صنعت نیمه هادی  ، یک صنعت زیرساختی قدرت آفرین

مقدمه

جهان پیوسته در حال تغییر است و اساساً ایجاد تغییر به دست بشر جزیی از روند تکامل جوامع بشری به شمار می‏ رود. در طی دو سه قرن اخیر به طور متوسط هر 40-50 سال یک صنعت و تکنولوژی جدید به جهان عرضه شده است که با تغییر پارادیم، سبب تحول اساسی اقتصادی و افزایش قدرت ملی کشورها گشته است. در هر یک از این دوره­ ها، جوامعی که نتوانستند به تکنولوژی روز دست پیدا کنند، به حکم تاریخ محکوم به تضعیف و عقب ماندگی شدند.

بعد از انقلاب صنعتی، فناوری اطلاعات و ارتباطات در فضای سایبر و اینترنت به عنوان انقلاب سوم در زندگی بشر قلمداد می ‏شود.

در قرن­ های 16 و 17 کشور ما اگرچه با تاخیر توانست خود را با تکنولوژی سلاح ‏های گرم   (به عنوان اولین تکنولوژی مدرن و اثرگذار بر زندگی بشر) تطبیق دهد و کمی دیرتر نسبت به رقیب منطقه­ ای خود (عثمانی) به آن  دست یافت و ناگزیرشکست سختی را در نبرد چالدران متحمل شد، اما بالاخره موفق شد حیات و دوام خود را در محاصرۀ عثمانی و ازبکان و پرتغالی‏ ها حفظ و ترمیم نماید.  با این وجود در دست یابی مناسب به تکنولوژی­ های دیگر چندان موفق نبود.

در حالی که قرن 18 برای اروپا با ماشین بخار به پایان رسید و قرن 19 قرن توسعه سراسری راه ­آهن و صنایع آهن و شیمی و تلگراف برای آنها بود، وضع ایران و حتی عثمانی چندان تفاوتی با گذشته نداشت. از صنایع جدید به جز چاپ سنگی، چند خط راه ­آهن کوتاه، تلگرافی که انگلیس ایجاد کرد و تلاش ­های اندکی که در زمان امیرکبیر برای ساختن صنایع مادر انجام شد، چیز دیگری به ایران نرسید؛ به نحوی که چهره ایران در قرن 18 و قرن 19 تفاوت چندانی با هم نداشت.

عدم دست یابی کشور به دانش آن روز، نقش مهمی در تضعیف ایران و شکست‏ های متعددی در مقابل کشورهای خارجی به دنبال داشت. همین امر سبب شد که در قرن بیستم نهضت تجدد و مدرنیزاسیون در ایران شکل بگیرد، لیکن بازهم توسعه پایدار و متقارن نصیب کشور نشد. هرچند ایران از دهه دوم قرن بیستم به بعد و در فرصت رکود بزرگ اقتصادی جهان در آن زمان، توانست به برخی از تکنولوژی‏ های آن روز از جمله خط تولید و صنایع مونتاژ دست یابد؛ اما به دلیل مدرنیزاسیون نامتقارن و یک جهته و عدم توجه به مسایل جغرافیایی و انسانی، کشور ضعیف ­تر از قبل شد و با حمله متفقین در جنگ دوم جهانی، نظام سیاسی و اقتصادی ایران از هم پاشید. پس از این جنگ نیز وضع چندان متفاوت نشد و به رغم ورود صنایع مونتاژ و برخی از صنایع مادر به ایران، توسعه پایدار در ایران به وجود نیامد.

یکی از علل مهم عدم توسعه ایران،  وابستگی مدرنیزاسیون به غرب بود. کشورهای غربی برای حفظ قدرت و انحصار خود همواره سعی داشتند نظام اقتصادی- صنعتی در ایران را به خود وابسته کنند و از این رو همواره در تلاش بودند، از انتقال فناوری­ های بنیادی پیش رو به ایران جلوگیری کنند. برای مثال در قرن نوزدهم انگلیس و روسیه تزاری مانع ایجاد راه­ آهن در ایران ­شدند و در قرن بیستم از دادن صنعت ذوب آهن به ایران ممانعت ‌کردند. از همین رو صنایع ایران عمدتاً مبتنی بر واردات شکل گرفت و این وابستگی سبب شد که کشورهای دیگر بتوانند از طریق فشارهای اقتصادی، با سو استفاده از عملکرد اقتصادی ایران آن را تضعیف و به عنوان ابزار برای کنترل کشور بهره ببرند.

به همین دلیل ما نیاز به تامین زیرساخت ­های استراتژیک و اساسی با اتکا به توانمندی­ ها و ظرفیت ­های داخلی داریم. البته چنین امری به معنای نیاز نداشتن به واردات و تجارت با کشورهای جهان نیست، بلکه هدف، از بین بردن وابستگی صنعتی به بیگانگان است.

تکنولوژی نیمه هادی                                                              

کلید واژه‏ های صنعت نیمه هادی ، میکروالکترونیک، نانوالکترونیک و مدارهای‏ مجتمع، تقریباً مترادف یکدیگر هستند و به صنعتی اطلاق می‏ شود که توانسته است ابعاد فیزیکی هر واحد قطعه‏ ی مدارهای الکترونیک را با کوچک­ سازی تا حد چند ده نانومتر کاهش دهد. اگر این فناوری نبود ساخت گوشی تلفن همراه در اندازه ه‏ای فعلی میسر نمی گردید و فضایی به اندازه‏ ی یک مترمکعب یا بیشتر را اشغال می‏ نمود. دریک جمله، هنراین صنعت، ساخت و تولید قطعات در ابعاد چند10 نانومتر و تجمیع و اتصال آن‏ها با یکدیگر است.

از حدود دهه 70 میلادی، عصر صنعتی جدیدی ظهور کرده و بر همه جوانب زندگی انسان تاثیر گذاشته است. در این دوره، راهبری اقتصاد و صنعت و … با تکنولوژی الکترونیک و نیمه­ هادی­ ها است.

دانش الکترونیک و نیمه ­هادی­ ها مبتنی بر پژوهش­ های فیزیک مدرن در قرن بیستم بود و پس از پیدایش، توانست به سرعت به پیش روترین صنعت تبدیل شود و جای صنعت اتومبیل و نفت و پتروشیمی (که صنایع پیش رو قبلی بودند) را تصاحب کند.

توسعه این تکنولوژی در ایالات متحده و بخصوص در دره­ ی سلیکون^[1]  ایالت کالیفرنیا صورت پذیرفته است و مطابق قانون مور^[2] هر دو سال تعداد ترانزیستورها در سطح ثابت مدارهای مجتمع، دو برابر شده، به نحوی که از دقت 10 میکرون در سال 1970 به دقت 10 نانومتر در دهه 2010 رسیده است. به این معنا که تعداد ترانزیستورها در واحد سطح، هزار برابر شده، یا به عبارت دیگر، قطعات الکترونیک، هزار برابر کوچک­تر شده است.

اتحاد جماهیر شوروی سابق نیز در آغاز ظهورش، وارد صنعت نیمه هادی شده بود و موفقیت‏ برنامه­ های فضایی شوروی تا حدودی مرهون پیشرفتی بود که در صنایع الکترونیک در دهه 50 و 60 داشت، لیکن به دلایلی موفق به ادامه این روند نشد. از جمله این دلایل می­توان به چند مورد اشاره کرد:

• نظام اقتصادی شوروی متناسب با تجاری­ سازی الکترونیک نبود و عمدتاً برای مصارف نظامی و دولتی مورد توسعه قرار می­ گرفت.
• در شوروی نظام جامعی شامل استاندارد قطعات و تکنولوژی و … تدوین نشده بود.
• به دلیل تاکید رهبران حزب کمونیست بر عقب نماندن از آمریکا، بیشتر تلاش ­ها به مهندسی معکوس قطعات و IC های ساخته شده در ایالات متحده تمرکز یافته بود. لذا خلاقیت و نوآوری، چندان مورد توجه قرار نمی­ گرفت.[1]

ژاپن و آلمان به عنوان غول­ های تکنولوژی عصر قبل از الکترونیک، در ورود به این تکنولوژی  ( صنعت نیمه هادی )چندان موفق نبودند. البته ژاپن توفیق بیشتری داشت و می ­توانست لوازم الکترونیکی خانگی و صنعتی نظیر کنسول­ های بازی، تلویزیون، VHS و … را تولید کند، اما نتوانستند ورود مستقل قدرتمندی به صنعت کامپیوتر داشته باشند. علت این امر را باید در این دانست که اکوسیستم اقتصادی- علمی- صنعتی­ که در آمریکا پدید آمده بود، مشابه خارجی چندانی نداشت و در فضای همین اکوسیستم بود که پیشرفت برق آسای صنعت الکترونیک دیجیتال امکان­ پذیر گردید.

این تکنولوژی ویژگی انحصارآفرین قدرتمندی دارد، به نحوی که در این 40 سال به صورت نمایی (فزاینده) قیمت را کاهش و کیفیت را افزایش داده است و همین امر ورود افراد و   شرکت­ های جدید را دشوار نموده و سبب شده است که نتوانند با اکوسیستم آمریکایی رقابت کنند و این اکوسیستم توانسته در بازار جهانی انحصار سرنوشت­ سازی را به دست آورد.

تلاش دیگر کشورها در سال های اخیر

• فدراسیون روسیه که میراث­ دار اتحاد جماهیر شوروی سابق است، پس از دورۀ زوال خود در دهۀ 1990 با استفاده از تجارب شوروی، دوباره به صنعت الکترونیک ورود نموده و برای مصارف نظامی و دولتی، اقدام به تولید مدارهای مجتمع و قطعات الکترونیکی کرده است.
• هرچند هنوز محصولات روسی تا ورود به بازار تجاری بین ­المللی فاصله دارند، اما توانسته ­اند فاصله تکنولوژیک خود را با دره سیلیکون کاهش دهند و به تکنولوژی مناسب الکترونیکی دست یابند. تکنولوژی مناسبی که نیازهای آنان در بخش­ های نظامی را مستقل از ایالات متحده می­ تواند تامین کند.
• روس ­ها در سال 2018 به تکنولوژی 28 نانومتر دست پیدا کرده ­اند و توانسته­ اند یک ریزپردازنده بومی به نام elbrus تولید کنند. این ریزپردازنده در نسخه­ ای که 2014 ارائه شده بود 64 بیتی بود و 8 هسته داشت و 1.3 گیگاهرتز فرکانس مرکزی داشت. علاوه بر این امکان کار با سیستم عامل لینوکس و رم­ های DDR3 را نیز داشت و قدرت آن معادل 250 Gflops (250میلیارد عملی که در یک ثانیه در پردازنده انجام می­ شود) بود که با قدرت Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2690 v4 @ 60GHz  برابر است.[2]
• شرکت ژاپنی فوجیتسو نیز دست به طراحی و ساخت یک سری ازCPUهای مناسب برای سروِرها و ابرکامپیوترها زده است که نشان از توانایی این شرکت و کشور ژاپن در عرصه­ های نانوالکترونیک دارد. نسخه اخیر این قطعه  SPARC64 XII  نام دارد و با دقت لیتوگرافی 20نانومتر و 12هسته قدرت پردازشی بیش از400 Gflops (400میلیارد عملی که در یک­ ثانیه در پردازنده انجام می­ شود)دارد. همچنین گفتنی است که شرکت ژاپنی توشیبا نیز توانایی ساخت قطعات الکترونیک با دقت 15 نانومتر را دارد.[3]
• کشور چین نیز دست به تولید ریزپردازنده زده و توانسته است پردازنده ­های loongson را حداکثر با دقت 32 نانومتری طراحی کند و به صورت تجاری نیز به فروش برساند(البته قسمت ساخت را یک شرکت­ اروپایی به اسمSTMicroelectronics  انجام می­ دهد). [4] علاوه بر این، شرکت های چینی با همکاری با “دره سیلیکون” توانسته ­اند به جمع تولیدکنندگان بزرگ اقتصاد الکترونیکی وارد شوند (مثلاً نمی­ توان جایگاه Huawei در صنعت موبایل وLenovo   در صنعت کامپیوترهای شخصی و لپ تاپ را نادیده گرفت). ولی این شرکت ­ها تا حدی به ارتباط تنگاتنگ خود با شرکت­ های سیلیکون ولی وابسته ­اند. شرکت­ های بسیاری در چین نیز وجود دارند که در کار تولید و به اصطلاح ریخته‌گری قطعات الکترونیکی هستند و اغلب سفارشات شرکت­ های سیلیکون ولی را انجام می ­دهند. در کل باید گفت که بسیاری از قطعات الکترونیکی جهان در چین ساخته می ­شوند و آینده این صنعت در چین است.
• سازمان فضایی کشور هندوستان نیز توانایی ساخت قطعات الکترونیک با لیتوگرافی 180 نانومتر را دارد.
• در کشورهای ایتالیا، آلمان و فرانسه برخی از شرکت ­ها و کارخانه­ های تولید قطعات الکترونیکی وجود دارند و می ­توان گفت که این کشورها نیز تا حدی به نانوالکترونیک دسترسی دارند، از جمله شرکت bosch و .STMicroelectronics
• در کره جنوبی نیز برخی شرکت­ های چند ملیتی مرتبط با سیلیکون ولی نظیر سامسونگ وجود دارد و به تولید قطعات الکترونیکی می پردازد.[5]
• در کشورهایی نظیر تایوان، ویتنام، مالزی، اندونزی، فلسطین اشغالی و … نیز هرچند تکنولوژی میکروالکترونیک وجود ندارند ولی کارخانه­ های ساخت قطعات الکترونیکی وجود دارد و شرکت­های آمریکایی ژاپنی و … محصولاتشان را در آن کشورها و با بهره ­گیری از نیروی کار ارزان می­ سازند.[5] بخصوص تایوان به علت رابطه سیاسی خاصی که با کشورهایی نظیر ایالات متحده و ژاپن دارد و با وجود جمعیت کم، میزبان بسیاری از کارخانه ­های شرکت ­های چندملیتی است. علت این سرمایه گذاری را باید در وجود قوانین مالیاتی و قوانین کار سخت­گیرانه در کشورهای مبدا دانست و چندان به قابلیت های علمی و اقتصادی کشورهای میزبان ارتباطی ندارد و به جز حقوق و دستمزد و مالیات اندکی که به دولت میزبان و کارگران و پژوهشگران می ­پردازند، چیزی نصیب این کشورها نمی ­شود.
• در بیشتر کشورها، انتقال تکنولوژی خاصی صورت نگرفته است (کشوری مانند کره جنوبی استثنا است) و علیرغم بهبود وضعیت اقتصادی کشورها، آنها را در مقابل ضربه­ ها و بحران­ های اقتصاد جهانی آسیب­ پذیر کرده است. برای مثال در بحران آسیای شرقی در اواخر دهه 90 میلادی بسیاری از این کشورها دچار بحران­ های شدید شدند و در بحران 2008-2009 نیز به شدت آسیب دیدند.

صنعت الکترونیک در ایران ( صنعت نیمه هادی )

در ایران از آغاز دهه 1970 و عصر جدید صنعتی، کم و بیش تلاش ­های پراکنده­ای برای ساخت صنعت الکترونیک بومی انجام شده است. از جمله تاسیس شرکت ­هایی چون مادیران و شهاب در بخش ­های عمومی و شرکت صنایع الکترونیک ایران (صا ایران) در بخش نظامی از این جمله ­اند. این شرکت ­ها با کمک کمپانی‏ های خارجی طیفی از محصولات الکترونیکی را تولید کرده ‏اند که برخی از محصولات آنها مونتاژ بوده و برخی نیز طراحی مدارهایی بوده است که با استفاده از مدارهای مجتمع خارجی ساخته می­ شده­ اند. در کل باید گفت که ایران، تقریباً در بخش تولید مدارهای مجتمع به صورت تجاری توفیقی نداشته است. از این رو لازم است که کشور برای تامین نیازهای نظامی امنیتی و تجاری- صنعتی خود وارد این عرصه شود و تجربه کشور در بخش طراحی نشان می­ دهد که ایران توانایی لازم برای ورود به این عرصه را دارد. برای مثال در سال 2007 در ایران یک پردازنده 32 بیتی طراحی شده است[6]

هم اکنون نیز شرکت‏ هایی در زمینه طراحی سیم‏ کارت‏ ها و کارت‏ های هوشمند در کشور فعال هستند و نیز ممکن است شرکت‏ ها و نهادهایی به این صنعت ورود کرده باشند ولی این صنعت در ایران به دلیل نیاز به سرمایه ‏گذاری نسبتاً زیاد که از توان بخش خصوصی خارج است و زمان بازگشت سرمایه‏ ی نسبتاً طولانی دارد، برای شکل­ گیری سریع، نیازمند عزم ملی و حمایت دولتی است.

ادامه دارد….

References:

[1] Stafeev, V. I. “Initial stages of the development of semiconductor electronics in the Soviet union (60 years from the Invention of the Transistor).” Semiconductors 44.5 (2010): 551-557.

[2] https://wikivisually.com/wiki/Elbrus-8S

[3]https://www.fujitsu.com/jp/documents/products/computing/servers/unix/sparc/events/2017/coolchips20/CoolChips20-rev8.pdf

 [4] https://www.technologyreview.com/s/508761/why-chinas-homemade-microchips-will-struggle-to-displace-western-giants/

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_semiconductor_fabrication_plants

 [6] https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1243960

[1] silicon valley

[2] Moore’s law