Чиповая ситуация

В мире только одна фирма в Нидерландах, ASML, которая может производить машины экстремальной ультафиолетовой литографии (EUV). Фото Reuters

«В последние 50 лет геополитику определяло то, где находятся нефтяные резервы. В следующие пять десятилетий важнее станет то, где будут расположены предприятия по производству чипов», – заявил главный исполнительный директор Intel Corp. Пэт Гелсингер в конце октября на технологической конференции, организованной Wall Street Journal.

Зазор в микроэлектронике

Глава Intel был одним из главных сторонников принятого в США в июле этого года законопроекта Chips and Science Act, предусматривающего выделение 52 млрд долл. на исследования и разработки (R&D), а также развитие производства полупроводниковых компонентов внутри страны, отмечает WSJ.

В соответствии с новыми мерами экспортного контроля, о которых США объявили в начале октября, чипы для высокопроизводительных вычислительных систем, суперкомпьютеров и систем искусственного интеллекта (AI), произведенные с использованием американских технологий, могут продаваться в Китай только при наличии отдельной лицензии на экспорт. «Я считал это неизбежным с учетом геополитики. Именно из-за этого ребалансировка цепочек поставок столь важна», – подчеркнул Гелсингер.

Еще жестче – и еще раньше – была заявлена позиция Соединенных Штатов относительно сдерживания развития электронной техники и полупроводниковых технологий в России. В начале января, перед российско-американскими переговорами по гарантиям безопасности, агентство Associated Press (AP) сообщало, что в дополнение к санкциям в отношении энергоносителей и потребительских товаров США и их союзники рассматривают возможность введения запретов на экспорт в Россию передовых электронных компонентов, программного обеспечения и сопутствующих технологий, в которых используется американское оборудование.

AP отмечало тогда, что возможности РФ по получению интегральных схем и продукции, содержащей интегральные схемы, будут серьезно ограничены из-за глобального доминирования американского программного обеспечения, технологий и оборудования в этом секторе. Воздействие, прогнозировало AP, может распространиться на авионику, станки, смартфоны, игровые приставки, планшеты и телевизоры. «Такие санкции могут также быть нацелены на важнейшую российскую промышленность, включая ее оборонный сектор и сектор гражданской авиации, что ударит по амбициям России в области высоких технологий, будь то в области искусственного интеллекта или квантовых вычислений», – констатировало АР.

Все это к тому, что стратегическое отставание отечественной микроэлектронной промышленности стало важнейшим политическим фактором, определяющим место и роль России в мире. И этот gap (зазор) в микроэлектронике не компенсируешь никакими бомбами и гиперзвуковыми ракетами. Санкционное давление на РФ в этом сегменте оказывается даже более критично, чем при строительстве «Северного потока – 2».

Плотная упаковка

Сейчас в производстве чипов доминируют азиатские компании – тайваньская TSMC, южнокорейская Samsung, китайская Huawei. Принципиально важен технологический аспект: производство чипов у этих лидеров переходит на топологию 7, 5 и даже 2 нанометра (нм). В России же более или менее освоен масштаб 90 и 60 нм. Год назад, как о большом достижении, российский институт развития ВЭБ. РФ объявил о запуске нового производства микросхем с топологией 130–90 нм на заводе «Ангстрем-Т» в Зеленограде.

«А зачем нужна топология 7, 5 нм? Может быть, есть предел, за которым уже нет смысла дальнейшей миниатюризации?» – с таким вопросом «НГ» обратилась к авторитетному отечественному эксперту по стратегической аналитике Сергею Карелову. «Это принципиально важно. Речь идет не о размере. Речь идет о производительности. Чем плотнее упаковка, чем меньше нанометров, тем производительнее получается чип. Все, что сейчас есть в искусственном интеллекте, все, что сейчас есть в высокой компьютерной графике, в любом суперкомпьютинге и в центрах Big Data, – это все самые производительные чипы», – объяснил эксперт.

Такова внутренняя логика развития микроэлектронной отрасли: через несколько ступенек здесь не прыгнешь, чтобы добраться до 7, 5 и 2-нанометровой топологии в производстве чипов, придется пройти все промежуточные этапы. Компенсировать разрыв возможно только за счет ускорения темпов – не задерживаться долго на одной технологической ступеньке.

Именно поэтому сенсационно выглядит опубликованная в конце октября на специализированном портале ixbt.com статья «Институт прикладной физики РАН создает первый отечественный литограф для производства микроэлектроники по современным техпроцессам. «Альфа-машина» должна появиться в 2024 году».

«Прототип прототипа»

Литограф – это ключевое, хотя и далеко не единственное звено в производстве чипов. Электромагнитный луч вырисовывает на «вафле» (wafer) – диске из чистейшего кремния умопомрачительное количество необходимых электронных компонентов. Чем острее этот луч, тем плотнее упаковка этих компонентов. О том, насколько «высока» эта высокая технология, говорит, например, такое сравнение: острота луча уже 20 лет назад была такова, что позволяла «нарисовать» с орбиты Земли 10-центовую монету на ее поверхности. Но сейчас разработана технология так называемого EUV – экстремального ультрафиолета. К ней пока даже сравнение подобрать трудно. Достаточно сказать, что одна литографическая машина для производства чипов по технологии EUV состоит более чем из 100 тыс. деталей и поставляется заказчикам в 40 грузовых контейнерах. Фактически это полноценный завод. В мире только одна фирма в Нидерландах, ASML, может производить машины EUV. Заказы расписаны на два года вперед…

До сегодняшнего дня в России не было собственного литографического оборудования. Топологический масштаб в 90–65 нм достигнут на оборудовании американской компании AMD. Но тут удивляться нечему: более 80% нашего IT-оборудования (по некоторым позициям – до 100%) – импорт. И это уже устаревшее оборудование. Если не технически, то морально. И вдруг…

«В Институте прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) ведется разработка первой отечественной установки литографии для производства микроэлектроники по современным технологическим процессам.

Сейчас создан демонстрационный образец, который разработчики называют «прототип прототипа». На этой установке получены отдельные изображения на подложках с разрешением до предельных 7 нм, – отмечается в статье на ixbt.com. – Мировой технологический лидер в литографии компания ASML использует систему EUV-литографии уже около 20 лет. Специалисты отмечают сложность данной технологии плюс большие размеры используемого ультрафиолетового источника излучения. У иностранцев фотолитография заточена под массовое производство очень больших объемов. В России стоит задача не захватить мировой рынок, а первоначально обеспечить запросы своего. Поэтому для российского проекта важно качество. Российские физики уже в этом плане создали демонстратор технологии на другом источнике излучения – рентгеновском. При этом наш источник излучения в разы компактнее и чище в работе, что значительно влияет на стоимость, размеры и сложность оборудования. Оптическая система демонстратора, собранная в ИПФ РАН, уже превосходит все аналоги, существующие в мире на сегодняшний день. А на выходе при равной мощности оборудованию ASML источника излучения российская установка будет в 1,5–2 раза эффективнее того, что создано мировым лидером».

В полупроводниковом производстве задействовано более 50 видов сложного специализированного оборудования.  Источник: Semiconductor Industry Association. Strengthening the Global Semiconductor Supply Chain in an Uncertain Era. April, 2021.

Специалист по полупроводникам из крупного московского НИИ, к которому мы обратились с просьбой прокомментировать эту информацию, на условиях анонимности заявил: «В этом сообщении больше пиара. Но, с другой стороны, если люди работают в этом направлении – пусть работают. А вдруг получится…» Что называется, скрещиваем пальцы. А вдруг и вправду получится…

А вот доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Дмитрий Квон был предельно откровенен: «Они пишут: «А на выходе при равной мощности оборудованию ASML источника излучения российская установка будет в 1,5–2 раза эффективнее того, что создано мировым лидером». Это вранье».

Деньги – условие необходимое

Между тем правительство России действительно прилагает массированные усилия, чтобы решить проблему «чиповой достаточности» отечественной экономики. Так, государство в 2023 году планирует увеличить финансирование госпрограммы «Развитие электронной и радиоэлектронной промышленности» по сравнению с текущим годом в 1,8 раза – до 71 млрд руб. с 39,3 млрд руб., следует из пояснительной записки к проекту бюджета на предстоящую трехлетку. Увеличены ассигнования «на предоставление субсидий российским организациям на финансовое обеспечение части затрат на создание электронной компонентной базы и модулей в связи с уточнением прогноза потребностей со стороны получателей» (рост на 12,98 млрд руб. в 2023 году, на 12 млрд – в 2024-м и на 7,6 млрд руб. – в 2025 году относительно предыдущей трехлетки).

Правительство РФ будет ежегодно выделять субъектам дополнительные средства на развитие в стране собственной электронной индустрии».

«Для этого мы запустим дополнительную меру – поддержим старт новых проектов в промышленных технопарках, выделим российским субъектам специальные субсидии на софинансирование их расходов по формированию профильной инфраструктуры», – заявил премьер-министр РФ Михаил Мишустин 26 сентября на совещании с вице-премьерами. Он отметил, что сумма составит до 300 млн руб. в год для каждого региона, который представит свои проекты на отбор. Интерфакс приводит слова премьера: «Эти средства позволят снизить затраты управляющих компаний технопарков и соответственно предложить бизнесу более благоприятные условия, облегчить формирование на таких территориях центров технологических компетенций, коллективного проектирования и дизайна, а значит – расширить мощности для подготовки и выпуска прототипов».

Общий объем финансирования новой программы в 2023–2025 годах составит 7,2 млрд руб., говорится в сообщении на сайте правительства. Субсидии будут выделяться в рамках государственной программы «Развитие электронной и радиоэлектронной промышленности». Мишустин отметил, что «благодаря такой помощи в ближайшие семь лет появится не менее 150 тыс. кв. м современных производственных площадей и до 3 тыс. рабочих мест».

Недавно сообщалось также, что после введения рядом стран антироссийских санкций Минпромторг предложил направить 70–100 млрд руб. на закупку через Фонд развития промышленности комплектующих, электронной компонентной базы, сырья, материалов для производства российской радиоэлектронной продукции.

Кстати, в этом контексте отнюдь не случайным выглядит то, что новым президентом Российской академии наук 20 сентября 2022 года был выбран академик Геннадий Красников, специалист именно в прикладной науке, в полупроводниковых технологиях. А кроме того, генеральный директор АО «НИИМЭ» (НИИ молекулярной электроники), председатель совета директоров ПАО «Микрон» и председатель совета директоров АО «НИИТМ» (НИИ точной механики).

Не литографией единой

И все-таки насколько реальна «литографическая» революция, которую вроде бы уверенно прогнозируют в Институте прикладной физики РАН: «В 2024 году должна быть готова «альфа-машина». Уже с этого момента установка станет рабочим оборудованием и будет рассчитана на проведение полного цикла операций».

«Здесь есть два аспекта, – пояснил в беседе с «НГ» Сергей Карелов. – Первый – чисто технологический, а второй – экономический и логистический в то же время.

Что касается технологии. Предполагается, что предложено некое замечательное изобретение, позволяющее перепрыгнуть через несколько поколений литографической техники. В основе – отказ от ультрафиолета и использование рентгеновского излучения.

Наиболее близкая аналогия здесь – авиация, боинги и аэробусы. Такого рода самолеты производят всего две компании мира – Boinge и Airbus. А литографическое оборудование – всего одна компания в мире. И поэтому утверждение, что мы готовы это сделать – не важно за сколько лет, – равносильно тому, как если бы мы сказали, что сейчас можем сделать машины, которые будут соответствовать нынешним поколениям самолетов Boinge и Airbus, но они будут на ионных двигателях летать… Если кто-то не делал такие самолеты ни прошлого, ни позапрошлого поколения, но обещает, что сделает самолет будущего поколения, двигатель у которого будет не реактивный, а ионный… На это можно только пожать плечами».

По мнению эксперта «НГ», с технологической точки зрения производители могут обещать что угодно, однако законы технической реальности быстро приземляют полет фантазии. И пример замечательной эйндховенской компании ASML, на литографическом оборудовании которой сегодня работает весь полупроводниковый мир, в этом смысле более чем доказательный.

«Вы знаете, сколько они вложили в создание такого производства с середины 1990-х? 60 млрд долл. своих денег, – поясняет Сергей Карелов. – Сейчас компания стоит около 200 млрд долл. И они создавали это – технологию «экстремальный ультрафиолет», EUV, – 10 лет. Одна такая литографическая машина стоит 150 млн долл. Сама «машинка» отгружается заказчику на 20 грузовиках, четыре боинга ее транспортируют. Количество различных запатентованных технологий, помимо самого ЕUV, составляет 250. При этом собираются эти «машинки» в уникально чистых помещениях: это самые чистые сейчас помещения в мире – в 10 тыс. раз чище, чем наружный воздух».

Не надо забывать и о логистике производственного процесса: из чего все это литографическое оборудование состоит. Собственно литография – это всего лишь один из примерно 50 этапов технологических производств. «Представим себе, что мы построили сейчас такую чудо-машину (непонятно, за счет чего). Но проблема заключается в том, что надо заводы строить по производству микросхем, а не просто литографические машины. Ведь литография только позволяет «нарисовать» вафлю. А дальше нужны заводы. Литографическое оборудование не производит микросхем», – напоминает Сергей Карелов. И тут вступают в игру геополитические расчеты.

На данный момент около 25% мирового производства в целом и более 90% высокопроизводительных чипов занимает тайваньская компания TSMC. Всего три фирмы в мире являются такими контрактными производителями: Samsung, Intel и TSMC. И эти микросхемы они делают на голландских литографических EUV-машинах. «На TSMC делают свои чипы все, начиная от Apple до Nvidia, – подчеркивает Карелов. – И вот сейчас американцы пытаются увести хотя бы часть этих заводов. Вопрос – какова стоимость этого переноса? То есть сколько стоит полный цикл производства микросхем, а не только литографической его части. Такие расчеты сделаны: 1,2 трлн долл. единовременно и плюс по 125 млрд ежегодно в течение 10 лет».

Вспомним еще раз выступление главного исполнительного директора Intel Пэта Гелсингера на октябрьской технологической конференции WSJ. Он, в частности, акцентировал внимание на том, что в прошлом году Intel объявила о намерении выделить около 95 млрд долл. на строительство предприятия по выпуску чипов в Европе, а в январе 2022 года сообщила, что направит не менее 20 млрд на строительство завода в американском штате Огайо. По словам Гелсингера, цель этих шагов – наращивание производства микросхем в западных странах, чтобы сократить долю выпуска чипов в Азии с нынешних 80% до 50% к концу десятилетия. В частности, 30% производства должно приходиться на США и 20% – на Европу, заявил глава Intel. «Мы все будем чувствовать себя лучше, если это получится», – резюмировал он.

Наконец, во всей это истории с рентгеновской революцией в литографии микрочипов технологический фактор очень сильно зависит (а может быть, даже определяется) от экономического компонента. Сергей Карелов поясняет: «Дело заключается в том, что в этой статье есть фраза, которая раскрывает весь секрет. Они заявляют, что, мол, мы не собираемся производить микрочипы для всего мира, а в ограниченном количестве на этой литографической машине мы сможем их произвести, чтобы обеспечить внутренние нужды. Это означает, что повторяется точно такая же история, которая была всегда в Советском Союзе со всей электроникой: мы производили все в ограниченных сериях – для оборонки, для специальных целей. Но как только у вас серия становится такой маленькой, ограниченной, то литографическая машина, которая стоит 150 млн у голландцев, у нас будет стоить 15 млрд.

Это означает, что, даже если все технологические и логистические чудеса у вас случаются одновременно, экономически это будет абсолютно неоправданно. И это никому не нужно. Это старый трюк».

«То есть в данном случае нужно идти поэтапно в технологическом развитии? И это – комплексная задача?» – поинтересовались мы мнением эксперта…

«Да, – категорически настаивает Сергей Карелов. – Вот китайцы же поставили задачу перейти от 7-нанометровых технологий на 5- и 2-нанометровые. Они к 2030 году собираются у себя сделать полный цикл такого производства. При этом уже сейчас в год у них появляется тысяча компаний, которые работают на решение этой задачи».