Bosch deschide prima fabrică AIoT de plăcuțe semiconductoare la Dresda, cu o investiţie de 1 miliard euro

iunie 7, 2021

Bosch a inaugurat pe 7 iunie 2021, la Dresda, una dintre cele mai moderne fabrici de plăcuțe semiconductoare din lume, în prezența virtuală a Cancelarului Federal Dr. Angela Merkel, a vicepreședintelui Comisiei Europene, Margrethe Vestager, și a ministrului-președinte al landului Saxonia, Michael Kretschmer. Oficialii companiei germane susţin că Echipamentele de înaltă automatizare, conectate și procesele integrate, combinate cu inteligența artificială (IA), fac din locația din Dresda o fabrică inteligentă și un pionier în materie de Industrie 4.0.

„Aceasta este prima noastră fabrică AIoT: complet conectată, bazată pe date și cu auto-optimizare chiar de la început.” Bosch investește aproximativ un miliard de euro în această unitate de înaltă tehnologie. Aceasta este cea mai mare investiție unică din istoria de peste 130 de ani a companiei. Producția la Dresda va începe din luna iulie, cu șase luni mai devreme decât era planificat. Din acel moment, semiconductorii fabricați în noua fabrică vor fi montați pe sculele electrice Bosch. Pentru clienții din industria auto, producția de cipuri va începe în septembrie cu trei luni mai devreme decât era planificat. „Această investiție de un miliard de euro întărește Silicon Saxony și întreaga industrie europeană a semiconductorilor”, a declarat Michael Kretschmer, ministrul-președinte al landului Saxonia. Astăzi lucrează deja 250 de persoane în fabrica de plăcuțe semiconductoare din capitala landului Saxonia, pe o suprafață de 72.000 de metri pătrați. Forța de muncă urmează să crească la aproximativ 700 de angajați după finalizarea lucrărilor de construcție.

Niciun alt furnizor auto nu a lucrat intens în domeniul microelectronicii din anii 1950, susţin oficialii Bosch. Din 1958, Bosch a produs componente pentru semiconductori. Și încă din 1970, la fabrica de la Reutlingen, a realizat componente speciale care nu sunt disponibile pe piață. Bosch a investit peste 2,5 miliarde de euro doar în fabricile de plăcuțe semiconductoare din Reutlingen și Dresda, de la introducerea tehnologiei de 200 milimetri, în 2010. În plus, au fost investite miliarde de euro în dezvoltarea microelectronicii. „Această expertiză este cheia multor soluții de sisteme de înaltă calitate realizate de Bosch”, a spus Denner.

Utilaje care gândesc singure, lucrări de întreținere efectuate la 9.000 de kilometri distanță, ochelari cu camere încorporate: fabrica de plăcuțe semiconductoare construită acum la Dresda este una dintre cele mai avansate din lume. „Cu ajutorul combinației între inteligența artificială și Internetul lucrurilor, creăm baza pentru îmbunătățirea continuă a producției bazată pe date”, a spus Denner. În termeni concreți, aceasta înseamnă că toate datele din fabrica de plăcuțe semiconductoare, de la utilaje, senzori și produse, sunt colectate într-o bază de date centrală. Rezultatul: în fiecare secundă sunt generate date de producție echivalente cu 500 de pagini de text. Într-o singură zi, acest lucru ar fi echivalent cu peste 42 de milioane de pagini. Apoi, aceste date sunt evaluate folosind metode ale inteligenței artificiale. În acest proces, algoritmii de auto-optimizare învață cum să facă predicții pe baza datelor. Astfel, procesele de fabricație și întreținere pot fi analizate în timp real. De exemplu, un algoritm IA poate detecta chiar și cele mai mici anomalii ale produselor. Aceste anomalii sunt vizibile pe suprafața plăcuței semiconductoare sub forma de tipare de eroare specifice cunoscute sub numele de semnături. Cauzele acestora sunt analizate imediat, iar abaterile de la proces sunt corectate fără întârziere, chiar înainte de a putea afecta fiabilitatea produsului. „Inteligența artificială este cheia pentru îmbunătățirea în continuare a proceselor de fabricație și a calității semiconductorilor, precum și pentru atingerea unui nivel ridicat de stabilitate a procesului”, a declarat Denner. De asemenea, înseamnă că produsele semiconductoare pot intra rapid în producția de masă, eliminând pentru clienții din domeniul auto nevoia de efectuare a unor teste ce necesită mult timp, care altfel ar fi necesare înainte de lansarea producției. Lucrările de întreținere pot fi, de asemenea, optimizate cu ajutorul inteligenței artificiale. Algoritmii pot prezice cu exactitate dacă și când o componentă a echipamentului de producție sau un robot necesită întreținere sau reglare. Cu alte cuvinte, o astfel de activitate nu este efectuată conform unui program rigid, ci exact atunci când este nevoie și cu mult înainte de apariția oricărei probleme.

O altă caracteristică a fabricii de plăcuțe semiconductoare este existența în dublu exemplar: în lumea reală și în lumea digitală. Termenul de specialitate pentru acest lucru este „geamăn digital”. În timpul construcției, toate părțile fabricii și toate datele de construcție relevante, referitoare la fabrica în ansamblu au fost înregistrate digital și vizualizate într-un model tridimensional. Geamănul include aproximativ o jumătate de milion de obiecte 3D, inclusiv clădiri și infrastructură, sisteme de alimentare și eliminare, conducte pentru cabluri și sisteme de ventilație, precum și utilaje și linii de fabricație. Astfel, Bosch poate simula atât planurile de optimizare a proceselor, cât și lucrările de renovare, fără a interveni în cadrul operațiunilor aflate în desfășurare. Pentru efectuarea lucrărilor de întreținere din fabrica de la Dresda este folosită, de asemenea, tehnologia de ultimă generație: datorită ochelarilor inteligenți și realității augmentate, lucrările de întreținere pentru echipamente pot fi efectuate chiar și de la distanță. Cu alte cuvinte, lucrările de întreținere de la Dresda pot fi efectuate de un expert de la o companie de inginerie mecanică din Asia, fără a fi nevoie ca acel expert să se deplaseze la Dresda. Datorită unei camere încorporate în ochelarii inteligenți, imaginile sunt transmise în celălalt capăt al lumii, iar expertul de acolo discută apoi în timp real cu angajatul respectiv referitor la procesul de întreținere. Această tehnologie a jucat, de asemenea, un rol esențial pentru punerea în funcțiune a utilajelor, în ciuda restricțiilor de călătorie legate de pandemia de coronavirus.

Semiconductorii se găsesc aproape în orice dispozitiv tehnic, sub formă de microcipuri: în smartphone-uri, televizoare și brățări de fitness. Iar fără semiconductori, autovehiculele nu ar funcționa, nici în prezent, nici în viitor. În 2016, fiecare autovehicul nou la nivel mondial avea în medie mai mult de nouă cipuri Bosch la bord, în componente precum unitatea de control a airbagurilor, sistemul de frânare și sistemul de asistență la parcare. În 2019, acest număr era deja de peste 17. Cu alte cuvinte, numărul lor aproape s-a dublat în doar câțiva ani. În anii următori, experții preconizează că va fi înregistrată cea mai puternică creștere în domeniul sistemelor de asistență pentru șofer, sistemelor de infotainment și al electrificării sistemului de propulsie. Prin fabrica de plăcuțe semiconductoare de la Dresda, Bosch răspunde cererii crescute de semiconductori. „Semiconductorii sunt elementele de bază ale progresului. Componentele electronice echipate cu cipuri produse la Dresda vor face posibile utilizări precum conducerea automatizată și economisirea resurselor, precum și cea mai bună protecție posibilă a ocupanților autovehiculelor”, a declarat Harald Kroeger, membru în consiliul de administrație al Robert Bosch GmbH. Sondajele confirmă această creștere a cererii: încă din 1998, conform ZVEI, valoarea componentelor de microelectronică dintr-un autovehicul nou era de 120 de euro. Până în 2018, această valoare a crescut la 500 de euro, iar pentru 2023 este preconizată depășirea valorii de 600 de euro. Aceasta înseamnă că semiconductorii reprezintă un domeniu de creștere și pentru Bosch.

De-a lungul duratei de viață a autovehiculului, cipurile sunt expuse unor vibrații puternice și unor temperaturi extreme, care variază de la temperaturi mult sub punctul de îngheț și până la peste punctul de fierbere al apei. Cu alte cuvinte, cipurile trebuie să îndeplinească standarde mai ridicate în materie de fiabilitate. Aceasta înseamnă că dezvoltarea semiconductorilor auto este mai complicată decât în alte aplicații.

„Silicon Saxony”: cel mai mare centru de microelectronică din Europa

După ce a comparat locații din întreaga lume, Bosch a ales Dresda, în landul Saxonia, ca locație pentru fabrica sa de plăcuțe semiconductoare. „Silicon Saxony” este cel mai mare centru de microelectronică din Europa și al cincilea ca mărime din lume. Unul din trei cipuri fabricate în Europa este produs aici.

Piața

În 2020, vânzările de semiconductori la nivel mondial s-au ridicat la valoarea de 440 de miliarde de dolari (385 de miliarde de euro), cu o creștere de aproximativ 7 procente față de 2019 (sursa: World Semiconductor Trade Statistics [WSTS]). WSTS estimează că piața va crește cu aproximativ 11 procente în 2021, atingând 488 de miliarde de dolari (427 de miliarde de euro).
În 2020, piața europeană de semiconductori a atins valoarea de 38 de miliarde de dolari (33 de miliarde de euro), cu vânzări de 12,3 miliarde de dolari (10,8 miliarde de euro) fiind realizate în Germania (sursa: ZVEI). ZVEI se așteaptă ca vânzările din întreaga Europă să crească cu 5 procente în 2021, până la aproximativ 40 de miliarde de dolari (35 de miliarde de euro).
În 2020, semiconductorii pentru aplicațiile din industria automotive au reprezentat 10,6 procente din piața globală de semiconductori. Pe piața de semiconductori EMEA, aceste cipuri au o cotă de piață de 35 procente (sursă: ZVEI, WSTS).
Din 2009, micro- și nanoelectronica au reprezentat una dintre cele șase tehnologii generice esențiale ale Europei (KET-uri). Comisia Europeană consideră că aceste tehnologii sunt decisive pentru competitivitatea viitoare a Europei.
Bosch este unul dintre producătorii de top de semiconductori pentru aplicații din industria automotive. De asemenea, este și una dintre companiile de top în domeniul producției de senzori MEMS pentru aplicații auto și produse electronice de consum.

Producție

Cipurile semiconductoare sunt fabricate pe discuri circulare din, de ex., siliciu sau carbură de siliciu, cunoscute sub numele de plăcuțe semiconductoare. În funcție de dimensiunea cipului, o plăcuță semiconductoare de opt inch (200 de milimetri) poate produce de la câteva sute până la câteva mii de cipuri. Deși cipurile de siliciu au doar câțiva milimetri pătrați, acestea conțin circuite complexe, uneori având câteva milioane de funcții electronice individuale.
• În timp ce plăcuțele semiconductoare de trei inch (76 de milimetri) reprezentau standardul în anii ’70, majoritatea plăcuțelor semiconductoare produse în prezent au un diametru de 8 inch (200 milimetri) sau de 12 inch (300 milimetri). Plăcuțele semiconductoare mai mari înseamnă fabricarea mai multor cipuri într-un singur ciclu de producție.
Producția de semiconductori are loc în condițiile unei camere curate de clasă 1. Fiecare picior cub (cca. 28 de litri) de aer ambiant normal conține 100.000 de particule. Spre deosebire, în timpul producției de semiconductori trebuie să nu existe mai mult de o particulă, cu o greutate de jumătate de microgram, în fiecare picior cub de aer. Acesta este aproximativ echivalentul existenței unui singur sâmbure de cireașă în tot Lacul Constance.
Procesul de transformare a plăcuțelor brute în cipuri semiconductoare este unul complex și poate dura până la câteva luni.
În 1994, Bosch a dezvoltat „procesul Bosch” pentru producția de senzori MEMS. Pentru acest lucru, dezvoltatorii Jiri Marek, Michael Offenberg și Frank Melzer au primit premiul German Future în 2008.
Bosch deține peste 1.500 de brevete și cereri de brevet în domeniul semiconductorilor, iar 1.000 dintre acestea vizează tehnologia MEMS.

Dezvoltarea tehnologiei semiconductorilor în cadrul Bosch

Bosch produce o gamă variată de cipuri semiconductoare de peste 60 de ani. Acestea includ circuite integrate dedicate (ASIC), semiconductori de putere și sisteme microelectromecanice (MEMS).
La jumătatea anilor ’50, activitatea de cercetare a Bosch a început să exploreze dezvoltarea unor componente semiconductoare deosebit de robuste, care sunt adecvate utilizării în trafic.
În anii ’60, Bosch a dezvoltat primul semiconductor de putere pentru autovehicule. În acea perioadă, diodele speciale pentru generator asigurau mai multă fiabilitate și durabilitate.
La sfârșitul anilor ’60, Bosch a construit prima sa fabrică de semiconductori, în Reutlingen, ca urmare a cererii în creștere pentru componente din cadrul Grupului Bosch. Producția circuitelor integrate a început în 1970.
În 1970, Bosch a lansat primele ASIC din lume produse în masă pentru autovehicule. Mai exact, acestea erau tranzistoare de putere pentru stabilizatoare de tensiune și circuite integrate.
Când Bosch a început producția pentru Motronic – un sistem de control digital pentru motoare (aprinderea și injecția într-o singură unitate de control) – în 1979, acesta avea instalat un microprocesor de opt biți. Alături de memoria care se putea șterge, acesta a reprezentat efectiv prima utilizare a unui computer pentru un autovehicul, într-o funcție relevantă pentru condus.
Bosch produce senzori MEMS de peste 25 de ani; primul model a fost un senzor de presiune pentru Bosch Motronic.
• În 2010, Bosch a pus în funcțiune fabrica de semiconductori de 200 de milimetri, din Reutlingen. Cu o investiție totală în valoare de 600 de milioane de euro, aceasta a reprezentat cea mai mare investiție din istoria companiei.
În iunie 2018, Bosch a început lucrările de construcție pentru una dintre cele mai avansate fabrici de semiconductori din lume: începând din 2021, aceasta va produce cipuri semiconductoare pe baza tehnologiei de 300 de milimetri. Bosch investește aproximativ un miliard de euro în această fabrică de înaltă tehnologie.

Utilizarea pentru autovehicule

La nivel mondial, valoarea medie a dispozitivelor microelectronice per autovehicul va fi crescut de la 138 de dolari (120 de euro), în 1998, la 559 de dolari (489 de euro), în 2018, și la 685 de dolari (600 de euro), până în 2023 (sursă: ZVEI). Conform experților, o mare parte din această creștere se va datora sistemelor de asistență pentru șofer, infotainment și de electrificare a sistemului de propulsie.
Semiconductorii reprezintă aproximativ 80 de procente din inovațiile noilor autovehicule (sursă: ZVEI). Aceștia pot fi găsiți, de exemplu, în sistemul de propulsie, în cabină și în sistemele de infotainment, asistență pentru șofer și siguranță.
În timp ce, în 2016, fiecare autovehicul produs la nivel mondial era prevăzut, în medie, cu nouă cipuri Bosch instalate, acest număr a crescut la 17 până în 2019.

Utilizarea pentru produse electronice de consum și divertisment

Timp de 15 ani, senzorii MEMS ai Bosch au fost utilizați și în produse electronice de consum. Anul 2006 a adus lansarea pe piață a primilor senzori MEMS pentru acest sector. Aceștia au îmbunătățit experiența consolelor de jocuri.
În 2020, vânzările de smartphone-uri au atins aproape 1,3 de miliarde de unități (sursă: International Data Corporation [IDC]). Mai multe, dispozitivele purtabile – termenul folosit pentru dispozitivele electronice care pot fi purtate pe corp, precum ceasurile inteligente, banderolele pentru fitness și ochelarii VR – devin din ce în ce mai populare. În 2020, vânzările de dispozitive purtabile se apropiau de 445 de milioane de unități (sursă: IDC). Toate aceste dispozitive conțin senzori care evaluează o gamă foarte variată de informații.
În medie, orice smartphone conține cinci senzori MEMS. Aceștia permit mini-computerelor să recunoască rotirea ecranului, stabilizează fotografiile și facilitează navigarea.
Când Bosch a demarat producția de senzori micromecanici, în 1995, lungimea marginii unui senzor de accelerare era de 133 de milimetri. Lungimea marginii celui mai mic senzor MEMS actual din portofoliul Bosch este de 1,56 de milimetri. Acesta este mai mic decât un vârf de ac și reprezintă o miniaturizare a dimensiunii senzorului de 85 de ori în 25 de ani – concomitent cu includerea mai multor funcții. Peste 80 de astfel de cipuri ar încăpea pe o unghie.
Până în prezent, Bosch a produs peste 15 de miliarde de senzori MEMS la fabrica din Reutlingen, acest număr crescând cu câteva milioane în fiecare zi.
În medie, semiconductorii Bosch au o grosime de doi milimetri. Dacă cele 15 miliarde de senzori MEMS deja produși de Bosch ar fi înșirați, linia de cipuri ar atinge o lungime de 30.000 de kilometri. Aceasta este aproximativ distanța de la Polul Nord la Polul Sud și înapoi la Ecuator.
În cazul produselor electronice de consum, senzorii MEMS au o înălțime mai mică de un milimetru. Anumite componente din senzori au doar patru micrometri – fiind de 17 ori mai subțiri decât un fir de păr.