سوق السيليكون القابل للبرمجة

نظرة عامة على السوق

وفقًا لشركة Reed Intelligence، من المتوقع أن ينمو حجم سوق السيليكون القابل للبرمجة بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 12.5% تقريبًا خلال الفترة المتوقعة.

السيليكون القابل للبرمجة هو نوع من الدوائر المتكاملة (IC) أو أجهزة أشباه الموصلات التي يمكن تخصيصها أو برمجتها للقيام بمهام محددة. وهو يتيح تخصيص وإعادة تكوين ميزات الأجهزة بعد إنشاء الشريحة، مما يمنح المزيد من المرونة والقدرة على التكيف.

هناك نوعان رئيسيان من السيليكون القابل للبرمجة. مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة ميدانيًا وأجهزة المنطق القابلة للبرمجة المعقدة. FPGAs هي أجهزة سيليكون قابلة للبرمجة تتكون من كتل منطقية قابلة للتخصيص (CLBs) ووصلات مترابطة قابلة للبرمجة. إنها قابلة للتكيف للغاية، مما يتيح للمستخدمين تعديل البوابات المنطقية والوصلات بينها لإنشاء دوائر رقمية فريدة. PLDs هي نفس FPGAs في الحجم والقدرة ولكنها أصغر. إنها تشبه FPGAs وتتكون من كتل منطقية قابلة للبرمجة ووصلات مترابطة قابلة للبرمجة ولكنها أكثر ملاءمة للتصميمات المنطقية الأكثر بساطة والمشاريع الأصغر حجمًا.

إنها تمكن من إنشاء نماذج أولية سريعة وتطوير دوائر رقمية متخصصة دون الحاجة إلى تغييرات باهظة التكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً في الأقنعة المطلوبة في الدوائر المتكاملة التقليدية المخصصة للتطبيقات (ASICs). يقلل السيليكون القابل للبرمجة من دورات التصميم والإنتاج، مما يسمح بوقت أسرع للوصول إلى السوق. إنه يتيح دورات وتغييرات تصميم سريعة، مما يجعل التكيف مع المتطلبات الجديدة أو تصحيح الأخطاء أسهل. يقلل السيليكون القابل للبرمجة من الحاجة إلى رقائق مصممة خصيصًا لكل تطبيق. إنه خيار أكثر فعالية من حيث التكلفة للإنتاج ذي الحجم الصغير إلى المتوسط أو عندما قد يتغير التصميم النهائي بمرور الوقت.

ديناميكيات السوق

محركات السوق

• تزايد الطلب على التخصيص

يدعم الطلب على التخصيص النمو الإجمالي لسوق السيليكون القابل للبرمجة. نظرًا لأن الصناعات تريد خيارات مخصصة تلبي احتياجاتها الفردية، فإن السيليكون القابل للبرمجة، مثل FPGAs وASICs، يوفر المرونة والقدرة على التكيف المطلوبة للتخصيص. تختلف متطلبات التخصيص عبر الشركات والتطبيقات. تمكن أجهزة السيليكون القابلة للبرمجة المصممين من إنشاء قدرات وخوارزميات وواجهات فريدة تجعلها مناسبة لتطبيقات مختلفة. تستخدم الصناعات مثل الاتصالات والسيارات والفضاء والإلكترونيات الاستهلاكية ومراكز البيانات قدرات التخصيص للسيليكون القابل للبرمجة لتلبية احتياجات محددة، مما يدفع الطلب في هذه الصناعات. هذا يدفع الطلب على سوق السيليكون القابل للبرمجة.

• التطورات في تكنولوجيا FPGA

تتغير تقنية FPGA باستمرار، مما يؤدي إلى تحسين قدرات الأداء وزيادة السعة في وحدات المنطق والذاكرة. وقد مكنت التطورات في بنية FPGA وتكنولوجيا التصنيع وأدوات التصميم من زيادة معدلات الساعة وتحسين كفاءة الطاقة وزيادة كثافة المنطق. وهذا يسمح بإنشاء تصميمات متقدمة وتطبيقات ذات أداء أعلى، مما يزيد الطلب على حلول السيليكون القابلة للبرمجة القائمة على FPGA. تسمح التطورات في تقنية FPGA بالتكامل المباشر للعديد من الكتل الوظيفية، بما في ذلك أجهزة الإرسال والاستقبال عالية السرعة ووحدات DSP والمعالجات المضمنة وواجهات الذاكرة، في نسيج FPGA. يمنح هذا التكامل المصممين مجموعة واسعة من الميزات ومرونة محسنة لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة. لذلك، يمكن لحلول السيليكون القابلة للبرمجة القائمة على FPGA توفير وظائف متخصصة تدفع سوق السيليكون القابل للبرمجة.

قيود السوق

• تكاليف عالية

إن التكلفة العالية لأجهزة السيليكون القابلة للبرمجة قد تعيق تبنيها في الشركات أو الصناعات الحساسة للسعر. قد تجد الشركات ذات التمويل المحدود صعوبة في الاستثمار في حلول السيليكون القابلة للبرمجة المكلفة، خاصة عندما تتوفر بدائل أرخص. وهذا يجعل من الصعب على الشركات أو الأفراد الجدد دخول الصناعة. وقد تتأثر هوامش ربح الشركات المصنعة والمطورين. قد يفضل العملاء الحلول القياسية أو الدوائر المتكاملة الجاهزة بسبب التكلفة العالية للسيليكون القابل للبرمجة. وقد أدى هذا إلى تركيزها على الأسواق أو التطبيقات المتخصصة حيث تتجاوز فوائد التعديل والتخصيص اعتبارات التكلفة. وبالتالي فإن التكلفة العالية يمكن أن تكون عائقًا أمام المستثمرين للاستثمار في سوق السيليكون القابل للبرمجة.

نطاق السوق

التحليل القطاعي

التقسيم حسب النوع

• FPGA

FPGA هي مجموعة بوابات قابلة للبرمجة ميدانيًا. وهي عبارة عن جهاز سيليكون قابل للبرمجة يتمتع بتنوع كبير وقابلية للتكوين للمنطق الرقمي والدوائر الكهربائية. بعد الإنتاج، تم تطوير FPGAs لتكون قابلة لإعادة البرمجة، مما يسمح للمستخدمين بتغيير وظائف الجهاز وسلوكه لتتناسب مع احتياجات التطبيق المحددة. نظرًا لمرونتها، يمكن تعديل FPGAs أو إعادة برمجتها لأداء وظائف منطقية ودوائر مختلفة. تتكون FPGAs من مجموعة من الكتل المنطقية القابلة للتكوين (CLBs) المرتبطة ببعضها البعض بواسطة قنوات توجيه قابلة للبرمجة. يستخدم المستخدمون عادةً لغات وصف الأجهزة (HDLs) مثل Verilog أو VHDL لبرمجة FPGA. FPGAs مناسبة لتطبيقات مختلفة في صناعات مختلفة، بما في ذلك الاتصالات السلكية واللاسلكية والسيارات والفضاء والأتمتة الصناعية.

• سي بي إل دي

CPLD تعني Complex Programmable Logic Device (جهاز منطقي قابل للبرمجة معقد). تتم البرمجة باستخدام لغات وصف الأجهزة (HDLs) مثل VHDL أو Verilog أو باستخدام أدوات برمجية متخصصة تقدمها الشركة المصنعة لـ CPLD. تم تصميم CPLDs لتنفيذ وظائف معينة داخل نظام رقمي من خلال تنفيذ عمليات المنطق الرقمي. بالمقارنة مع دوائر المنطق ذات الوظيفة الثابتة النموذجية، فإنها تسمح بمرونة أكبر وإمكانية إعادة التكوين ووقت أسرع للوصول إلى السوق. تستخدم CPLDs طاقة أقل من أجهزة السيليكون القابلة للبرمجة الأكبر حجمًا مثل FPGAs. نظرًا لحجمها الأصغر وسعتها المنطقية المنخفضة، فإنها تستهلك طاقة أقل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات ذات البيئات المقيدة بالطاقة أو الأجهزة التي تعمل بالبطارية. يمكن إعادة برمجة CPLDs بشكل متكرر، مما يسمح بتغييرات التصميم ودورات التطوير التكرارية.

التقسيم حسب التطبيق

• الفضاء والدفاع

يمكن تنفيذ واجهات البيانات عالية السرعة وخوارزميات الاتصال المتخصصة باستخدام FPGAs وASICs في اتصالات الأقمار الصناعية وأنظمة الرادار والشبكات العسكرية الآمنة. تتطلب أنظمة الطيران في الطائرات مهارات معالجة قوية. تستخدم أنظمة التحكم في الطيران وشاشات قمرة القيادة والملاحة وأنظمة جمع البيانات السيليكون القابل للبرمجة. توفر FPGAs وASICs معلومات في الوقت الفعلي وتكامل المستشعرات وتحويل البروتوكول وقدرات التحكم، مما يحسن السلامة والكفاءة والوعي. تعمل FPGAs وASICs على تحسين أداء أنظمة الطائرات بدون طيار من خلال التحكم في الطيران المستقل ودمج المستشعرات ومعالجة الصور في الوقت الفعلي وخوارزميات الملاحة. كما أنها تسمح بتنفيذ خوارزميات التشفير وتخزين المفاتيح الآمنة وبروتوكولات الاتصال الآمنة في مجال الفضاء وتحدد الأنظمة التي تضمن سلامة البيانات الحساسة مما يحسن الأمن السيبراني.

• السيارات

إن دمج أجهزة الاستشعار ومعالجة الصور ومعالجة إشارات الرادار ونقل البيانات هي كلها وظائف لتكنولوجيا أنظمة مساعدة السائق المتقدمة التي تعتمد على السيليكون القابل للبرمجة. تسمح FPGAs وASICs بمعالجة بيانات المستشعر في الوقت الفعلي، مما يحسن دقة واستجابة ميزات ADAS مثل مثبت السرعة التكيفي وتجنب الاصطدام وتحذير مغادرة المسار والكبح التلقائي في حالات الطوارئ. إنها تجعل دمج أنظمة الملاحة وتوصيل الهواتف الذكية وخدمات الترفيه وقدرات الاتصال في المركبات أسهل. تدير وحدة التحكم في المحرك وتتحكم في أجزاء مختلفة من تشغيل المحرك وتعتمد بشكل كبير على السيليكون القابل للبرمجة. يمكن التحكم بدقة في حقن الوقود وتوقيت الإشعال وإدارة الانبعاثات وخصائص المحرك الأخرى باستخدام FPGAs. أصبحت إدارة عزم الدوران والتحكم في ناقل الحركة والتحكم في المحرك في المركبات الكهربائية والتحكم في النظام الهجين وإدارة الطاقة في أنظمة الطاقة ممكنة بواسطة FPGAs.

• الالكترونيات الاستهلاكية

يُعد السيليكون القابل للبرمجة ضروريًا في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية لأنه يسمح بمجموعة متنوعة من الوظائف مثل معالجة الإشارات وواجهات العرض وترميز الصوت ومعالجة صور الكاميرا وتكامل المستشعرات. في وحدات التحكم في الألعاب، يتم استخدام السيليكون القابل للبرمجة للتحكم في عرض الرسومات المعقدة ومعالجة الصوت وواجهات إدخال/إخراج المستخدم. تعمل وحدات FPGA على تحسين الأداء وتوفير تجربة لعب أكثر سلاسة. في أجهزة التلفزيون وأجهزة فك التشفير، تُستخدم أجهزة السيليكون القابلة للبرمجة لمجموعة متنوعة من الوظائف، بما في ذلك معالجة الفيديو وبث الوسائط المتعددة وتخصيص واجهة المستخدم وإمكانيات الشبكات. أجهزة مثل الساعات الذكية وأجهزة تتبع اللياقة البدنية والنظارات التي تستخدم السيليكون القابل للبرمجة.

• صناعي

تُستخدم مادة السيليكون القابلة للبرمجة بشكل شائع في البنية التحتية للاتصالات، مثل محطات القاعدة وأجهزة التوجيه والمفاتيح ووحدات معالجة الشبكة. توفر وحدات FPGA معالجة مرنة وفعالة للبيانات، وتبديل الحزم، وتنفيذ البروتوكول، ومعالجة الإشارات في شبكات الاتصالات. تعتمد أنظمة الرادار، والإلكترونيات الجوية، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، وأنظمة الحرب الإلكترونية، والمركبات الجوية غير المأهولة (UAVs)، وأنظمة توجيه الصواريخ على السيليكون القابل للبرمجة في صناعات الفضاء والجيش. تعتمد صناعة السيارات إلى حد كبير على السيليكون القابل للبرمجة، وخاصة في أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS)، وأنظمة المعلومات والترفيه، وتوصيل المركبات، ووحدات التحكم في المحرك (ECUs). تشمل الأجهزة الطبية التي تستخدم السيليكون القابل للبرمجة أجهزة الموجات فوق الصوتية، وأنظمة التصوير، وأنظمة مراقبة المرضى، والأجهزة الطبية. تسمح وحدات FPGA بمعالجة الإشارات في الوقت الفعلي، وتحليل الصور، وجمع البيانات، مما يؤدي إلى تشخيصات وعلاجات طبية أكثر دقة وكفاءة.

• طبي

يُستخدم السيليكون القابل للبرمجة بشكل شائع في أنظمة التصوير الطبي مثل أجهزة التصوير المقطعي المحوسب (CT) وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) وأجهزة الموجات فوق الصوتية وأنظمة الأشعة السينية. تساعد FPGAs في معالجة الصور من خلال تسريع التقاط البيانات وتحليلها بشكل عام والسماح بإعادة بناء الصور وتصورها في الوقت الفعلي. يمكن أن يصبح تطوير أجهزة التطبيب عن بعد والمراقبة عن بعد ممكنًا من خلال السيليكون القابل للبرمجة. يمكن لهذه الأجهزة جمع بيانات المريض وإرسالها في الوقت الفعلي، مثل العلامات الحيوية وإشارات تخطيط كهربية القلب ومستويات السكر في الدم. يستخدم السيليكون القابل للبرمجة للتحكم في الأجهزة الطبية وتجهيزها مثل الروبوتات الجراحية ومضخات التسريب والآلات التجميلية وأنظمة مراقبة المرضى. يعد السيليكون القابل للبرمجة ضروريًا في تسلسل الجينوم وعلم المعلومات الحيوية والعلاج المخصص. في البحث الطبي والنماذج الأولية، يستخدم السيليكون القابل للبرمجة لتطوير واختبار الأجهزة والخوارزميات الطبية الجديدة بسرعة.

• الاتصالات

يُعد السيليكون القابل للبرمجة مهمًا في أجهزة الشبكات، بما في ذلك أجهزة التوجيه والمفاتيح وبطاقات واجهة الشبكة. تستخدم أنظمة الاتصالات اللاسلكية السيليكون القابل للبرمجة، مثل محطات القاعدة ونقاط الوصول اللاسلكية وأجهزة المودم اللاسلكية. من خلال دمج التعديل/فك التعديل وترميز القناة وخوارزميات معالجة الإشارة، تمكن وحدات FPGA البروتوكولات اللاسلكية مثل Wi-Fi وLTE و5G وما بعد ذلك. تتمتع أنظمة DWDM والمفاتيح البصرية وأجهزة الإرسال والاستقبال بتطبيقات ضخمة من السيليكون القابل للبرمجة في الشبكات البصرية. يستخدم السيليكون القابل للبرمجة بشكل شائع في تطبيقات أمان الشبكات مثل جدران الحماية وأنظمة الكشف عن التطفل والوقاية منه (IDPS) وبوابات الشبكة الخاصة الافتراضية (VPN). في تطبيقات إنترنت الأشياء، يستخدم السيليكون القابل للبرمجة للاتصال والتواصل ومعالجة البيانات.

التحليل الإقليمي

أمريكا الشمالية

من المتوقع أن يتطور سوق برامج التصوير الطبي في أمريكا الشمالية بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 8.5%. تحتاج صناعة الرعاية الصحية إلى دمج التكنولوجيا الرقمية، ولدى الشركات فرصة كبيرة لدخول سوق السيليكون القابل للبرمجة. تعمل الشركات بسرعة على أتمتة بنيتها التحتية لتقليل التكاليف التشغيلية وتحسين الكفاءة. يعد مرض القلب السبب الرئيسي للوفاة بين الرجال والنساء والأشخاص من معظم المجموعات العرقية والإثنية في الولايات المتحدة. وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على توزيع برامج للمساعدة في الحصول على صور الموجات فوق الصوتية للقلب أو تخطيط صدى القلب. تدفع هذه العوامل سوق السيليكون القابل للبرمجة، والتي تُستخدم في أجهزة التصوير الطبي، مما يدفع الصناعة إلى الأمام.

أوروبا

من المتوقع أن ينمو سوق الرعاية الصحية اللاسلكية في أوروبا بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 21.5٪. تمتلك أوروبا واحدة من أكثر صناعات الرعاية الصحية تقدمًا في العالم، كما تعد المنطقة من أوائل المتبنين للتكنولوجيا الحديثة، مما يدفع صعود خدمات الرعاية الصحية اللاسلكية. العامل الأساسي الذي يؤثر على نمو سوق السيليكون القابل للبرمجة هو الحاجة المتزايدة إلى حلول مراقبة المرضى عن بعد بسبب شيخوخة السكان والحالات الطبية المزمنة طويلة الأمد. توسع قطاع الأدوات الإلكترونية في ألمانيا بشكل كبير في السنوات الأخيرة. تتمتع الأجهزة المحمولة بأكبر حصة سوقية في سوق الأدوات الإلكترونية في ألمانيا حيث يستمر نظام الهواتف الذكية في النمو والابتكار في السنوات المستقبلية. توجد شريحة السيليكون القابلة للبرمجة في هذه الأجهزة. ونتيجة لذلك، فإن الطلب على هذه السلع في المنطقة يحرك الطلب على سوق السيليكون القابل للبرمجة.

آسيا والمحيط الهادئ

أدى التحول الرقمي للاقتصاد الهندي إلى حصول الهند على ثاني أكبر قاعدة عملاء رقمية في العالم. لقد امتد النموذج الرقمي للحكومة لرقمنة الاقتصاد الهندي عبر الحواجز بين المناطق الريفية والحضرية والناشئة، مما أدى إلى سد الفجوة الرقمية وتقديم التكنولوجيا حتى إلى أكثر الأقسام النائية في البلاد. إن القبول المتزايد لتأمين الأدوات بين الطلاب لحماية أجهزتهم من المواقف المختلفة، فضلاً عن زيادة الطلب على أشكال مختلفة من الأدوات بين عامة الناس، يدفع نمو سوق السيليكون القابل للبرمجة. بالإضافة إلى ذلك، فإن زيادة الرقمنة في كل قطاع في جميع أنحاء العالم تدعم نمو السوق. من المتوقع أن ينمو سوق مفاتيح القصب/أجهزة الاستشعار للسيارات في المملكة المتحدة بمعدل نمو سنوي مركب بنسبة 5٪. أدت الاختراقات التكنولوجية في تكنولوجيا أجهزة الاستشعار والمفاتيح إلى ظهور مفاتيح قصب متقدمة ومضغوطة وموثوقة للغاية، مما يدفع استخدامها في صناعة السيارات. هذا يدفع الطلب في المنطقة على رقائق السيليكون القابلة للبرمجة.

أمريكا الجنوبية

من المتوقع أن ينمو سوق المحركات الكهربائية للسيارات في أمريكا اللاتينية بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 6.3%. إن ارتفاع الأتمتة والرقمنة في المنطقة يدفع سوق المحركات الكهربائية للسيارات. يتوسع سوق المحركات الكهربائية للسيارات بسبب زيادة كفاءة الوقود والطلب على الراحة، وخاصة في سيارات الركاب. كان هناك زيادة إجمالية في أجهزة السيارات في السنوات الأخيرة بسبب تحسن الوعي والقدرة الشرائية في المنطقة، مما يزيد الطلب في قطاع السيارات وسوق السيليكون القابل للبرمجة في المنطقة.

اللاعبون الرئيسيون

1. شبكات حافية القدمين (إنتر)
2. أشباه الموصلات الشبكية
3. زيلينكس
4. شركة برودكوم
5. سينوبسيس
6. شركة مايكروسيمي
7. لوسنت
8. السرو
9. أتميل
10. كويك لوجيك

التطورات الأخيرة

أبريل 2023: تم اختيار شركة Magna International لتطوير سيارة SUV الكهربائية الجديدة بالكامل من INEOS Automotive، ومن المقرر أن يبدأ الإنتاج في مدينة جراتس بالنمسا. كما ستتولى شركة Magna أيضًا مسؤولية الهندسة العامة للسيارة.