Курс США на перестройку цепочек поставок в полупроводниковой промышленности с целью вытеснить КНР с мирового рынка полупроводников и затормозить его технологическое развитие сопровождается всё более высокими ограничительными барьерами в отрасли. Сейчас США усиливают давление на мировые полупроводниковые компании, требуя создания мощностей на своей территории и пытаются заблокировать доступ Китая к технологиям производства интегральных микросхем (ИМС) по самым передовым технологическим нормам.
В начале года стало известно, что производитель микросхем памяти Micron Technology из США к концу 2022 г. прекратит производство микросхем оперативной компьютерной памяти (DRAM) в Шанхае, а некоторым из 150 китайских инженеров, работающих на производстве, будут предоставлены льготные условия иммиграции в США или Индию. Показательный пример, свидетельствующий об интенсивности конкуренции между Китаем и США за инженерные кадры в полупроводниковой отрасли.
От того, какое место та или иная страна стремится занять в цепочке поставок на рынке полупроводниковой продукции зависит как её стратегия НИОКР в области микроэлектроники, так и стратегия конкуренции на рынках. Успех в конкуренции с иностранными производителями на внутреннем рынке и технологическая независимость страны в данной отрасли не означает автоматически успех в конкуренции на мировом рынке. И, наоборот, лидерство страны (или просто значимая доля) на мировом рынке ИМС не означает автоматически её технологической независимости. Это последнее относится к Китаю.
Технологическая независимость состоит из двух слагаемых – самостоятельного производства ИМС и производства оборудования для их производства или как минимум контроля за мировой цепочкой поставок комплектующих. Для мирового лидерства добавляется ещё одно условие – наличие производства ИМС по передовой технологии.
В этом смысле только США обладают относительной технологической независимостью в данной отрасли. Китай, хоть и занимает по ряду направлений лидерские позиции на мировом рынке ИМС, но существенно зависит от поставок наиболее передовых образцов, которые он не может производить у себя. Здесь критическим фактором является отсутствие в Китае производства оборудования (фотолитографов) для создания ИМС, и в частности по передовой технологии.
Отсутствие собственного производства литографического оборудования становится проблемой лишь для тех стран, которые ставят цель достичь технологической независимости в электронной промышленности, а значит, и в целом в высоких технологиях, как Россия, или вдобавок к этому борются за лидерство на мировом рынке полупроводников, как КНР.
Иные страны либо всецело полагаются на закупки готовой электронной продукции и комплектующих к ней, либо находятся в орбите американского влияния.
Общая проблема Китая и России – импортозамещение по всем критическим электронным комплектующим на внутреннем рынке – в китайском случае усложняется борьбой за мировое лидерство в полупроводниковом производстве. Её решение затрудняется отсутствием в КНР собственного полного цикла производства литографического оборудования (степперов) для обоих технологических процессов производства интегральных микросхем (ИМС), как для длины волны 193 нм, так и для 13,5 нм. Различие в данных технических процессах определяет основные направления конкуренции на мировом рынке полупроводников в целом, а также стратегию развития Китаем (как и Россией) данной отрасли.
Цель фотолитографии в микроэлектронике — формирование заданного изображения на кремниевой пластине для получения необходимой топологии (количества и порядка размещения транзисторов) микросхемы. Создание ИМС напоминает процесс проявления фотографии, только вместо плёнки служит кремниевая пластина. Внутри литографа (степпера) в процессе фотолитографии свет лазера в ультрафиолетовом диапазоне проходит через поверхность с фотошаблоном, задающим топологию будущей ИМС, проецирует уменьшенную версию схемы размещения транзисторов на кремниевую пластину со светочувствительным материалом (фоторезистом). В результате на ней создаются миниатюрные черты, требуемые для создания миниатюрных транзисторов и контуров внутри современных процессоров. После последующей обработки фоторезиста на пластине, как на фотоплёнке, остается заданный рисунок. Чем меньше длина волны излучения, тем меньше размеры получаемых элементов рисунка.
До недавнего времени абсолютно все ИМС, начиная с начала 90-х годов создавались с использованием ультрафиолетовой литографии со светом на длине волны 193 нм (глубокий ультрафиолет, или DUV-литография).
Чтобы получить в микросхемах структуры меньше примерно 50 нм (14, 10 нм и 7 нм) с использованием DUV-литографии, ведущие производители ИМС вместо одного засвета через одну единую маску с цельным рисунком расположения транзисторов использовали несколько масок с разными рисунками, которые дополняют друг друга (множественное экспонирование). Побочным результатом стало удорожание процесса и увеличение количества бракованных изделий.
Радикальным решением проблемы явилась экстремальная ультрафиолетовая литография (EUV-литография) на длине волны 13,5 нм, которая как раз и позволила создать качественные ИМС размером 10, 7, 5 нм. Технология EUV-литографии использует источник, который излучает свет с длинной волны в 13,5 нанометров, то есть на нижней границе ультрафиолетового спектра. Эти литографы производит только полностью подконтрольная западному капиталу нидерландская компания ASML, являющаяся монополистом в этой области.
Особенностью данной технологии является не только очень высокая стоимость EUV-литографов, но и увеличение количества дорогих расходных материалов (фоторезиста, набор фотошаблонов) для производства одного типа ИМС. Их стоимость может достигать миллионов долларов. В результате EUV-литография становится конкурентоспособной только при массовом производстве, которое достигает десятков миллионов ИМС в год. А это возможно лишь при сбыте продукции на мировом рынке. Все это в совокупности делает технологию EUV-литографии доступной только единичным крупным компаниям, таким как Intel, Samsung, TSMC, Global Foundries.
КНР занимает заметную долю мирового рынка электроники и претендует на лидерство в производстве ИМС по обоим техпроцессам – глубокого (193 нм) и экстремального (13,5 нм) ультрафиолета. Для производства ИМС размером 280, 110 и 90 и 65 нм китайская компания Shanghai Micro Electronic Equipment (SMEE) уже достаточно давно выпускает литографы для DUV-литографии на длине волны 193 нм.
Однако такие китайские компании, как Lenovo, Huawei, Meizu и Xiaomi борются с конкурентами из США, Южной Кореи и Японии за лидерство на мировом рынке смартфонов и вычислительной электроники, где критическое значение имеет минимальный размер транзисторов. Здесь востребованы ИМС, выполненные по техпроцессу 28, 14 и менее 10 нм. Чем меньше размер транзисторов, тем больше их помещается на кремниевой пластине, быстрее проходят вычислительные операции, меньше потребление электроэнергии, дольше служит батарея и в целом выше конкурентоспособность изделия по качеству и цене.
До последнего времени китайские компании беспрепятственно закупали такие ИМС в США и на Тайване. По данным Джона Дэна, главного торгпреда Тайваня, остров экспортирует на материк 40% полупроводников. Кроме того, тайваньские компании, в частности TSMC, имеют в КНР свои производственные площадки.
Однако зависимость китайских производителей от внешних поставок ИМС именно по самому передовому техпроцессу, особенно созданному с использованием экстремального ультрафиолета, стала серьёзной проблемой по мере того, как США при Трампе начали вытеснение Китая с мирового рынка полупроводников. Попытки КНР решить эту проблему закупкой в 2020 г. в Нидерландах у компании ASML EUV-литографов для собственного производства микросхем натолкнулись на отказ правительства этой страны под давлением США. Под американским же давлением в 2022 г. сорван план реконструкции южнокорейской SK Hynix своего завода по производству ИМС в КНР (г. Уси, провинция Цзянсу). Реконструкция предполагала оснащение предприятия передовым оборудованием для наиболее тонких процессов литографии (менее 14 нм).
Стратегическое преимущество конкурентов Китая из Тайваня, США, Ю. Кореи в борьбе за мировое лидерство в полупроводниковой отрасли состоит в том, что они имеют свободный доступ к литографическим станкам (степперам) нидерландского производителя для производства ИМС всех видов, которые наиболее востребованы на мировом рынке. Приобретение ими этих литографов ограничено лишь производственными возможностями ASML, а не политическими ограничениями и санкциями.
Плотно встроенные в подконтрольную США цепочку поставок высокотехнологичного оборудования, Тайвань, Южная Корея и Япония могут печатать микросхемы по самым передовым техническим нормам.
(Окончание следует)
Заглавное фото: REUTERS/Jonathan Ernst
