Наполовину сильный с полупроводниками

В борьбе за самые современные чипы ЕС хочет догнать Китай и США. Но ее попытка выявляет опасные белые пятна.

В центре текущих усилий по укреплению технологической конкурентоспособности и безопасности поставок в области полупроводников часто находятся самые современные микросхемы, также известные как «передовые». Текущие законодательные проекты, такие как проект Европейского закона, пренебрегают актуальностью старых полупроводниковых заводов. С другой стороны, Китай находится в лучшем положении в этой области.

Сердцем современной и цифровой жизни, от автомобилей, ноутбуков и серверов до медицинских устройств, являются встроенные в них различные чипы. Из-за постоянного технического прогресса некоторые из этих полупроводников подвергаются огромному давлению со стороны инноваций, что следует из так называемого закона Мура: в соответствии с ним производители чипов пытаются удвоить плотность схем и, следовательно, вычислительную мощность каждые два года, чтобы продолжить «Передовые-Чипы» – то есть самые современные чипы. В частности, этой логике подчиняются процессоры, которые делают новые поколения смартфонов или серверов более мощными. Структурная ширина транзисторов дает информацию о вычислительной мощности процессора, измеряемой в «нанометрах» — что соответствует одной миллионной доле миллиметра. Эмпирическое правило: чем меньше этот размер, тем современнее производственный процесс и выше производительность. Но это только одна категория полупроводников. Есть множество других чипов с другими функциями, незаменимыми для нашего современного общества: чипы для зарядки аккумулятора смартфона, управления тормозной системой, включения подушки безопасности, считывания отпечатков пальцев или питания сервера — речь идет не о вычислительной мощности, а о большое разнообразие физических свойств.

В отличие от упомянутых выше чисто арифметических процессоров, эти микросхемы производятся не на самых современных полупроводниковых заводах. Скорее, их производство распределено по бесчисленному количеству небольших, часто старых полупроводниковых заводов. И особенно большое количество этих заводов находится в Китае. Когда речь заходит о конкурентоспособности Китая в полупроводниковой промышленности, в настоящее время много говорят о передовых чипах, упомянутых в начале. Легко упустить из виду тот факт, что страна является мировым лидером наряду с Тайванем в производстве многих полупроводников на старых заводах. Это показывает, что оценка технологической конкурентоспособности Китая, основанная исключительно на передовых-Чипах, недостаточна. Важность роли страны в производственно-сбытовых цепочках полупроводников можно оценить только с точки зрения конкретных полупроводников, их функций и отраслей конечных пользователей. 

Чипы с большей шириной структуры играют центральную роль в отраслях автомобилестроения, медицинского оборудования и промышленности 4.0 в Европе. Они даже более важны, чем вышеупомянутые передовые чипы. Поэтому, когда речь идет о повышении устойчивости Европы и обеспечении поставок стратегически важных полупроводников, важно понимать, как распределяются текущие производственные мощности, чтобы соответствующим образом оценивать и сокращать зависимости. Нынешние законодательные проекты промышленной политики, такие как Закон ЕС о чипах, еще не отражают эти знания. Особый случай — зависимость Европы от старых заводов в Китае и на Тайване.

Чтобы лучше понять, как производство микросхем с большей структурной шириной вписывается в общую картину производства полупроводников, полезно немного уменьшить масштаб. Это показывает очень сложную и специализированную структуру с множеством тесно взаимосвязанных механизмов. Более 1000 технологических операций, 80 различных типов производственного оборудования и до 400 различных видов химических веществ необходимы для производства современных полупроводников. В этот сложный процесс особенно вовлечены США, Тайвань, Южная Корея, Япония, Китай и Европа, которые занимают важное, часто даже незаменимое положение в разных точках цепочки создания стоимости. Кроме того, чипы сильно различаются по своей функции в соответствующем конечном продукте — современный процессор в смартфоне имеет мало общего с силовым полупроводником для зарядки электромобиля. На самом деле это целая сеть цепочек создания стоимости, которые, в зависимости от функции и технологии чипа, основаны на тесно скоординированных производственных процессах, от материалов до машин.

Современный автомобиль содержит около 1000 полупроводников, таких как микроконтроллеры, силовые полупроводники, датчики или чипы для радиопередачи. Они управляют двигателем, тормозами и подушкой безопасности, помогают при парковке и навигации, получают интернет, регулируют дворники. Усовершенствованные процессоры и микросхемы искусственного интеллекта все чаще требуются для дальнейших разработок, таких как автономное вождение. Они расширяют потребность в чипах в современном автомобиле, но не заменяют вышеупомянутые. В принципе, принцип замены старых технологий современными микросхемами с меньшей шириной структуры с течением времени неприменим ко многим из этих автомобильных полупроводников. В силу их технической функции это просто не всегда возможно. Аналитики рынка предполагают, что в 2030 году каждый второй полупроводник, установленный в автомобиле, будет основан на так называемых цельных узлах — то есть на чипах с большей шириной структуры не менее 28 нанометров. Аналогичная ситуация в сфере здравоохранения, машиностроения и обороны. Особенно старые производственные процессы от 40 до 180 нанометровых чипов было мало во время дефицита 2020 года. Время от времени останавливались целые производственные линии для автомобилей, медицинского оборудования или промышленного оборудования. 

Уже более десяти лет Китай преследует цель создания собственной локальной и конкурентоспособной полупроводниковой экосистемы и обретения международной независимости — пока безуспешно с точки зрения современных производственных технологий. Это в основном связано с высокой степенью специализации в транснациональной цепочке создания стоимости, которая требует развития знаний о процессах и больших инвестиций в конкретное производство или этап процесса на протяжении десятилетий. Например, широко обсуждаемая установка для экспонирования EUV, необходимая для современного производства чипов, от голландской компании ASML основана на более чем двадцатилетнем опыте исследований и разработок и сети из более чем 5000 поставщиков. Этот дефицит не может быть восполнен только за счет высоких субсидий. Дополнительно к этому Экспортные ограничения, которые США ввели в отношении Китая в октябре 2022 года, чтобы замедлить производство в стране ультрасовременных полупроводников или заморозить его возможности в этой области.

Так что, когда дело доходит до передовых полупроводников, Китай все еще отстает на много лет. Напротив, технический прогресс страны в области зрелых узлов впечатляет с точки зрения производственных мощностей. Барьеры входа на рынок ниже, чем в передовой области. Это связано с тем, что экспортный контроль США здесь не применяется и не требует сравнительно высокого уровня инноваций, капитала и знаний о процессах. Китай имеет свободный доступ к необходимым станкам, программному обеспечению для разработки и контрактным производителям. В диапазоне от 20 до 45 нанометров Тайвань находится в центре внимания. Производственные мощности лидируют, за ним следует Китай, производственные мощности которого более чем в три раза превышают европейские. С еще более старыми технологиями между 50 и 180 нанометрами разница еще заметнее. Здесь производственные мощности Китая более чем вдвое превышают мощности Тайваня. В обеих областях ни Япония, ни Европа, ни США в настоящее время не могут обойтись без производственных мощностей в Китае и на Тайване, даже если все три страны сами управляют некоторыми из этих старых заводов на месте.

Глобальное распределение производственных мощностей для цельных узлов показывает, что сила Европы в этой области уже давно оспаривается китайскими и тайваньскими компаниями, или европейские полупроводниковые компании в прошлом решили расширить свое производство, например, из-за низких затрат на рабочую силу и энергию, переехать в азиатский регион. И Китай, в частности, в настоящее время находится в процессе дальнейшего расширения этой производственной отрасли. Только SMIC, ведущий китайский контрактный производитель, объявил о создании трех новых заводов по производству узлов — в Тяньцзине, Шанхае и Пекине. Также последний экспортный контроль США способствовал тому, чтобы старое производство стало привлекательной областью для Китая, чтобы беспрепятственно расширять свою и без того сильную роль: следовательно, в будущем Европа потенциально будет больше зависеть от готовых узлов из Китая, чем сегодня.

Однако этот аспект в настоящее время не рассматривается в проекте Закона о Европейском чипе, поскольку эти старые производственные процессы не подпадают под субсидии для так называемого нового производства полупроводников. Ввиду стратегической значимости этих чипов для автомобилестроения, машиностроения и здравоохранения, это темное пятно в законе ЕС о чипах непонятно. Это стоило бы улучшить: серьезные дебаты о безопасности поставок отраслей конечных пользователей должны также учитывать большую актуальность производства цельных узлов и делать выводы из зависимостей в этой области. Европа должна учитывать все разнообразие производства чипов, чтобы занять выгодное стратегическое положение.

Автор: Джулия Хесс — руководитель проекта «Технологии и геополитика» в Stiftung Neue. Ее внимание сосредоточено на стратегической значимости полупроводников и анализе глобальной взаимозависимой цепочки создания стоимости.

Источник: IPGJournal, Германия

МК

Поделиться:

Пов’язані записи

Почніть набирати текст зверху та натисніть "Enter" для пошуку. Натисніть ESC для відміни.

Повернутись вверх