Кризис или развитие микроэлектроники? - Инновации и развитие Петербурга

Цитата дня: Конечно, традиционные правила мировой торговли имеют к e-commerce слабое отношение. Представим, лет через 15 мы с вами решили купить кроссовки. Как это будет происходить? Покупаем приложение, закачиваем ее в свой 3D-принтер, который стоит где-нибудь на балконе, заливаем туда кашу и идем спать. Утром просыпаемся — кроссовки готовы!
Андрей Слепнев

Кризис или развитие микроэлектроники?

23.06.2022 в 09:46 | время чтения: 8 мин.

На сегодняшний день микроэлектроника используется абсолютно во всех сферах жизнедеятельности. Сложно представить современный мир без полупроводников. Это уже кажется фантастикой. Если представить, что одномоментно исчезнет микроэлектроника, то мы окажемся в каменном веке.

Потребность в разработке микроэлектроники появилась в начале 50-х годов прошлого века, когда производителями электроники все более и более совершенствовали свою продукцию и требования к ней. Формально первая микросхема появилась в 1958 году в США. Это была интегральная микросхема автором которой стал Джеком Килби. В 1960-х годах компании Texas Instruments и Westinghouse уже освоили производство интегральных операционных усилителей. С тех пор микроэлектроника стала развиваться с поразительной скоростью. На сегодняшний день количество транзисторов, составляющих микросхему, достигло одного миллиарда. С 1960-го года до сегодняшнего времени размер кремнёвой подложки увеличился с 75 мм до 300 мм быстродействие схем увеличилось на четыре порядка, а энергопотребление на одно переключение одного логического элемента снизилось более чем в миллион раз.

Не отставал от запада и СССР в разработке своей микроэлектроники. Так в 2000 году Жорес Алфёров, который совместно с Гербертом Крёмером и Джеком Килби за разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстродействующих опто — и микроэлектронных компонентов был удостоен Нобелевской премии.

Несомненно, что после экономических преобразований конца прошлого века наша страна безнадежно отстала от запада и очень сильно зависит от зарубежных поставщиков. В декабре 2019 года вице-премьер правительства РФ Юрий Борисов заявил, что в России отсутствует собственная промышленная база для серийного производства микроэлектроники.

Помимо отсутствия в России собственного производства проблему усугубил кризис 2020 года. В результате мировой пандемии коронавируса спрос на полупроводники превысил возможности мировой промышленности на 30%. Помимо этого, из-за природных катаклизмов в Тайване и Техасе значительно упала производительность полупроводниковых заводов. На сегодня большая четверка производителей выглядит следующим образом: Китай, Япония, Южная Корея и Тайвань. Азиатско-Тихоокеанский регион также является крупнейшим в мире рынком сбыта микроэлектроники — 60 % мировых продаж полупроводников, из них Китай — более 30 %.

Дефицит производства микросхем вызвал сильный спад производства мобильных телефонов и автомобилей, компьютеров и игровых консолей.  Крупнейшие производители автомобилей сократили производство на 30-60%. Компании Sony PlayStation Xbox до сих пор не могут выйти на докризисный уровень производства.

На конец 2021 года объем рынка полупроводниковых приборов составил 555 млрд долл., что на 26,2 % выше 2020 года. Рынок потребительской электроники составил 1 трлн. долл.

Сейчас лидером по производству микросхем является Тайваньская компания Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), которая полностью отказалась от собственных разработок и работает исключительно над заказами сторонних компаний. Клиентами компании являются такие гиганты как Apple, Google, NVIDIA, Tesla, Amazon, которые разрабатывают собственные микросхемы и производят их на TSMC. Тайваню на начало 2022 года принадлежит пятая часть мирового производства микросхем. От их производства зависят абсолютно все страны, включая Китай. На этом успешно спекулирует правительство Тайваня обеспечивая себе защиту от территориальных притязаний соседа.

Современное производство микроэлектроники очень сильно глаболизовано. В производство микросхем вовлечено множество мировых компаний. Одни производят комплектующие части, так называемые блоки, которые используются в производстве чипов: IP-блоки (от англ. intellectual property, «интеллектуальная собственность»). Самая известная компания выпускающая IP — это британская ARM. Их ядра используют 99% производителей смартфонов. Автоматизацию процесса сборки чипов обеспечивает исключительно американское программное обеспечение. Монополия в литографии, как одного из главных процессов производства, принадлежит голландской компании ASML. Помимо литографии в процессе производства используется травление, имплантация, напыления и другие сложнейшие операции участников и поставщиков, участвующих в технологическом процессе можно пересчитать по пальцам. Это американские и японские компании. Помимо основных участников процесса есть и косвенные. Так, например, части оптических систем для компании ASML поставляют немцы Carl Zeiss, источники излучения — американская Cymer.

В 2018 году на фоне обострения торговых отношений Китая и США в мире заговорили о деглобализации рынка микроэлектроники. Из-за сильной зависимости производства от Тайваня у которого также имеются геополитические споры с Китаем правительство США выделило 52 млрд. долл. на развитие собственного производства. Планируется, что на территории США появятся заводы TSMC и Samsung. Евросоюз в свою очередь примерно за те же деньки планирует в Магдебурге силами компании Intel создать собственное производство. Так же по этому пути пошла и Япония. На первоначальном этапе речь идет только о финальной стадии производства. О полной локализации пока речи нет.

Исключением в вопросе деглобализации является Китай, который уже много лет работает над полной локализацией всего процесса. Китай планирует в скором времени полное импортозамещение, включая необходимое для производства машиностроение и программное обеспечение. Несмотря на усилия Китая, не все пока удается локализовать. Например, TSMC уже выпускает микросхемы с нормой 4 нанометров (нм), в то время как Китай только 14нм, причём используя литограф от голландской ASML. На собственном же литографе пока удается только дойти до 28нм. Этот пример показывает на сколько сложно осуществить локализацию даже для самой большой экономики мира.

Россия не меньше Китая и США нуждается в импортозамещении микроэлектроники. Особенно в свете последних событий. Первая программа по возрождению производства микрочипов в России была принята в 2007 году и была рассчитана до 2025 года.  Однако она с треском провалилась, как в техническом плане, так и в коммерческом. В январе 2020 года правительство РФ утвердило «Стратегию развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года». В соответствии с программой планируется, что к 2030 году объем производства полупроводников составит 5,2 трлн. руб., а доля гражданской электроники достигнет 87,9% в общем объеме производства, в том числе 59,1 для внутреннего рынка. Планируемый экспорт к концу реализации программы составит 12 020 млн. долл.

Пока что разговоры о развитии российской микроэлектроники не идут дальше приобретения отдельных иностранных проектов и заводов. Большинство проектов, которые планируется развивать не рассчитаны на открытый рынок, а в основном ориентированы на госструктуры. Примером являются процессоры «Эльбрус» и «Байкал». Стоит отметить, что Компания «Байкал Электроникс» может остановить производство из-за отказа тайваньской TSMC заключать новые контракты на поставку микросхем, на базе которых и строятся процессоры Baikal-S. Информацию об отказе тайваньской компании разместил 16 июня ресурс Фонтанка. Также в Россию прекратились поставки процессоров для компьютеров и ноутбуков
Baikal-M.

Эксперты называют причиной отсутствия частной микроэлектроники в России – низкую инвестиционную привлекательность. Очень высокий порог для входа, даже для небольших проектов, а срок реализации и выход на окупаемость не менее 7 лет. Этот процесс пока доступен только госзаказам, при возможности государственного финансирования и наличия административного ресурса. Еще отсутствием каких-то успехов в этой сфере эксперты связывают с недофинансированием. Для примера годовые инвестиции компании Intel в разработку продуктов составляют 15 млрд долл. В соответствии с принятой стратегией инвестиции в России составят 1,2 млрд долл. в год.

На сегодняшний день за счет хорошей инженерной школы в нашей стране есть разработчики микросхем по мировым проектным нормам до 5 нм, но они на 100% вовлечены в мировую экосистему:

  • Закупка IP-блоков – Великобритания;
  • Литография – Голландия;
  • Программное обеспечение – США;
  • Производство –Тайвань.

Все разработки и проектирование, которое ведется на сегодняшний день это лишь узконаправленные проекты, как правило, для оборонки. О создании широкой линейки потребительских микросхем речи даже не идет. Так же на сегодня полностью отсутствуют отечественные программируемые микросхемы.

Что же касается полностью разработанных и доступных для массового производства на территории нашей страны чипах, то это микросхемы с нормой 180 нм, и 90 нм аналог импортных микросхем 20летней давности. Одним из применений таких микросхем является электронный билет для метрополитена.

Сегодня из-за санкций многие крупные поставщики и разработчик микроэлектроники ушли из России. Об уходе из России объявили Intel, AMD, NVIDIA, крупнейший поставщик промышленных чипов Infineon.

Можно конечно надеется на сотрудничество с Китаем, но они так же все еще зависимы от американских технологий поэтому, будут вынуждены соблюдать санкции. Кроме того, стоит отметить, что партнерство с Россией для Китая не выгодно, все китайские производители ориентированы на западный рынок. Доля России в мировом рынке готовой радиоэлектроники – 1-2%, а на рынке микросхем -0,1-0,2 %. Из-за очень незначительной доли российского рынка уход с него для производителей будет практически безболезненным.

Стоит отметить, что завод «Микрон», основной российский производитель микросхем находится под санкциями с 2014 года. С 2014 года существенная часть импортных материалов и сырья так и не была локализована. Не получилось также заменить материалы на китайские. Производство «Микрон» более чем в два раза меньше потребности российского рынка и требует расширения, однако наложенные санкции и полное отсутствие импортозамещения ставит вопрос о дальнейшей деятельности.

Министр цифрового развития, связи и массовых коммуникаций России Максут Шадаев в рамках Петербургского международного экономического форума объявил о переносе выдачи цифровых паспортов на более поздний срок сообщил ресурс «РИА Новости». «Мы пока отложили этот вопрос в связи с тем, что сейчас есть более серьезные насущные проблемы», — сказал Шадаев. Однако пересмотр сроков можно также увязать с отсутствием необходимых для цифровых паспортов микросхем.

Обойти санкционные потери возможно при помощи частичной вовлеченности некоторых российских компаний в мировую экосистему производства микроэлектроники. Но таких компаний единицы. Так, например, компания
«ЭуФ Лабс» совместно с ASML занята производством деталей к литографам. Предприятие «Монокристал» занимает почти 50% мирового рынка сапфировых подложек для светодиодов. Помимо этого, России принадлежит 70% мирового экспорта неона, который активно применяется как расходный материал для литографов. Что касается неона, то для литографов он проходил очистку на предприятиях на Украине, расположенных около Одессы и в Мариуполе. Ввиду последних событий очистку неон больше проходить не будет или будет это делать, но уже не под украинской юрисдикцией.

Доля импортозамещения микроэлектроники в России очень низкая. Эксперты уверяют, что имеющейся объемы российского производства на «Микроне» должны полностью обеспечить оборонно-промышленный комплекс микросхемами. Имеющиеся микросхемы с нормой 90 нм хоть и отстали от западных аналогов на 20 лет, но полностью перекроют потребность высокотехнологичного вооружения. А в связи с тем, что в отношении нашей страны ввели беспрецедентные санкции, появляется уверенность, что при поддержке государства наша страна сможет пойти по пути Китая и через несколько лет полностью локализовать производство не только оборонных микросхем, но и полупроводников массового сегмента на территории нашей страны. Опыт производства полного цикла и все необходимы материалы у нас есть.

ОСМ

Поделиться с друзьями