت انواع آلیاژهای آلومینیومی است.

سرمایه گذاری در زنجیره ارزش بالادستی می‌تواند به شکوفایی بازارهای جدیدی در صنایع مختلف نظیر سلول‌های خورشیدی در صنعت نیروگاههای خورشیدی، ساخت شمش و ویفرها برای صنعت میکروالکترونیک، ساخت انواع تارهای نوری در صنعت کابلسازی، ساخت انواع رنگ‌ها و پوششهای عایقی در صنعت مواد شیمیایی، ساخت انواع مکملها و رنگهای غذایی و ساخت انواع پودرها و مکملهای آرایشی در صنعت آرایشی و بهداشتی منجر شود.

برای کشوری مانند ایران میزان سرمایه گذاری لازم برای تأسیس یک کارخانه فب با فناوری سیلیکونی و اندازه ۶۵ تا ۹۰ نانومتر که بتواند برطرف کننده غالب نیازهای صنعتی کشور در طول یک تا دو دهه آینده باشد حدود یک میلیارد دلار سرمایه گذاری ثابت برآورد می‌شود.

به منظور تصمیم گیری برای ساخت یک کارخانه فب باید در ابتدا وضعیت تقاضای محصولات و تغییرات احتمالی بلندمدت آنها را به طور کامل بررسی و پس از آن به صورت ویژه با صنایع و مشتریان تراشه وارد قراردادهای همکاری نزدیک و بلندمدت شد تا بتوان همواره سطح قابل قبولی از بهره وری تولید را تضمین کرد.