По нынешним меркам совсем недавно — лишь в конце 2020 года — мы впервые узнали, что такое «полупроводниковый кризис». Как мир отнесся к нему и какая ситуация с микрочипами в России?
Переориентация на гаджеты
Последовательность событий была следующая. В начале 2020 года планета ощутила, что такое пандемия. Где-то ограниченная изоляция населения, а где-то и жесткий карантин привели к тому, что у автопроизводителей серьезно упали продажи. Их не спасло ни игнорирование карантина отдельными странами, ни попытки удаленных продаж, то есть без контакта с салоном/менеджером, а с помощью интернет-заказов. И поскольку никто не знал, когда закончится ковид, автокомпании начали сокращать производственные планы и отменять закупки компонентов.
Какие-нибудь комплектующие двигателей или подвесок, разумеется, ориентируются на конкретные марки/модели. И даже такой универсальный продукт, как шины, относится только к автомобильному сектору.
Однако, как оказалось, в автомобиле есть составляющие, задействованные в других сферах либо отнимающие производственные мощности у компаний, никак не связанных с автомобилестроением. Ими, как вы понимаете, оказались микросхемы (интегральные схемы), или микрочипы, или в простонародье полупроводники.
Как говорилось выше, быстро выяснилось, что человек на карантине мало интересуется покупкой автомобиля. Зато работает удаленно и развлекается виртуально, используя компьютеры, телефоны и разные гаджеты. Соответственно, у производителей различных приставок, смартфонов, видеокарт и т. д. выросла потребность в этих самых микрочипах. А где их брать, если производители полупроводников, как и все в мире, не были готовы к возникшей ситуации? Только «отжимать» у других заказчиков/потребителей, в том числе у автопроизводителей. Тем более что те сами, прогнозируя дальнейшее падение продаж, начали сокращать объемы закупок. Ближе к концу 2021 года, когда спрос на автомобили оживился, выяснилось, что мощности по выпуску чипов загружены — место автокомпаний заняли производители разнообразной электроники. Поэтому даже на нашем рынке мы ощущали нехватку автомобилей и все то, что обычно с этим связано — увеличившиеся сроки доставки и рост цен, который шел по направлению навязывания дополнительного оборудования. Или переплачивай и бери, или все равно продадим другому.
Усугубило тогда ситуацию еще и то, что в конце 2020-го и начале 2021 года по предприятиям, выпускающим микросхемы, прокатилась волна пожаров. А Тайвань в 2021-м переживал сильную засуху, которая не могла не сказаться на эффективности расположенных здесь заводов — в производстве процессоров используется очень много воды.
Все это создало перекос полупроводников не только на рынках гаджетов/компьютеров и автомобилей, но и среди марок, причем по национальному признаку.
Исконно российские производители тоже испытали определенные трудности. Мы помним, что Лады одно время продавались без ABS, ESP, подушек безопасности, ЭРА-ГЛОНАСС, без одного или даже двух лямбда-зондов и с блоком управления попроще. А УАЗы лишались электронного управления раздаточной коробкой и оснащались двигателями с пониженным экологическим классом. Однако по другим причинам. В пандемию российским автопроизводителям с их сравнительно небольшими объемами, видимо, вполне хватало электронных комплектующих. Но санкции на какое-то время отсекли их от страны. Между тем быстро производство полупроводников не организуется. Для того, чтобы это сделать, нужно соблюсти ряд условий, которые в нынешней ситуации можно обойти лишь многомиллиардными вливаниями из госбюджета. И все равно вероятность того, что производство даст качественный и массовый продукт, невысока.
С перекосом на Азию
Микросхема простым языком — это объединение множества электронных компонентов на полупроводниковой подложке. Считается, что далеким ее прообразом послужила немецкая вакуумная лампа Loewe для радиоприемников, в которой на одной основе и под общим стеклянным колпаком были соединены несколько вакуумных трубок, конденсаторов и резисторов.
Это случилось еще в 20-х годах прошлого века. А в конце 40-х и начале 50-х инженеры Германии и Англии выдвигали идеи соединения элементов уже на подложке, выполненной из полупроводника. В конце 50-х появились первые рабочие микросхемы. В начале следующего десятилетия на Западе освоили их серийный выпуск. В СССР, кстати, это произошло лишь чуть позже — во второй половине 60-х.
С тех пор начался неуклонный процесс уменьшения компонентов и увеличения их количества на квадратный сантиметр платы. Размер получил сначала обозначение в цифрах и микронах (20 мкм, 10 мкм и т. д. вплоть до 0,5 мкм). Потом — в цифрах и нанометрах (350 нм, 250 нм и так вплоть до 1,4 нм). Это размер (правильно называется техпроцесс), соответствующий полушагу линий металла на подложке и их ширине.
Процесс изготовления долог и сложен. Для начала нужно вырастить кристалл весом в несколько десятков кг и до центнера. Затем распилить его на тончайшие пластины (сейчас в ходу диаметром 200 и 300 мм). На следующем этапе эти пластины подвергаются механической и химической обработке — травлению жидкостями или газами. Таким образом происходит их очищение, полировка и получение необходимого рельефа с бороздками разной высоты. Потом производится наращивание слоя полупроводника на подложку, создание изолирующих и токопроводящих зон. И все это послойно, с промежуточной термической обработкой (запеканием) и полировкой. Таких слоев в зависимости от предназначения чипа может быть и более десяти, и более ста.
Еще неразрезанная пластина тестируется и только после этого разделяется на отдельные микросхемы. В общей сложности весь процесс занимает порядка трех месяцев. Как минимум ряд операций должен вестись в стерильных условиях и при широком использовании различной химии.
Но это лишь верхушка айсберга, конечный результат всей производственной цепочки. Между тем полупроводниковая индустрия имеет гораздо более сложную структуру, чем в среде выпуска, скажем, каких-то традиционных автокомпонентов — поршней, рычагов подвески, фильтров, колодок. Так, существуют компании, состоящие из команд, занимающихся разработкой IP-ядер — основы для дальнейшего проектирования микросхем. Другие фирмы приобретают лицензию на них и разрабатывают на их базе готовые микросхемы. Они могут иметь свои производственные мощности и выпускать чипы на них, иногда размещая заказ на стороне. Либо вообще не иметь собственных фабрик, всегда обращаясь на сторону. Затем или использовать в своих целях, или продавать всем желающим.
Помимо непосредственно разработчиков и производителей полупроводников в этой индустрии задействованы заводы, выпускающие материалы и химикаты. И самое главное — те предприятия, которые занимаются производством оборудования для выпуска пластин и чипов. Считается, что на данный момент это наиболее сложное и дорогостоящее оборудование, работающее с материалами на атомном уровне (ширина дорожки в 1,4 нм соответствует менее шести атомам кремния). По максимуму какая-нибудь литографическая машина способна стоить до $150 000 000.
Общие же вложения в фабрику по производству микросхем могут достигать и $10, и $20 миллиардов и более. При этом нужно соблюсти еще два условия. Подобные предприятия очень емкие по потреблению электроэнергии и воды.
Именно поэтому с развитием таких фабрик в Азии Европа и США начали сворачивать производства на своей территории. В Азии и источники воды часто ближе, и энергия дешевле. Тем более что получение того и другого с точки зрения экологии не вызывает там вопросов у общественности. Даром что энергетика азиатских государств сильно привязана к углеводородам и углю. Вот так выглядит распределение объемов производства микросхем по миру и между компаниями.
Тем не менее фирмы-разработчики, такие как Apple, Amazon, AMD, ARM, Nvidia, Qualcomm и т. д. — это все-таки организации из Америки и Старого Света. Иными словами, мозги до сих пор на Западе, а производства — на Востоке. Не зря одним из этапов торговой войны между США и Китаем стало то, что осенью 2020 года Дональд Трамп запретил компаниям Поднебесной использовать американские технологии в производстве полупроводников. Конечно, «запрет» в отношении китайцев — вещь довольно условная. Однако следующими ограничениями запрещалось экспортировать в Китай ряд высокотехнологичных продуктов, включая «железо» и программное обеспечение. Тогда от этого пострадали в том числе и американские компании. В частности, AMD и Nvidia, потерявшие в прибыли и стоимости акций. Так совпало, что весной 2021-го на Тайване разразилась сильнейшая засуха, и у крупнейшего в мире производителя чипов Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) — поставщика Apple, Intel, Nvidia — были ощутимые проблемы с производством.
Результатом стало то, что китайские автокомпании загодя закупились полупроводниками и в период кризиса нарастили выпуск автомобилей. Но и власти с фирмами США и Европы пришли к выводу, что полностью полагаться на азиатских поставщиков отныне нельзя. Так, в августе 2022 года Джо Байден подписал закон, в рамках которого планируется выделить что-то в районе $53 млрд на развитие местного производства микросхем. Intel инвестирует $33 млрд в строительство завода в Германии и в расширение производства в Ирландии. Общий объем вложений Intel в эту область в Евросоюзе в ближайшее десятилетие достигнет $80 млрд. Bosch совместно с TSMC, немецкой компанией Infineon Technologies, голландской NXP Semiconductors и правительством Германии планируют строить фабрику, в которую вложат $15 млрд. А Илон Маск еще в 2020 году организовал свое объединение, занимающееся разработкой и производством чипов. Так что «азиатская промплощадка» в обозримом будущем вполне может поделиться объемами. И ничего, что нынешних условиях в той же Европе электроэнергия дорога и потенциально можно обратить на себя внимание экоактивистов. Главное, что пропадет зависимость от предприятий в другой части земного шара (в том числе политическая — вспомним напряженность между Китаем и Тайванем), и производство будет размещено поблизости от заказчиков.
Натуральное хозяйство? Не выйдет!
Получается, можно вот так, с нуля, влупить миллиарды долларов и получить работоспособное производство? Вот и известное в Сети комьюнити, озабоченное тем, что в стране отсутствует индустрия по выпуску полупроводников, призывает скинуться и построить завод «больше, чем у американцев».
А еще в начале 2020 года правительство РФ разработало стратегию развития микроэлектроники до 2030 года. По ней предлагается увеличение мощности, освоение производств современных микрочипов, создание отрасли электронного машиностроения и отказ от иностранных архитектур при проектировании электроники. Сообщалось, что этот профильный нацпроект обойдется в 3,2 трлн рублей (около 100 млрд по тому курсу и порядка 35 млрд — по нынешнему).
Тут надо понимать, что приведенные ранее примеры касаются зарубежных компаний, которые уже вели подобную деятельность. Та же тайваньская TSMC была организована еще в 1987 году и сразу занималась получением полупроводников.
Права на всю интеллектуальную собственность находятся на Западе. Выпуск оборудования — там же, а еще в Японии. Был опыт, когда нидерландская компания Mapper Lithography совместно с Роснано пыталась организовать в России выпуск электронно-оптических систем для литографов. История начиналась в 2012 году, а в 2018-м Mapper Lithography признали банкротом. После него осталось ООО «Маппер», которое занимается выпуском микроэлектромеханических систем (по техпроцессу до 300 нм), но на иностранном оборудовании. При этом создать его с нуля и в кратчайшие сроки (несколько лет), не имея никаких компетенций, невозможно. Зарубежные фирмы нарабатывали свой опыт десятилетиями.
Материалы (скажем, тот же кремний) и химикаты (например, фоторезист) бывают отечественного происхождения. Но их качество вызывает вопросы.
Как отмечают специалисты в этой области, есть проблемы и с персоналом — управленческим, инженерным. Ему, если он российский, необходимо перенимать зарубежный опыт, а с этим сейчас, наверное, никак. Другой вариант — приглашение профессионалов из-за рубежа, россиян или иностранцев. Как вы думаете, в свете последних событий такое возможно в сколько-нибудь промышленных масштабах? Наконец, как и для всякой индустрии, для полупроводниковой нужен рынок сбыта. А где его взять в РФ, если объемы производства автомобилей не исчисляются миллионами; гаджетов, телефонов, компьютеров и прочих массовых носителей микросхем страна вообще не выпускает?
И все-таки кое-какие производства в РФ существует. Например, зеленоградская компания «Микрон» якобы выпускает микросхемы по техпроцессу от 250 до 90 нм и штучно — 65 нм. 130-90-нанометровые чипы производила фирма «Ангстрем-Т» из того же Зеленограда. Она обанкротилась и через компанию «НМ-Тех» была выкуплена «Внешэкономбанком». Осенью 2022 года ВЭБ одобрил «Микрону» кредит в 7 млрд рублей. И тогда же «Микрон» с «НМ-Тех» заключили соглашение о выпуске чипов для банковских карт и различных биометрических документов. По первым обещается закрыть потребность российского рынка к 2025 году. Вместе с тем есть примеры, когда организация заканчивала свою деятельность. Так произошло с компанией «Крокус наноэлектроника», которая не смогла справиться с запуском перспективного производства и, попав под санкции, лишилась зарубежных компонентов. Прекратился выпуск процессоров «Байкал» и «Эльбрус», брендов московских АО МЦСТ и «Байкал Электроникс». Правда, в этом случае вообще все просто — эти продукты для российских фирм производила TSMC, которая еще в феврале 2022-го присоединилась к санкциям.
В то же время сообщалось, что если «Микрон» и «НМ-Тех» не справятся с заданием, их подстрахуют китайские производители. Да и техпроцесс 65 нм, который массово еще не освоен, это технология 2004 года. Нужно также понимать, что применение нового техпроцесса — это всегда высокая доля брака на начальном этапе производства. Вот как «не получившиеся» чипы графически выглядят на кремниевой пластине. При этом какое-то количество бракованных микросхем на пластинах имеется даже у серьезных производителей.
А как отсутствие отечественных чипов заметно на бытовом уровне, в частности, автомобильном? Представьте себе, еще до всех санкций и пандемии ни автопроизводители, ни мастерские, занимающиеся ремонтом/настройкой блоков управления, не делали на них ставку. Брали зарубежные комплектующие. Можно даже вывести некий коллективный ответ от специалистов, работающих с «мозгами» — «никогда российских чипов в ЭБУ не встречал». Речь в том числе о считающихся исконно отечественными блоках «Январь» и «Микас».
Александр Мясников, генеральный директор ООО «Дефриз Моторспорт»:
— Насколько я знаю, российские блоки управления «Январь» и «Микас» для ВАЗов, УАЗов и ГАЗелей имеют комплектующие от Infineon, Bosch и т. д. В общем, «санкционку». И схемы их устройства схожи с ЭБУ Bosch.
Мы в своей практике ни разу не встречали микросхемы отечественного производства. Поскольку в работе всегда нуждались в чипах, для себя всегда покупали либо европейских брендов (STMicroelectronics, Freescale/NXP Semiconductors, Atmel/Microchip, Infineon), либо китайских (ESP). Глобально ничего на данный момент не изменилось. Были проблемы с поставками. Например, FedEx из Китая доставлял нам партию чипов — через Европу. И когда началось все это, а груз был во Франции, нам его «завернули». Он отправился обратно в Китай, после чего напрямую пришел в РФ. На все потребовалась пара месяцев. Был рост цен. Так, на одну очень нужную нам позицию стоимость где-то за год поднималась порядка десяти раз. В итоге мы от нее отказались. Выбрали другую микросхему и адаптировали блок управления под нее. А наш бывший поставщик, потеряв клиента, вдруг сбросил цену. Так что в дефиците полупроводников была и искусственная составляющая. С тех пор мы сделали запас комплектующих и сейчас никаких проблем не испытываем. Какие-то позиции действительно недоступны. Однако многое по-прежнему можно заказать из Европы через третьи страны. Или подобрать китайский аналог достойного качества.
В современном автомобиле масса блоков управления, но большинство (ЭБУ двигателя, коробки, подушек безопасности и т. д.) имеют микросхемы, созданные по старым техпроцессам — от 300 до 110 нм. А вот автомобильная мультимедиа последних поколений управляется чипами, как в компьютерных видеокартах — до 40 нм.
Вдобавок скажем, что Минпромторг собирается стимулировать выпуск автомобильной микроэлектроники. Как мы знаем, фирма «ИТЭЛМА» уже производит блоки ABS, заявляя, что электронные компоненты в них отечественного происхождения. В то же время АВТОВАЗ и УАЗ сообщали как минимум о намерении использовать китайские ABS. С другой стороны, понятно, что с помощью административных рычагов не создашь высокотехнологичное оборудование, не подготовишь профессиональные кадры и даже не расширишь рынок сбыта.
