2023电子与半导体行业白皮书

西门子数字化工业软件 电子与半导体行业白皮书 内容摘要 西门子数字化工业软件深耕电子与半导体行业数十年，在行业内积累了大量的知识技术和丰富的实践经验。近年来，西门子数字化工业软件持续关注着电子与半导体行业的变革，通过一系列研发投资和战略并购，不断丰富和优化传统电子与半导体行业解决方案。今天，在中国高端电子设备与半导体强国之路面临着众多的机遇与挑战之时，西门子数字化工业软件再次总结行业优秀实践，发布《2023电子与半导体行业白皮书》，助力中国电子与半导体企业构建全面的数字孪生，打造世界一流的企业。 https://www.sw.siemens.com/zh-CN/ 塑造数字化未来 当今世界，精彩纷呈；工业界正在经历着全新一轮的重大转型。创新加速，远超过去；工业“数字化”的未来触手可及。 今天，产品越来越智能与个性化。企业驾驭多层次的复杂性带来的新挑战，物理实体与数字模型日趋融合。这要求我们建立全面的数字孪生以表达和验证无限创意，这是加速产品创新，加速新技术应用的必由途径。数字孪生技术必将引发新一轮生产率和产品性能的革命性提升，并在价值链的每一个环节都将带来新的洞察与改进机遇。革新的价值链和数字化企业，必将颠覆今天的产品、制造、服务运营模式，让数字孪生遇见未来，这一刻指日可待！ 作为工业软件的全球领军企业，2007年西门子明确了“融合物理世界和虚拟世界”战略愿景。通过一系列研发投资和战略并购，具备了支持“从芯片到城市”的、综合性的、高保真的闭环数字孪生技术，帮助客户构建产品数字孪生、生产数字孪生和运营数字孪生模型，并通过智能创新平台Teamcenter®portfolio，高保真仿真平台Simcenter™software、精益运营平台Opcenter™software及工业物联网平台MindSphere®,theindustrialIoTasaservicesolutionfromSiemens和低代码平台MENDIX™platform协同构建的数字主线，实现三大数字孪生的一体化整合。 2019年9月，SiemensDigitalIndustriesSoftware（西门子数字化工业软件）发布了全新的解决方案愿景Xcelerator。新的名称更好地反映了我们在跨多个工业领域的软件产品和服务的广度与深度，同时也表达了我们对现有和即将成为我们客户的承诺，SiemensDigitalIndustriesSoftware将更全面地助力于我们的客户实现数字化转型。 西门子数字化工业软件深耕电子与半导体行业数十年，在行业内积累了大量的知识技术和丰富的实践经验。近年来，SiemensDigitalIndustriesSoftware持续关注着电子与半导体行业的变革，通过一系列研发投资和战略并购，不断丰富和优化传统电子与半导体行业解决方案。今天，在中国高端电子设备与半导体强国之路面临着众多的机遇与挑战之时，西门子数字化工业软件再次总结行业优秀实践，发布《2023电子与半导体行业白皮书》，助力中国电子与半导体企业构建全面的数字孪生，打造世界一流的企业。 目录 行业趋势与洞察4 未来电子产品更加有个人特色4 半导体的数字化转型来了6 数字化的工程师8 一、利用仿真更高效进行创新设计8 二、更紧密的机电协作创造更好的产品11 三、拥抱软件无所不在的世界14 四、打造具有品牌辨识度的好声音16 五、半导体行业的需求、可靠性与功能安全性20 六、先进封装设计与制造规划22 七、汽车电子的小心脏－半导体27 数字化的产品管理30 八、芯片的全生命周期管理30 九、从产品规划到项目运营32 十、产品质量是如何设计出来的36 十一、优化半导体和电子产业供应链40 数字化造就智能制造42 十二、电子装配一条龙42 十三、虚拟验证加速爬坡，提高产能动态优化46 十四、面向未来的半导体数字化制造51 十五、国产半导体设备制造性能迈向下一台阶55 十六、AI通过工业物联网成就智造58 行业趋势与洞察 未来电子产品更加有个人特色 电子行业面临的市场变化与趋势 电子行业在过去几十年持续增长，并不定期发生深刻的变化，而将这过程可以分为三阶段： 一开始是计算阶段，它从大型机开始，随着个人计算机的出现而达到顶峰。这个阶段的电子产品，基本都是围绕着计算机与相应的功能单一的电子设备而发展。 下一个阶段是我们所说的互联时代，它催生了智能手机的增长。由于互联网与移动互联网相互接棒，而形成丰富的联网设备，而智能手机的出现，将互联设备的集成度与各种扩展性提升到一个新高度。 现在我们正在进入数字阶段。 根据埃森哲首席执行官的说法，数字化是自2000年 以来财富500强公司中超过一半的公司消失的主要原 因。与许多在计算和互联时代也失败的公司所发生的事情没有什么不同。您可以看到的其他的一些趋势，如，产品生命周期缩短、生产与销售的地理位置的变化，都是数字化面对的课题。 因此，下一阶段——数字化阶段——既代表着巨大的机遇，也代表着巨大的挑战。电子产品的这种增长导致了这个数字时代的一些趋势： 电子产品已经变得个人化，促使公司需要转变思路，弄清楚他们如何行动，并且从中发现更多的商机以及创造更有竞争力的产品 生产模式从单个零件号和批量生产到灵活、定制的产品，并小批量生产甚至小数量的生产，同时还必须保证生产精益与运营的效率。 在这些趋势的压力下，我们与许多来自世界各个顶尖公司的CXO和高级管理人员，讨论行业趋势的影响及他们所代表的机遇和挑战。在这些讨论中，有一些关键主题是经常谈论到： 无论是将现有产品引入新地区，还是将新产品带入现有地区，每位高管都表示，上市时间是让他们夜不能寐的首要困扰之一。在许多公司，产品生命周期虽然可能持续3-5年，但生命周期利润的很大一部分通常来自前几个季度，甚至几个月。 在新兴技术方面，电子行业可以说是激发创新活力的行业之一。作为目前最重要的创新应用方向，以智能化与互联化为例，一个完整的生态系统，从网络基础设施公司到智能手机与应用提供商，用户希望使用更高速的连接来提高通信性能，更快的GPU来满足视觉响应与智能化的算力。但这并不容易，需要面临各种技术挑战。例 如，如何将更多的电子功能集成到更小的机械外壳中，以及如何应对新的更大带宽和避免更加烫手的设备，以及重大的设计和测试挑战。 电子产品正在更深层的进入从汽车到家用电器再到城市生活的方方面面，变成各类产品中一个极其重要的组成部分。而且它更多地受到消费者的驱动。一家高端家电制造商，谈到将电子产品嵌入到他们的电器中并使它们变得 智能和互联，这对于他们保持其优质品牌地位和更好的平均售价至关重要。这是由消费者希望能够用电器做什么的期望所驱动的，例如智能控制、电器交互，远程可编程性 /可更新。该公司看到了一个机 会，希望改变更新周期，以便人们开始购买新功能的新电器，而不仅 仅是等待机器坏掉时。而这也是汽车电子与汽车制造商正在努力做的事情。 在个性化产品大行其道之下，随着全球化的不断深入，电子行业供应链的重构也在不断进行。这使得电子产品的生产和分销过程变得更加复杂和全球化，需要更好地管理供应链风险和可持续性问题。在这个过程中，电子产品的设计和生产需要考虑到环境影响和资源利用效率，如可持续材料、节能技术等，只有紧跟市场步伐和技术发展，不断创新和升级产品，并更加高效的运营，才能在激烈的市场竞争中取得成功。 最后，成功或失败实际上仍取决于客户体验。随着人们越来越多地在旅途中，他们希望能够随身携带电子产品，并且能够越来越多地使用他们的设备，从而推动具有更多特性和功能的小型产品与综合性产品。并且似乎我们已经习惯于从几年丢弃一些损坏的电子产品，变为每年都在清理，以丢弃一组不再使用或仅用过一两次的电子产品。 通过数字化转型来迎接挑战 我们的客户清楚地看到数字化转型的必要性，以便在行业中生存并最终蓬勃发展。但不幸的是，虽然很多公司都看到了这种需求，但并非所有公司都以正确的方式去做。有一些公司已经出现了一些非常公开的数字化转型失败。如果你深入研究细节，你会看到两个经验教训案例： 首先，你需要强大的，自上而下的组织支持，从高管到普通员工。每个层级的员工在数字化转型中都承担各自不同的使命与任务，而不仅仅只是把数字化视为一项被安排需要完成的工作而已。 其次，您需要整个组织不同角色与岗位的参与，特别是来自设计、制造和销售等运营团队的参与。这些不同角色的人员参与能将企业内部数字化转型的内涵更加沉淀与丰富，而不仅仅只是一个使命，甚至数字化转型不能简单地成为IT驱动的活动。 我们将从以下几个方面，通过不同的维度来阐述数字化转型的方方面面： 数字化的工程师应该具有哪些融合能力 数字化的工程师是数字化转型的重要角色，他们能够应用现代科技，将传统产品转换为数字化产品，并开发新的数字化产品。数字化的工程师通常需要掌握软件开发和硬件设计技能，以及人工智能、机器学习、大数据等技术。数字化的工程师能够将数字化技术应用到产品开发中，提高产品的质量和效率，同时减少生产成本和周期。 数字化的产品管理如何更细致又高效高质的驱动产品项目活动 数字化的产品管理是数字化转型的另一个重要角色。数字化的产品管理需要掌握产品设计、产品营销、产品开发等技能，能够将数字化技术应用到产品生命周期的各个环节中。数字化的产品管理需要能够应对快速变化的市场需求，能够开发出更具竞争力的数字化产品，从而提高企业的市场占有率。 数字化如何成就智能制造，让制造更精益更柔性 数字化成就智能制造是数字化转型的另一个重要部分。数字化成就智能制造需要将数字化技术应用到生产和制造过程中，能够将传统的生产流程数字化，并应用物联网、云计算等技术，从而实现智能制造。数字化成就智能制造能够提高生产效率，降低成本，并实现生产流程的可视化、可控制化，从而提高产品的质量和一致性。 总之，数字化转型正在成为企业转型的重要趋势，电子产品行业也不例外。未来，数字化的工程师、数字化的产品管理、数字化成就智能制造将成为数字化转型的重要角色，能够推动电子产品的个性化和智能化发展，满足消费者多样化的需求和偏好。只有不断推进数字化转型，企业才能在竞争激烈的市场中立于不败之地。 半导体的数字化转型来了 半导体行业面临的市场与挑战 从德国提出工业4.0开始，各行各业的专家们开始摸索及讨论何谓CPS、CPPS，以及如何运用自动化、IoT工业物联网、大数据分析…等来让企业自身能达到工业4.0的境界。随着这几年来各个学者专家的研究及推导，也逐渐的认清数字化转型与数字化企业才是目前企业内部所急需要达成的战略方向，也是达成工业4.0所必要的基础。而世界级先进的半导体公司藉由巨大资本支出、大量研发人员的投入与现场自动化及自身管理系统的开发，早已领先一般制造业而打造出堪称超越工业4.0的企业环境了。 然而，随着当前消费市场的发展，原先以PC/服务器为主的时代已经过去，随之而来的是转变成为5G、AIoT、智慧手机、智能设备、自动驾 驶、AR/VR、元宇宙与AIGC的时代，对IC芯片的功能要求与需求数量都呈现倍数的成长；所以半导体的上、中、下游除了必需挑战摩尔定律的物理极限并投入后摩尔定律发展，另一个挑战则是需要重新审视企业内部延用多年的研发工具、管理系统与业务流程，能否协助企业能更快的设计、制造出更小更节能更多功能的IC芯片，并支撑与管理新世代IC与衍生出来数倍或数十倍的数据量与复杂的关连关系。也唯有如此，才能不被市 场所淘汰。 半导体行业内管理现况 从上游的芯片设计开始，不论是前端的逻辑设计(诸如规格制定、详细设计、仿真验证、StaticTimingAnalysis （STA）、网表验证等)或后端的物理设计（包含Place&Route、信号参数分 析、物理版图GDSII验证等），目前多数公司的设计工具仍是独立的操作及手动/半自动的交互协作，并利用自行开发的管理系统/Excel/Word…等进行版本/版次/关联关系的记录与跟踪，有些大型项目开发时，更是需要许多小组平行合