Судя по всему, китайские компании смогут выпускать современные машины фотолитографии

Дмитрий Мигунов

Война производителей чипов только начинается. Китай на прошлой неделе объявил о создании фотолитографических машин, способных производить чипы на очень высоком технологическом процессе - выше 8 нм. Это прыжок через полтора десятилетия прогресса в этих технологиях. Почему это важно и как изменит глобальный рынок полупроводников, разбирались "Известия".

Главная отрасль промышленности

Не так-то легко найти технику, где в XXI веке не используются микросхемы. По сути, чипы являются смежной сферой для практически всей остальной промышленности. Одновременно это технически сложнейшая отрасль, требующая уникальных компетенций и оборудования. Число стран, которые в принципе могут этим заниматься, можно пересчитать на пальцах: Тайвань, материковый Китай, Южная Корея, Япония, США и на этом практически все (несколько других государств имеют локальные производства, не самые значимые в мировом масштабе). Причем и внутри этой группы есть большой разрыв: так, самые передовые на данный момент микрочипы производит только Тайвань в лице корпорации TSMC.

Но если производство полупроводников как таковых сосредоточено в узком кругу стран и компаний, то производство средств производства для них и вовсе почти полностью монополизировано в мировом масштабе. Речь идет о фотолитографических машинах, которые необходимы для нанесения рисунка на плату, своеобразных "станков" для чипов. Формально такие машины выпускают несколько компаний, но по-настоящему современные чипы можно делать только на оборудовании нидерландской компании ASML.

До мозга частей: в России собирают первый искусственный нейрон
Как ученые создают принципиально новый нейроморфный компьютер

Эта корпорация, когда-то являвшаяся малым подразделением Philips, "пришла к успеху" за счет упорной ставки на технологию экстремальной ультрафиолетовой фотолитографии (EUV), которую развивала несколько десятилетий. На этом пути были долгие годы убытков, но в 2010-е технология, наконец, заработала. Начиная с техпроцесса 7 нм и выше производители используют почти исключительно EUV-оборудование (за исключением Китая, о котором речь пойдет позже). К концу прошлого десятилетия ASML заняла доминирующее положение на мировом рынке.

Станок по цене самолета

Расходы на фотолитографическое оборудование и его обслуживание занимают около 40% себестоимости производства чипов. Стоимость одной машины ASML приближается к стоимости лайнера Airbus, а по своим физическим объемам один такой "станок" превышает рейсовый автобус (и на порядок - по массе). По сути дела, это мини-завод. Монопольное положение на рынке позволяет ASML устанавливать цены по своему усмотрению. Нельзя сказать, чтобы нидерландская компания этим положением часто пользовалась, но отсутствие конкуренции в любом случае нервирует производителей. Тем более что случаются и задержки поставок, а самое главное - в последние годы вопрос выпуска полупроводников стал крайне политизированным.

В первую очередь проблемы возникли с Китаем, который год от года увеличивал свою долю на этом рынке. Если в начале 2010-х годов доля КНР в мировом производстве составляла чуть больше нуля, то сейчас она превысила 20%. Все это совпало с обострением американо-китайских отношений и ИИ-гонкой, для успеха в которой нужно очень много полупроводников.

Слишком сложно: почему прогресс в создании чипов приостановился
Новая машина для производства полупроводников от глобального монополиста не вызвала энтузиазма

Американская администрация ввела ограничения на поставку чипов в Китай, которые коснулись не только компаний США, но и участников рынка из других стран. Тем не менее фирмы из КНР продолжили выпускать свои собственные чипы, и достаточно современные. К примеру, китайская компания Yangtze Memory Technologies (YTMC) в 2023 году расширила производство чипов памяти 3D NAND (использующихся, например, при производстве SSD - твердотельных накопителей). Компания Huawei, которая должна была в первую очередь пострадать от санкций, в прошлом году резко нарастила объемы собственного производства. Китаю удалось без проблем отладить массовый выпуск полупроводников по техпроцессу 7 нм (не самому современному, но достаточному для подавляющего большинства задач) в достаточном количестве, что обеспечило передышку для местных производителей электроники.

Единственным способом как-то повлиять на позиции Китая в индустрии были именно ограничения по поставкам фотолитографического оборудования. Собственно, ASML отказалась от поставок EUV в Китай достаточно давно. Считалось, что без этих машин производить 7-нанометровые чипы не получится. Однако китайцы доказали, что для этого техпроцесса достаточно и оборудования предыдущего поколения - машин, работающих по технологии глубокого ультрафиолета (DUV). Это несколько менее эффективно, чем с использованием EUV, но, учитывая колоссальный спрос на рынке и щедрые субсидии для производителей, более чем рентабельно. Теоретически можно использовать эти машины и для более высоких техпроцессов (5 нм).

Два года за 15

Уже летом этого года США вновь надавили на контрагентов КНР в Азии и Европе. Правительство Нидерландов объявило о том, что рассматривает ограничение обслуживания DUV-машин в Китае. Отметим, что еще до введения санкций китайцы скупали это оборудование про запас, так что технически его более чем достаточно. Однако без работ по обслуживанию могут возникнуть серьезные проблемы. Для ASML это та еще головная боль: у компании на Китай приходится более половины продаж. Кроме того, у китайцев есть довольно серьезные рычаги на применение ответных санкций. В итоге решение до сих пор не принято.

Как бы то ни было, но зависимость Китая от иностранного оборудования делала его позицию уязвимой. В самой КНР только одна фирма занимается производством таких машин - Shanghai Micro Electronics Equipment (SMEE). До недавнего времени, однако, ее мощности ограничивались выпуском примитивных машин на техпроцессе 90 нм, который считался современным в 2003 году. Такого оборудования вполне достаточно для выпуска чипов, используемых в военной технике. Соответственно, аргументация США о том, что меры предпринимаются ради ограничения возможностей китайской армии и флота, выглядели совсем неубедительно.

Осторожность - мать мудрости: Китай запрещает чипы Intel и AMD в компьютерах для госструктур
В КНР занялись обеспечением технологического суверенитета страны

Ограничения подстегнули китайцев к импортозамещению и созданию национальных альтернатив, а в идеале - полного цикла производства чипов, начиная с оборудования. Фотолитографические машины невероятно сложны в построении, они требуют исключительно высоких компетенций, и по принципу "это было нужно вчера" здесь работать не получится ни за какие деньги. Тем не менее в середине сентября стало известно, что некая неуказанная компания (предположительно, SMEE) смогла произвести две машины, которые могут обслуживать техпроцессы на 28 и 8 нм соответственно.

Это все еще хуже, чем у ASML, но для китайцев прогресс огромный. Можно сказать, что они в кратчайшие сроки преодолели около 15 лет развития полупроводниковой индустрии. Впервые в мире чипы на техпроцессах 7 нм начали выпускать не далее как в 2017 году. Этого уже более чем достаточно для производства микросхем не только для военной, но и для большинства гражданских отраслей. По сути, за пределами возможностей Китая остается только выпуск некоторой наиболее продвинутой компьютерной техники, в частности - современных процессоров.

Обратный эффект санкций

Справедливости ради, точно не известно, в каком состоянии находится производство этих машин, идет ли речь о серийном производстве или пока лишь об опытных образцах. В любом случае, если оборудование рабочее, то внедрить его в производство будет не так уж сложно, учитывая что Пекин пойдет на любые шаги, чтобы обеспечить как можно более полную независимость от иностранных поставщиков в нынешних условиях. То, что до выхода на необходимые обороты, когда включится экономика масштаба, придется какое-то время поработать в убыток, вряд ли кого-то в Китае смущает.

Год назад сообщалось, что SMEE зарегистрировала и патенты на оборудование на технологии EUV. Ситуация до конца не прояснилась: идет ли речь о машинах, которые в скором времени будут построены и пущены в производство или имеются в виду теоретические изыскания. В первом случае можно будет констатировать, что Китай окончательно догнал ASML, а его потребности в иностранных контрагентах будут намного ниже (но не опустятся до нуля: для производства чипов любым игрокам требуются множество деталей из разных стран. На данный момент это поистине глобальная индустрия).

Если Китай сможет обеспечить выпуск нового оборудования, то можно будет констатировать, что американские санкции не только не достигли успеха, но возымели обратный эффект. Сейчас КНР, опасаясь новых и новых ограничений, старается локализовать полупроводниковое производство по максимуму, чего еще несколько лет назад не наблюдалось.

Чип от чипу не легче: безопасно ли вживление импланта Neuralink человеку
Эксперимент Маска может стать прорывом в нейротехнологиях, но несет риски пациентам

Предполагаемые успехи Китая ясно свидетельствуют о том, что, хотя производство фотолитографических машин и является крайне сложным, задача подъема соответствующей индустрии вполне реальна при определенных условиях. Это может кардинально изменить баланс сил в отрасли в мире и фактически обнулить какой-либо эффект от санкций. Для сторонних потребителей важно, что в данной отрасли возникнет конкуренция, которая может существенно освежить сектор и даже привести к снижению цен, которые в данный момент растут как на дрожжах. Для России это также должно упростить покупку чипов для военных, но в первую очередь гражданских нужд.