Коллапс китайской микроэлектронной промышленности: о переносе производства чипов и добычи редкоземельных элементов в США
Самый большой, мощный и производительный процессор в мире. Размеры WSE-2 составляют 220x220 мм – на производство одной такой микросхемы уходит целая 300-миллиметровая кремниевая пластина. На площади чипа размером 46 255 мм2 (примерно в 56 раз больше площади самого крупного графического процессора Nvidia A100) умещается 2,6 трлн транзисторов.
Несколько лет назад часто можно было услышать заявления о том, что страны Первого мира якобы невероятно сильно зависят от производства высоких технологий в Китае. Порой эта точка зрения опиралась на откровенные спекуляции: например, КНР приписывали аж 80 % объема от мирового производства чипов (конечно, так и есть, если считать часть Китая – Тайвань), а кто-то заявлял о том, что «в Америке и Европе некому работать на производствах».
Но как дела обстоят на самом деле?
В статье «Американская стратегия крушения Китая: как за одно десятилетие сломить вторую экономику мира» подробно описан процесс того, как КНР была в кратчайшие сроки вытеснена со своих позиций на мировом рынке микроэлектроники.
Но упомянутые в материале события получили дальнейшее развитие: Япония, США и Южная Корея расширяют национальное производство чипов на своей территории. Можно сказать, это контрольный удар, который не оставит Пекину никаких шансов на реванш в долгосрочной перспективе.
Токио выделило $5,2 млрд из дополнительного бюджета страны на постройку нового завода TSMC и производств Micron и Kioxia.
Сенат Конгресса США выделил 52 млрд долларов на развитие производства полупроводников в стране, а «Intel» прямо сейчас строит фабрики 52 и 62 в Аризоне, которые будут введены в строй в 2024 году. Помимо этого, проводится модернизация производства на заводе в Нью-Мехико, а в Тейлоре (штат Техас) возводится производственный комплекс Samsung. В свою очередь, в Финиксе (штат Аризона) будет построен комплекс тайваньской TSMC.
Ориентировочно, в течение ближайших двух лет перечисленные производственные мощности заработают на полную, и уже к 2030 году США займут как минимум 30 % бурно развивающегося мирового рынка микроэлектроники (в 1997 году она составляла 37 %, в настоящее время – 12 %, что связано с переносом производств в Китай, чья доля на пике, к слову, составляла... 30 % рынка).
Подобный прогноз, пожалуй, в каком-то отношении можно даже назвать полным скептицизма: Китай буквально с каждым днем теряет рынок из-за того, что может производить исключительно устаревшую продукцию, а США как оставались, так и остаются одной ведущих держав в сфере производства полупроводников.
Последние данные по госдолгу КНР. Меры по возвращению производств в «колыбель высоких технологий» связаны в том числе и с этим – ближайшее десятилетие американская коалиция будет «засушивать» экономику Китая, чтобы избежать негативных последствий ее полного краха. В любом случае можно констатировать очевидный факт – эпоха «главной фабрики мира» прошла.
Как обстоят дела в самом Китае?
Рассказывая о перераспределении мирового рынка микроэлектроники, необходимо отдельно рассмотреть реакцию на данные процессы наиболее пострадавшей стороны – КНР.
В 2018 году Китай был не просто лишен доступа к передовым технологиям производства чипов – Пекин в буквальном смысле спихнули на обочину в преддверии нового витка микроэлектронной эволюции.
В течение последних лет ее пиком был техпроцесс 7-нм (КНР технологию его производства так и не получила), но буквально несколько дней назад Тайвань в лице компании TSMC запустил опытное производство 3-нм чипов. IBM еще в мае презентовали прототип чипа 2-нм, а теперь совместно с Samsung работают над уникальной технологией вертикального расположения транзисторов VTFET, которая в перспективе позволит преодолеть барьер в 1-нм (!).
Отдельную пикантность появлению этих технологий придает то, что в массовое производство они будут запущены примерно в те же сроки, в какие США достроят и запустят новые заводы микроэлектронной промышленности – то есть ориентировочно в 2024–2025 году.
Вероятно, не все читатели понимают, в чем заключается смысл эволюции чипов. Дабы не утруждать Вас занудной теорией, я поясню разницу в простых и понятных категориях.
Итак, возможности производства т. н. интеллектуальных систем вооружений напрямую зависят от ваших вычислительных мощностей, которые, в свою очередь, зависят от эволюции техпроцесса. Чем качественнее (меньше в нм) техпроцесс, тем компактнее и производительнее чипы – а чем они компактнее, тем меньшее по размерности «умное оружие» вы можете производить.
Если максимально упростить, то противокорабельная ракета «Гранит» 70-х годов и, например, современный дрон-камикадзе уровня израильского «Харопа» имеют большое количество схожих черт: они могут самостоятельно искать цель, производить ее селекцию по приоритетности и атаковать.
Концептуально оружие схоже, но вы при всем желании не сможете воспроизвести «Хароп» на технологиях бортового компьютера «Гранита».
Почему?
Исключительно из-за компактности микроэлектроники, используемой в «Харопе».
Нельзя сказать, что у КНР вообще были шансы как-либо изменить сложившуюся стратегическую обстановку – но теперь таковых нет вовсе.
«80 % рынка процессов производства и проектирования микросхем: травление, ионная имплантация, электрохимическое осаждение, проверка пластин и программное обеспечение для проектирования, находится в руках американских компаний»,
– из статьи US-China tech war: Beijing's secret chipmaking champions издания Nikkei Asia.
Самые современные чипы, которые Китай имеет возможность выпускать самостоятельно – это 55/40 нанометров. Это даже не вчерашний день – это отставание длиною в годы и десятилетия.
Конечно же, Пекин отчаянно пытается показать, что контролирует ситуацию – последние месяцы ознаменовались большим количеством презентаций якобы «новейших китайских разработок» микроэлектронных компонентов от никому ранее не известных фирм. Естественно, данные устройства не имеют ни сколько-нибудь конкретного описания, ни характеристик – это не более чем фейки.
Реальная ситуация в КНР обстоит примерно таким образом:
«Бывший вице-президент отдела исследований и разработок SMIC Ханмин Ву и вовсе поставил под сомнение соблюдение закона Мура. Ву также утверждал, что Китаю следует сосредоточиться на производстве чипов по нормам «зрелых» техпроцессов, таких как 55-нм, которые страна может производить без использования импортного оборудования».
Пекин не оригинален в своей риторике – как и многие технологически отстающие, но политически амбициозные страны, он пытается отрицать как таковой практический смысл эволюции микроэлектроники (подобное ранее, к слову, наблюдалось и в СССР – к сожалению, до сих пор можно встретить людей, уверенных в неких фантастических характеристиках советских ламповых ЭВМ). Впрочем, буквально рухнувшие в два раза объемы продаж китайской высокотехнологичной продукции (с 660 до 350 млрд долларов) лучшим образом демонстрируют всю порочность такого подхода.
«Раньше китайские производители микросхем использовали только ведущее производственное оборудование, которое все другие ведущие мировые производители микросхем, такие как Samsung и Intel, также используют на своих производственных линиях. Кто возьмется использовать и попробовать степперы отечественного производства, которые могут повлиять на качество продукции?»
– из анонимного интервью с сотрудником китайского производителя микросхем для издания Nikkei Asia.
Фото: IBM RESEARCH
Естественно, это находит отражение и в нарочито агрессивной внешней политике КНР: Пекин отнюдь не просто так усилил враждебную риторику в отношении Тайваня.
Единственная сомнительная возможность Китая хоть как-то удержаться на рынке высоких технологий – это захватить остров. При этом Пекин не столько нуждается в контроле его промышленных мощностей, сколько... в их уничтожении.
Китайская Республика производит 50 % мировой микроэлектроники, и физическая ликвидация ее производственного потенциала может вызвать настоящий коллапс планетарного масштаба – ведь для замещения Тайваня ориентировочно потребуется не менее 7–10 лет.
Впрочем, в случае подобного развития событий КНР вряд ли ожидают хоть сколь-нибудь радужные перспективы – только война с половиной земного шара, поражение и последующая выплата контрибуции.
Редкоземельные элементы
Китай является одним из основных мировых поставщиков редкоземельных элементов, которые используются в производстве чипов.
Благодаря этому Пекин начал шантажировать страны Первого мира, угрожая остановкой поставок США, Японии, Южной Кореи и Тайваню (подобная ситуация наблюдалась в том числе и с высокотехнологичной продукцией производства КНР – Пекин опрометчиво использовал ее в качестве рычага давления).
«Редкоземельные элементы имеют решающее значение для широкого спектра технологий, используемых как в коммерческих, так и в оборонных целях, включая электромобили, солнечные батареи, волоконную оптику и высокопрочные постоянные магниты. Этот проект предоставит ценную информацию о развитии отечественных ресурсов редкоземельных элементов и технологий разделения, которые могут улучшить предложение и доступность редкоземельных элементов для удовлетворения растущего спроса»,
– из заявления президента «General Atomics» Скотта Форни.
Естественно, этот шаг оказался очередной ошибкой китайского руководства – западные страны немедленно ответили программой замещения поставок редкоземельных элементов, добываемых в КНР.
Вот, например, Министерство энергетики США совместно с корпорацией General Atomics, ее европейским филиалом Umwelt-und-Ingenieurtechnik GmbH (UIT), компанией Rare Element Resources, LNV и Ardurra Group начали строительство перерабатывающего завода на территории штата Вайоминг.
Не в столь отдаленной перспективе (~5 лет) полный цикл производства всей мировой микроэлектроники будет вновь сосредоточен исключительно в руках США и их ближайших союзников.
Это позволит странам западного блока полностью контролировать распространение новейших технологий, ограничивая военный потенциал их противников.
Подобное уже наблюдалось в годы холодной войны, когда Советский Союз годами пытался купить у Америки компьютеры (например, CYBER 172 для Гидрометцентра СССР), получая разрешение закупать лишь глубоко устаревшие машины, непригодные для вычислений, связанных с работой стратегически важных областей науки (атомная энергетика, космос и т.д.).
Информация