Микрореволюция: производство чипов может стать дешевле в 10 раз

Японский производитель электроники компания Canon заявила о том, что готова предложить рынку новое оборудование для изготовления полупроводников, потеснив почти стопроцентную монополию нидерландской ASML на этом крайне технологичном и узкоспециализированном рынке. Машины от Canon, предположительно, будут в 10 раз дешевле, чем у голландцев, что означает настоящую революцию в индустрии микрочипов, вероятно, самую масштабную в начале века. Что именно готова выпускать японская корпорация и почему это может быть самой важной новостью в мировом хай-теке в 2024 году — в материале «Известий».

Производство полупроводников является важнейшим сектором мировой экономики. Крайне сложно в последние 20 лет вообразить себе индустрию, которая бы обходилась без широкого применения компьютерной техники и, соответственно, без чипов. Одновременно эта сфера является одной из самых сложных, которые только можно себе вообразить. Считаное количество фирм и государств владеют экспертизой, позволяющей выпускать даже полупроводники «второй свежести», не говоря уже о самых современных. Достаточно вспомнить США, где для завода микрочипов в Финиксе просто не удается найти работников. И это несмотря на вливания в индустрию $52 млрд прямо из американского бюджета, из которых $39 млрд приходится на прямые субсидии, и на тот факт, что завод строит мировой лидер в полупроводниковой отрасли — компания TSMC.

TSMCФото: Global Look Press/Cfoto

С большим трудом пока получается отладить свою индустрию полупроводников в Китае, где производство отстает от конкурентов на несколько лет (справедливости ради, китайцы начали практически с нуля чуть больше 10 лет назад). Для России эта задача настолько сложная, что не сразу понятно, с чего и начинать.

И всё же изготовление чипов как таковое — огромная индустрия с высоким уровнем конкуренции между корпорациями и странами. В игре участвуют США, Япония, Южная Корея, Тайвань, материковый Китай, еще несколько стран пробуют свои силы. Тем более что есть смежная отрасль, рядом с которой выпуск микросхем выглядит практически восточным базаром. Речь идет об оборудовании для фотолитографии, то есть машин, которые выполняют роль «станков» для чипов. Производство средств производства для средств производства, или хай-тек в третьей степени. В этой индустрии безраздельно правит нидерландская ASML, контролирующая более 2/3 соответствующего рынка в принципе и 100% рынка литографических машин для выпуска наиболее современных чипов на техпроцессах 5 нм, 3 нм и 2 нм — последний, как ожидается, дебютирует в 2024 году. Не так уж много в мире отраслей, где существует только один безальтернативный поставщик.

Так было не всегда. Когда ASML создавалась в 1984 году как совместное предприятие электронного гиганта Philips и небольшой фирмы ASM International, она занимала несколько деревянных строений в технопарке Philips на окраине Эйндховена. Спрос на ее продукцию был невелик, и компания держалась в основном за счет подпитки Philips и государственных субсидий. Всё изменилось, когда компания обнаружила золотое дно — технологию фотолитографии в экстремальном ультрафиолете (EUV). Долгое время данная технология считалась нереализуемой из-за физических ограничений. Компания десятилетиями доводила ее до ума и наконец к концу 2010-х вывела ее на широкий рынок.

К этому моменту выяснилось, что EUV является единственной технологией, которая может обеспечивать производство чипов на самых малых техпроцессах. Если вчерашний техпроцесс 7 нм (подходит для микросхем, использующихся в подавляющем большинстве смартфонов) еще может обойтись литографией глубокого ультрафиолета (DUV) — с определенной потерей эффективности, — то современный 3 нм без EUV невозможен, как и будущий 2 нм. Не случайно в индустрии ходила поговорка, что EUV «спасла закон Мура». Эти микроскопические техпроцессы реализуются благодаря машинам ASML весом почти 200 т и стоимостью $120 млн каждая, что и позволяет компании быть господином на рынке.

А минусы будут?

Минусы, конечно, есть. Пример Китая, куда ASML отказалась поставлять машины EUV после введения санкций США, достаточно красноречив. Но и покупатели, не сталкивающиеся с политическими ограничениями, тоже имеют претензии к компании — случаи задержки поставок в последние годы случались регулярно. Не говоря уже о цене машины, которая сопоставима со стоимостью среднемагистрального авиалайнера. Тем более что компания с таким положением на рынке может двигать эту цену в любом направлении по своему усмотрению. Хотя явного злоупотребления своей монополией пока зафиксировано не было, уже одна такая возможность заставляет потенциальных партнеров быть настороже.

Новость о том, что у ASML может появиться полноценный конкурент, ожидаемо привлекла всеобщее внимание даже за пределами индустрии. Canon заявила, что ее прорыв заключается в использовании принципиально другой технологии. Вместо EUV она предлагает схему нанопечати, предполагающую создание рисунка микросхемы на форме и ее штамповку непосредственно на полупроводниковую пластину. Согласно заявлению представителей фирмы, такая технология будет на 90% выгоднее как в части финансовых издержек, так и энергетических. Что тоже немаловажно, учитывая поиски «углеродного следа» и стремления к максимальной энергоэффективности в современном мире. Canon заявляет, что при помощи новой технологии она сможет печатать чипы на техпроцессе 5 нм или даже меньше. Отметим, что японцы разрабатывали свою технологию в течение 20 лет, что лишь немногим меньше длительности цикла запуска в серийное производство системы EUV.

Революция сейчас?

Если соответствующие машины действительно пойдут в коммерческую эксплуатацию уже в текущем году, как обещают в Canon, это означает настоящую революцию в отрасли, да и в хай-теке в целом. Учитывая, что расходы на литографическое оборудование составляют около 40% всех издержек при производстве чипов, со временем можно будет ожидать резкого удешевления производства. ASML может если не остаться полностью не у дел (примеров того, как сложнейшие технологии оказывались в одночасье бесполезными, когда изобреталось что-то более простое и дешевое, в истории десятки, если не сотни), то как минимум потерять значительную долю рынка. Разработка сложного программного обеспечения вроде ИИ и нейросетей станет доступна куда большему кругу игроков. Санкции и экспортный контроль при обострившейся конкуренции на рынке станут куда менее эффективным инструментом. В то же время Китай может ускорить разработку своих собственных литографических машин, сейчас способных работать только на техпроцессе 28 нм (чего, впрочем, более чем достаточно для производства подавляющего большинства чипов военного назначения).

Но не всё так просто. Во-первых, даже если технология будет полностью рабочей с технической точки зрения, возникают сложности более высокого порядка. Современное производство чипов заточено под машины ASML, а для низкого процента брака нужен высокий уровень стандартизации. Вряд ли два типа литографических машин смогут найти себе применение на одном заводе. Второе, как отмечает Дилан Патель, ведущий полупроводниковый блог Semi Analysis, при нанопечати необходим крайне высокий уровень точности при соприкосновении формы и пластины, чего добиться очень сложно. Кроме того, скорее всего, эта технология пока не подходит для производства сложных логических чипов для процессоров. В то же время она может найти свою нишу в изготовлении менее многослойных чипов памяти.

Как рассказали «Известиям» в пресс-службе ГК «Элемент», технология наноимпринтной литографии развивается последние несколько лет и определенно имеет свои положительные стороны.

— В итоге будет дешевле, а насколько — зависит от цены пресс-форм для этого оборудования и от производительности (будут на этом оборудовании делаться образцы и прототипирование или производиться серийная продукция), — указали в компании.