Полупроводниковые войны

Вот уже четыре года продолжается кризис полупроводников. Потребители страдают от отсутствия игровых консолей PlayStation 5 и игровых видеокарт, а промышленность не может вовремя получить процессоры для производства автомобилей, станков и пр.

Что такое полупроводники и почему они важны? 

Главной технологией 2020-х годов оказался не блокчейн или нейросети, а кремниевые полупроводники, благодаря которым современная промышленная индустрия двигается вперед.

Сегодня микросхемы задействованы практически во всех сферах человеческой жизни, начиная от тяжелой промышленности и заканчивая сельским хозяйством.

Рассмотрим в качестве примера автомобильную промышленность. По оценкам специалистов, больше 40% стоимости составляет именно электроника и ПО. А все это работает только благодаря микропроцессорам. Так в 2021 году из-за дефицита чипов, автопроизводители вынуждены были частично или полностью остановить заводы.

Автомобилестроение - только часть цепочки. Вообще все современные достижения, включая облачные системы, нейронные сети, технологии 5G, так или иначе зависят от поставок микрочипов и производства полупроводников.

Полупроводники — это особый класс веществ, которые при низкой температуре выступают как диэлектрики, а при высокой - как проводники. К этим веществам относятся селен, мышьяк, германий и. т. д. Но нас интересует прежде всего кремний, который и служит главным материалом в изготовлении чипов памяти, микропроцессоров и других микросхем.

Также стоит упомянуть о том, что такое нанометраж микропроцессоров. Если очень сильно упрощать, то чем меньше нанометров, тем производительней и быстрей микрочип. С другой стороны, возрастает цена проектирования и производства.

На сегодняшний день самые продвинутые процессоры размером 5 нанометров могут производить только TSMC и Samsung. 10-нанометровые (предыдущая технологическая ступень) — Intel, TSMC, Samsung.

Отметим, что современная промышленность по производству полупроводников разделена на два процесса. Одна часть компаний занимается исключительно проектированием, продажей патентов и пр. Они называются Fabless-компании (бесфабричные компании). Классический пример таких структур – это AMD и NVIDIA. Гораздо важнее для нас Foundry-компании, которые сосредоточены только на производстве.

Процесс изготовления микросхем очень сложный и проходит в несколько этапов, что делает производство достаточно дорогостоящим. При чем основные производственные мощности расположены в азиатском регионе. В большую четверку стран по производству микрочипов входят: Тайвань, Китай, Япония и Южная Корея.

По сути, единственным технологическим лидером является тайваньская компания TSMC. В конце 2021 году ее доля на мировом рынке составила около 53%. Для сравнения ближайший конкурент тайваньских производителей, Samsung (Южная Корея), занимает только 16% рынка.

Таким образом, мы видим, что Западный мир фактически находится в зависимости от производственных мощностей тихоокеанского региона. При крупных компаниях элементарно выгодна такая схема производства, но она же порождает геополитические и экономические уязвимости США и Европы.

Почему возник недостаток чипов

Дефицит микросхем вызван целым комплексом причин, начиная от экономического кризиса и заканчивая природными катаклизмами.

Отметим, что подобную ситуацию на рынке микрочипов предсказывали еще в 2018-2019 годах, когда начало активно разворачиваться противостояние между США и Китаем, о котором речь пойдет ниже.

Вашингтон явно понимал, что китайское производство растет стремительными темпами. И одним из способов, чтобы это остановить, стало ограничение на поставки микрочипов и ПО к ним. В ответ китайцы объявили бойкот продукции компании Apple.

Однако главной причиной все же является пандемия Covid-19, последствия которой мы ощущаем до сих пор.

Во-первых, из-за перехода работников, учеников школ и студентов в онлайн формат, в несколько раз вырос спрос на технику: смартфоны, планшеты, ноутбуки и. т. д. Например, по данным ВТБ, в начале 2021 году россияне потратили на электронику и бытовую технику на 70% больше средств, чем в 2020 году.

Во-вторых, нагрузка на сферу здравоохранения увеличила потребность в медицинском оборудовании, в том числе и с компьютерными чипами.

В-третьих, общемировой локдаун оборвал или затормозил большинство цепочек поставок. Например, в 2021 году произошел затор на Суэцком канале, связанный с тем, что судно «Ever Given» село не мель. Также можно вспомнить частичное закрытие китайских портов и длительный период карантина для перевозчиков. В США ситуация была не лучше: в американских портах образовалось большое скопление судов.

Повлияла также и сильнейшая за полстолетия засуха на Тайване. Казалось бы, причем здесь засуха? Дело в том, что для производства чипов, в частности для очистки металла, используется вода. Один из крупнейших производителей чипов - тайваньская компания TSMC, которая производит более половины всей мировой продукции, потребляет более 150 тыс. тонн воды в день.

Нельзя не отметить и частые техногенные аварии за последние годы. Так в марте 2021 году на одном из предприятий японской компании «Renesas» произошел пожар. Владельцы смогли снова наладить работу только через три месяца. Напомним, что «Renesas» – третий по величине производитель электроники.

В этом же году в китайском городе Шихэцзы загорелся химический завод компании Xinjiang West Hesheng Silicon Industry Co., Ltd. Она занимается производством поликремния, который используется при строительстве солнечных батарей.

Кроме того, примерно в это же время в мире активно развивался сектор майнинга. Для того чтобы «добыть» криптовалюту были необходимы не только высокие электрические мощности, но и большое количество высокопроизводительных процессоров и видеокарт.

Инициативы Евросоюза

Как уже говорилось выше, кризис полупроводников ударил прежде всего по автомобилестроению. В 2021 их производство сократилось на 25%. Кроме того, пострадал также рынок медицинских аппаратов и энергосистемы.

Руководство ЕС было решено разработать варианты решения этой проблемы. Уже 2021 году звучали заявления, что доля произведенных европейских чипов через десять лет должна составлять 20% от глобального рынка. В тот момент эта доля составляла не более 10%.

В 2022 году был разработан стратегический проект, названный «Законом о европейских чипах». Планируется увеличить промышленное производство чипов в четыре раза с помощью государственных субсидий, инвестиций в малый и средний бизнес, а также международных альянсов с «партнерами-единомышленниками». К таким партнерам отнесли США, Японию, Южную Корею и Сингапур. Уже известно, что крупные компании Intel (США), STMicroelectronics (Швейцария) и GlobalFoundries (США) запланировали строительство заводов в Германии и Франции.

Всего на развитие микроэлектроники планируется выделить около 43 млрд. евро. При чем львиную долю этих вложений (17 млрд евро) должна получить компания Intel. Значительные вложения также получат TSMC и Samsung.

Таким образом, мы можем говорить о формировании серьезного экономического антикитайского блока.

Стратегия США

Удивительно, но Евросоюз буквально повторяет экономическую политику Вашингтона в этой сфере.

В 2022 году Байден подписал законопроект о предоставлении субсидий 52 млрд. долларов производителям полупроводниковой промышленности. Единственное отличие европейского и американского проектов только в том, что американские субсидии касаются только государственного сектора экономики.

Белый дом отметил, что Азиатский регион производит 75% всех микрочипов, тогда как США только 10% (как и Европа).

На церемонии подписание законопроекта также прибыло руководство IT-компаний Micron, Intel, Lockheed Martin, HP и Advanced Micro Devices.

Любопытно, что буквально в это же время американский технологический сектор также объявил об увеличении инвестиций. Компания Micron потратила 40 млрд. долларов на создание рабочих мест в США. А Qualcomm и GlobalFoundries заключили партнерские соглашения, согласно которым 4,2 млрд. долларов будут инвестированы в производство микрочипов и расширение уже имеющихся предприятий.

IT-гигант Intel, который раньше производил чипы только для собственных нужд, сообщил, что готов к сотрудничеству с внешними клиентами, в том числе в рамках чужой архитектуры микросхем. Новыми заказами будет заниматься производственное подразделение Intel Foundry Services. Также руководством компании планируется строительство новых заводов в Европе и США.

Также американские власти пытаются договорить с TSMC о строительстве двух заводов в Аризоне, выделив на это 15 млрд. долларов. Однако тайванцы не спешат соглашаться.

«Некоторые условия являются неприемлемыми, мы стремимся уменьшить любое их негативное воздействие и будем продолжать переговоры с правительством США» - отметил председатель компании Марк Лю.

О торговой войне и китайской промышленности  

Но с американским законом о чипах не все так просто. Он не только расширил возможности для инвестиций, но ввел ограничения на сотрудничество с китайскими и российскими компаниями. То есть тем компаниям (Intel, Qualcomm и пр.), которые получают субсидии, запрещено как-либо взаимодействовать с предприятиями на материковом Китае и в РФ.

Напомним, что торговая война США с Китаем началась примерно в 2018 году. Началось все с провокационного ареста правительством Канады финансового директора Huawei Мэн Ваньчжоу. Ее обвинили в нарушении режима американских санкций против Ирана.

С компанией Huawei у американского правительства достаточно напряженные отношения. Ей приписывают и шпионаж, и воровство данных, но самое главное – сотрудничество с китайскими военными. Правда весомых доказательств так никто и не предоставил.

В 2019 году британской компании ARM по требованию правительства США запретили сотрудничество с Huawei. Это ограничило возможности производства китайских процессоров Kirin. Чуть позже по тем же причинам сотрудничество приостановила компания Google, закрыв доступ к ПО и сервисам.

В 2020 году правительство Вашингтона фактически заставило TSMC прекратить поставки чипом компании Huawei.

Чуть позже администрация Трампа также наложила санкции на крупнейшую компанию по производству микроэлектроники в континентальной части Китая Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC). Американским инвесторам было запрещено торговать акциями компании. После такого решения стоимость акций на рынке немедленно упала, что нанесло большой ущерб производителям.

Таким образом, как мы можем видеть, Китай является основным противником США и ЕС в сфере технологий.

Например, Semiconductor Industry Association (торговая ассоциация США, представляющая полупроводниковую промышленность) считает, что с 2014 по 2030 годы КНР инвестировал в полупроводники более $150 млрд. А инвестиции в НИОКР выросли со 106 млрд. долларов в 2010 году до 463 млрд. долларов в 2022 году.

Кроме того, в 2015 году правительством КНР была принята программа технологического развития «Сделано в Китае 2025» (MIC2025). Согласно проекту, планируется добиться независимости в обеспечении полупроводниками на 70%.

Однако в реализации программы были проблемы и уровень обеспечения КНР проводниками на данный момент составляет чуть больше 15%. На эту цифру повлияли в том числе и пандемия Covid-19 и американские санкции.

Отметим также, что КНР в плане производства процессоров все еще отстает от Тайваня. Например, самая крупная компания Semiconductor Manufacturing International Corp. имеет целых 6 лет отставания по сравнению с TSMC.

Тем не менее нельзя сказать, что Китай проигрывает гонку технологий. Так в 2022 году расходы на новые технологии увеличились до 378 млрд. долларов, а расходы на НИОКР растут ежегодно на 7%. Кроме того, чтобы не зависеть от ARM крупнейшие китайские компании, такие как Alibaba и Tencent, объединились в консорциум для совместной разработки новых чипов. По словам китайским разработчиков, они используют открытую процессорную архитектуру RISC-V, которая является альтернативой системы ARM.

Ситуация с микроэлектроникой в России 

В феврале 2022 года в связи с началом СВО на Россию был наложен ряд санкций, в том числе и в сфере производства процессоров. Так компания TSMC остановила производство процессоров «Байкал», «Эльбрус» и других чипов российской разработки.

«Все высокопроизводительные микропроцессоры российской разработки выпускались на TSMC» – отметил исполнительный директор Ассоциации разработчиков и производителей электроники.

Это стало сильным ударом по технологической сфере РФ, так как и «Байкал», и «Эльбрус» в критической информационной инфраструктуре (КИИ). КИИ важна для элементарного функционирования государственных органов, банков, оборонной промышленности и пр.

Напомним, что в РФ всего пять крупных компаний по разработке микропроцессоров: МЦСТ, «Байкал», «Модуль», «Элвис» и «Миландр». Каждая из них разрабатывает технологии предназначенные как для пользователей ПК, так и суперкомпьютеров (сетевых и облачных сервисов).

Большая часть российских разработчиков является Fabless-компаниями, то есть занимаются только дизайном и архитектурой процессоров.

Более того, TSMC является мировым лидером по выпуску процессоров с нормами 90, 65, 45, 40, 28, 20, 16/12, 10, 7, 5 нанометров. А максимальная норма российских фабрик только 65 нанометров. Проще говоря, это огромное отставание в технологическом развитии на 15 лет.

Еще хуже обстоит ситуация с оборудованием КИИ, о которой речь шла выше. Большая часть комплектующих все еще от иностранных производителей. Например, по словам премьер-министра Михаила Мишустина, доля отечественного ПО и микросхем на промышленных предприятиях составляет только 23%.

Но не все так плохо в российской IT сфере, как может показаться на первый взгляд.

Например, решается проблема отставания в производстве современных процессоров. В 2020 году был разработан проект по развитию электронной отрасли. Согласно задумкам, в Зеленограде начали строительство фабрики, которая будет выпускать 28-нанометровые процессоры. Строительство должны закончить к 2024 году. А в сентябре 2022 года правительство открыло компании «Микрон» кредит на 7 млрд руб.

На проект было потрачено больше 3 триллионов рублей. Средства распределены по четырем направлениям - на развитие инфраструктуры, отечественной электронной продукции, рекламу новых технологий, подготовку кадров и создание рабочих мест.

Кроме того, в 2022 году правительство РФ запретило субъектам КИИ закупать иностранный софт и комплектующие, даже если у них нет отечественных аналогов. Все технологически продукты должны будут приобретаться, исходя из единых реестров российского или евразийского ПО.

Более того, согласно тексту документа, планируется повысить долю отечественных технологий и ПО на 10% к концу 2022 года, а к концу 2023 года еще на 40%. К 2024-2027 годам все технологии должны быть исключительно российского производства.

Также нельзя забывать о параллельном импорте иностранных комплектующих. Например, в 2022 году поставки процессоров Intel увеличились на 9%. С другой стороны, поставки их конкурентов, AMD, наоборот, уменьшились в два раза.

Кроме того, цена комплектующих у дистрибьюторов поднялась на 6%. На тот момент цены стабилизировались.

Но сейчас они снова начали расти. По словам ритейлеров, за последние 6 месяцев процессоры подорожали на 30%, а чипы оперативной памяти - на 37%. Это стало неприятной новостью для ПК-пользователей.

Резюме

Таким образом, кризис микрочипов и полупроводников в мире все еще не завершился. Более того, вряд ли это произойдет в обозримом будущем. Covid-19 окончательно разорвал большинство цепочек поставок, а начало всего этого процесса положила торговая война США и Китая.

В таких условиях ведущие мировые державы вынуждены решать вопрос о создании собственного производства микропроцессоров внутри своих стран. В IT сферу вкладываются огромные средства, создаются новые заводы и рабочие места.

Перенести фабрики и заводы в Азию уже не выйдет. Более того, ситуация вокруг Тайваня, где расположена TSMC, постоянно обостряется. Существует большая вероятность, что компания вообще может прекратить функционировать после начала военного конфликта на этой территории.

Если говорить о проблеме производства чипов в контексте противостояния российско-китайского и НАТОского блоков, то перспектива того, кто выйдет из этого конфликта победителем все еще не ясна. И у той, и у другой стороны есть серьезные производственные мощности и технологии.

Но здесь отдельно стоит отметить Россию. Несмотря на лидерство в технологической сфере во время советской эпохи, сегодня страна сильно (буквально на десятилетия) отстает от своих конкурентов. Для того, чтобы это преодолеть нужны нестандартные решения, а также значительное количество IT- специалистов. Эти задачи должны стать приоритетными для правительства на ближайшее время.