Нанобитвы внесут сумятицу в мировой рынок микрочипов

Китай столкнется с временной неудачей, но США потеряют свое лидерство в микроэлектронике навсегда

По мере того, как напряженность в отношениях между США и Китаем в результате провокационного визита Нэнси Пелоси на Тайвань усиливается, технологическая война между ними также принимает новый оборот. Обе палаты конгресса США одобрили план стоимостью 280 миллиардов долларов — Закон о чипах и науке (The Chips and Science Act) — для стимулирования производства чипов в США.

В настоящее время 75 процентов производства чипов в мире приходится на Восточную Азию, оно сосредоточено на Тайване, в Южной Корее и Китае. Американцы стремятся вернуть полупроводниковую промышленность обратно в США. Они также надеются возродить состояние своих производителей чипов — таких как Intel. Компания, когда-то бывшая лидером производства чипов, в настоящее время борется за то, чтобы не стать еще одной «бывшей» — как IBM.

При том, что этот план предлагает различные «пряники» для полупроводниковой промышленности в США, которые некоторые называют корпоративными подачками, он также содержит некоторые существенные преимущества. Любой компании, которая воспользуется предоставляемыми субсидиями в размере 52,7 миллиарда долларов для размещения производства компьютерных чипов в США, запрещено расширять или модернизировать свои передовые мощности по производству чипов в Китае. В результате таким компаниям, как Samsung и SK Hynix, двум крупным производителям чипов, которые вложили значительные инвестиции в Китай, теперь придется выбирать между отказом от этих инвестиций и отказом от американских субсидий.

Между тем Китай также не сидит сложа руки, ожидая, пока США усилят свои санкции в отношении его высокотехнологичных амбиций в этой области. Признавая, что полупроводниковая промышленность, особенно производство передовых чипов, является ключевой областью борьбы, Пекин добился значительного прогресса в их производстве. SMIC, шанхайский производитель микросхем, выпустил свои 7-нм чипы, которые присутствует на рынке в течение последних 12 месяцев.

В настоящее время только тайваньская TSMC и южнокорейская Samsung преуспели в производстве 7-нм чипов. Дилан Патель, ведущий технический аналитик, написал: «Китайская SMIC поставляет литейный процесс с коммерчески доступными чипами на открытом рынке, которые являются более совершенными, чем у любой американской или европейской компании. Самые передовые чипы, производимые американскими или европейскими литейными заводами, основаны на технологии GlobalFoundries 12nm». SMIC является пятым по величине производителем чипов в мире.

Поразительный прогресс в вычислительной мощности современных гаджетов обусловлен возможностью упаковывать все больше и больше компонентов в кремниевый чип. Это известно как Закон Мура, и продолжается в течение последних пяти десятилетий. Показателем возросшей плотности компонентов в микросхемах является размер транзисторов, создаваемых внутри кремниевого чипа. Следовательно, 14 нм, 7 нм и 5 нм являются показателем размера компонентов в чипе и показателем его вычислительной мощности.

Литография является важнейшим процессом в производстве микросхем и используется для создания узоров на кремниевых пластинах с использованием ультрафиолетового (УФ) спектра света. Чем тоньше линия, которую литографская машина создает на кремниевой пластине, тем больше устройств может быть упаковано в чип. Каждая из мер, 14 нм, 7 нм, 5 нм и т. д., является мерой плотности устройств на чипе. Чем больше устройств мы упаковываем в чип, тем больше его вычислительная мощность и энергопотребление.

Ранее я писал о производстве микросхем и важности инструментов, в частности, машин для литографии в экстремальном ультрафиолетовом свете (EUV) от ASML, необходимых для выхода за рамки 14-нм чипов. Дело не в том, что старые машины для глубокой ультрафиолетовой литографии (DUV) не могут создавать более высокие плотности. Но производительность машин DUV для производства 10-нм или 7-нм чипов ниже, чем при использовании технологии EUV. А переход на 5 нм или 3 нм невозможен без EUV-литографии.

Нидерландская компания ASML является единственным производителем машин EUV в мире. Поскольку машинный источник света EUV от ASML, создающий узоры на чипах, производится американской компанией, технически он подпадает под действие правил США. Хотя ASML была весьма недовольна потерей части своего китайского рынка, она смирилась с тем, что не будет поставлять машины EUV в Китай. На данный момент компания все еще может продолжать поставлять DUV-машины в Китай, но в будущем это также может измениться.

США сочли, что без литографических машин EUV китайские производители не смогут производить чипы размерностью менее 14 нм. Таким образом, 7-нм чип SMIC пробил большую брешь в этом предположении.

В то время как инструменты для литографии DUV могут создавать высокую степень упаковки устройств на чипе, для достижения таких результатов требуется гораздо больше запусков и более сложный набор операций. Именно так литографские машины для создания 28-нм чипов могли бы производить 14-нм чипы. Это тот же процесс, который Intel и другие компании пытались использовать в течение некоторого времени: они использовали УФ-технологию для создания 10-нм или 7-нм чипов. SMIC — первая компания, которая успешно использует DUV-машины для создания 7-нм чипов.

Это по-прежнему пока не ставит SMIC в один ряд с тайваньской TSMC или южнокорейской Samsung, которые уже используют технологию EUV. Но это все равно ставит SMIC впереди всей остальной «стаи». Это также позволяет Китаю конкурировать с продуктами на рынке, использующими 7-нм чипы, поскольку сотни его ведущих компаний попали под санкции США, включая Huawei и SMIC.

Американская интерпретация своих полномочий заключается в том, что если какая-либо компания использует американские технологии, то, в соответствии с Правилом прямых иностранных инвестиций США, она должна подчиняться режиму санкций США. Именно поэтому машины ASML находятся под режимом санкций США, как и любой продукт, изготовленный с использованием таких машин. Поэтому TSMC или Samsung, которые используют машины EUV от ASML, в соответствии с режимом санкций США также не могут экспортировать какие-либо из своих передовых чипов организациям в Китае.

Имела место критика в связи с тем, что 7-нм чип от SMIC является лишь копией чипа TSMC и поэтому не демонстрирует каких-либо серьезных достижений. Хотя это действительно простой чип, предназначенный для майнинга криптовалют, по словам TechInsights, его важность заключается в том, что он является ступенькой для достижения «истинного 7-нм процесса».

С другой стороны, Китай не может перейти на 5- или 3-нм технологию без литографических машин EUV. В настоящее время он может импортировать DUV-машины от ASML. Помимо ASML, две японские компании, Canon и Nikon, также производили УФ-аппараты. Итак, где находится Китай в производстве литографских машин?

Китай уже некоторое время наращивает собственный потенциал в производстве машин для производства микросхем, а ведущим производителем является Shanghai Micro Electronics Equipment, или SMEE. Компания SMEE объявила, что в 2022 году выпустит свою первую 28-нм DUV-машину, которая может быть использована для производства 14-нм чипов. Как показал SMIC, затем ее можно использовать и для производства 7-нм чипов. Компания SMEE DUV machine до сих пор не объявила дату поставки, что имело бы решающее значение для способности Китая наладить крупномасштабное производство чипов на своей территории.

Мировая полупроводниковая промышленность явно находится на перепутье с риском разделения глобальной цепочки поставок на два конкурирующих блока, один из которых возглавляют США, а другой — Китай. Полупроводниковая промышленность США утверждала, что если произойдет такой раскол, то США, которые сегодня лидируют в ряде технологических областей, через 5−10 лет потеряют это лидерство, поскольку огромная часть их прибыли и, следовательно, инвестиций в НИОКР финансируются за счет их китайских продаж.

Потеря этого рынка будет означать, что Китай столкнется с временной неудачей, но США потеряют свое лидерство навсегда. Вот почему генеральный директор ASML Питер Веннинк заявил, что режим экспортных ограничений, который США навязывают отрасли, не сработает.

Основная часть рынка чипов состоит не из более продвинутых чипов. Согласно отчету, опубликованному Boston Consulting Group /Semiconductor Industry Association (BCG/SIA) в конце 2020 года, чипы с плотностью менее 10 нм составляют всего 2% рынка, хотя они являются самыми привлекательными и фигурируют в новейших ноутбуках и мобильных телефонах. Основная же часть рынка приходится на чипы, для производства которых Китай уже имеет технологии или может наверстать упущенное за счет своих инвестиций в исследования и в построение всей цепочки поставок, включая производство чипов и даже машины DUV.

Согласно отчету BCG/SIA, разумным способом для Запада бороться с Китаем было бы ограничить санкции только военными технологиями, а из прибыли от остальных финансировать расходы американских компаний на исследования и разработки. Без этих прибылей американские компании не смогут финансировать свое будущее развитие.

Но с учетом того, что в США правит политика и нагнетается двухпартийная военная истерия, США, похоже, предпочитают подход кнута и пряника: пряник для инвестиций в производство чипов в США и кнут для любой компании, открывающей производство в Китае. Если пандемия Covid-19 повредила цепочку поставок полупроводников, что привело к нехватке чипов в 2021 году, то шок в цепочке поставок в будущем будет вызван режимом санкций США.

Вера в то, что США могут ограничить торговую войну только теми секторами, где у них есть техническое преимущество, является еще одной слабостью стратегии США. В результате открытой остается возможность асимметричных ответных действий со стороны Китая. «Желаю вам жить в интересные времена», — предположительно, традиционное китайское проклятие. Мир, похоже, вступает в такую фазу, начиная с американо-китайской войны за чипы.

Прабир Пуркаястха

Автор: Прабир Пуркаястха — Prabir Purkayastha — редактор новостей Newsclick.in. Он инженер и научный активист в области энергетики, телекоммуникаций и программного обеспечения. Один из основателей Делийского научного форума (the Delhi Science Forum).

Перевод Сергея Духанова