Какие меры нужны России в развитии производства чипов

Основные статьи:

• Полупроводники (мировой рынок)
• Полупроводники (рынок России)
• Микроэлектроника (мировой рынок)

Актуальные вызовы и кризисные явления

К началу 2023 года мировая микроэлектронная промышленность столкнулась с тройным кризисом: падением спроса на передовые технологии, возрастающей нехваткой высококвалифицированных специалистов и дефицитом микроэлектронной продукции широкого потребления.

𝓲

vecstock/Freepik

После стремительного роста мировой полупроводниковой отрасли на 25% в 2021 году прогнозировавшийся в 2022 году рост на 13–14% к четвертому кварталу замедлился до 4%. Растущие процентные ставки, высокая инфляция, снижение потребительского доверия и спад фондового рынка привели к снижению рыночной капитализации 10 крупнейших мировых компаний по производству чипов на 34% с $2,9 трлн в ноябре 2021 года до $1,9 трлн в ноябре 2022 года^[1]. С января по октябрь 2022 года индекс Philadelphia Semiconductor^[2] снизился на 45% и по итогам года показал снижение на 37%.

Передовое производство вышло за границы рентабельности, что вызвало как падение предложения, так и отсутствие должного спроса. Параллельно возросла потребность в микроэлектронике на стандартах 50-100 нм. Фиксируется нехватка микросхем для бытовых товаров и автомобильной промышленности (системы управления питанием, микроконтроллеры, модульные дисплеи).

По мнению экспертов KPMG, в 2023 году в связи с ростом доли электромобилей и интенсивным внедрением чипов будет увеличиваться вклад микроэлектронного сегмента в рост автопрома^[3]. 21st Century Capital Research Institute считает, что спрос на автоэлектронику, такую как IGBT, SiC и автомобильные датчики, будет стимулировать дальнейший рост производителей соответствующей продукции^[4].

По мнению руководства Qualcomm, медленный рост большинства сегментов рынка электроники напрямую связан с такими внешними факторами, как инфляция^[5]. В ответ на удорожание производства, сокращение резерва компонентов для цепочки поставок, снижение прибыли многие производители чипов сокращают расходы, оптимизируют численность персонала и капитальные затраты на дополнительные мощности. Если говорить о перспективах, то эксперты из IDC и SMIC ориентируются на переломный момент во второй половине 2023 года и восстановление сегмента в 2024 году.

Национальные и региональные проекты и инициативы в отрасли

Китайская Народная Республика

Обеспечение непрерывных поставок чипов является для КНР вопросом национального приоритета. Еще в 2014 году была запущена инициатива «Сделано в Китае 2025» (Made in China 2025). В ее рамках создан Фонд интегральных схем (Integrated Circuit Fund) для поддержки развития местной электронной промышленности^[6]. Фонд действует как юридическое лицо при Министерстве промышленности и информационных технологий и Министерстве финансов, ключевым акционером управляющей компании фонда Sino IC Capital выступает Банк развития Китая. В первом раунде финансирования ICF привлек $21,8 млрд. В 2019 году в рамках второй фазы фонд получил финансирование в объеме $29,08 млрд^[7].

Вопрос обеспечения микроэлектроникой оказывает влияние на все цифровые области развития, в т.ч. и на приоритетную для Пекина разработку сетей 5G и 6G. По данным Министерства промышленности и информационных технологий, 5G используют в 200 шахтах, на 1 тыс. заводов, в 180 сетях электроснабжения, 89 портах и 600 больницах по всему Китаю. Впечатляющих успехов Китай добился в квантовой информатике, создав машины, конкурирующие с суперкомпьютерами США.

На этом фоне Китай вкладывает более $100 млрд в строительство заводов и организует местное производство оборудования для работы с пластинами и EDA^[8]. По данным Reuters, в 2023 году на развитие национальной полупроводниковой отрасли власти Китая могут выделить до $143 млрд^[9], в т.ч. на субсидирование закупок китайскими компаниями производственного оборудования.

Тайвань

Тайваньская компания TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) является мировым лидером в области полупроводников; в 2021 году ею производилось до 92% высокотехнологичных чипов мира^[10]. Компанией налажена полная цепочка поставок для замкнутого цикла производства полупроводников. Чистая прибыль TSMC за 12 месяцев на конец сентября 2022 года выросла на 45% в сравнении с предыдущим аналогичным периодом^[11], а в 2023 году аналитики из Institute for Information Industry прогнозируют рост тайваньской индустрии чипов на 1,7%^[12].

Тем не менее, для сохранения рентабельности тайваньские производители вынуждены поддержать тенденцию по транзиту инновационного производства в США. Так, на церемонии открытия завода TSMC в Фениксе, Аризона, в декабре 2022 года основатель компании М. Чанг анонсировал рост инвестиций до $40 млрд и запуск в 2026 году второй фабрики по производству чипов 5-нм и 3-нм.

Тайвань рассчитывает на финансирование своих «френдшоринговых» проектов со стороны США. Однако велик риск того, что крупные производители, такие как Intel, навяжут китайцам борьбу за диверсификацию производства и параллельно предпримут попытку переманить кадровые ресурсы TSMC. Кроме того, руководство компании признает, что транзит мощностей повлечет удорожание продукции на 55%^[13]. Таким образом, вопрос поддержания рентабельности для тайваньских изготовителей чипов не только сохраняется, но и обострится по мере реализации крупных проектов мировыми конкурентами.

Республика Индия

В мае 2022 года Правительство Индии объявило о запуске «дорожной карты» для проектирования и производства полупроводников на архитектуре RISC-V, которая позиционируется как базовая для ЭВМ с сокращенным набором команд (RISC), имеет модульную конструкцию и распространяется по безвозмездным лицензиям с открытым исходным кодом, в отличие от более известной архитектуры ARM.

Попытки развивать RISC-V Индия демонстрирует еще с 2020 года, когда в стране впервые был проведен конкурс инженеров для продвижения разработок на данной платформе. При этом уже в 2021 году стартап SiFive объявил о разработке ядра на RISC-V, которое догнало по производительности семейство Intel Rocket Lake и ARM Cortex-A78^[14]. В рамках микропроцессорной программы Digital India RISC-V (DIR-V) индийская промышленность и наука будут разрабатывать системы на кристаллах (SoC) для серверов, мобильных устройств, автомобильных приложений, устройств IoT и микроконтроллеров^[15].

Р. Чандрасекар, бывший разработчик чипов Intel, в настоящее время министр Индии по вопросам предпринимательства, развития навыков, электроники и технологий, утверждает, что в рамках DIR-V предполагается «к декабрю 2023 года достичь отраслевых стандартов в области кремния и дизайна кристаллов». Программа будет основываться на опыте, полученном при разработке индийских процессоров на RISC-V - Shakti и Vega. Проекты Shakti для серверов и высокопроизводительных приложений пока находятся в процессе разработки^[16]. Технологии Vega носят более перспективный характер и уже применяются в ряде SoC-систем.

Власти Индии называют эти усилия «ранними шагами в разработке процессоров». Однако еще в Концепции Национальной политики в области электроники на 2019 год (NPE 2019^[17]) была сформулирована цель постепенно превратить Индию в глобальный центр проектирования и производства электронных систем (ESDM) путем поощрения и стимулирования возможностей для разработки основных компонентов и создания благоприятных условий для конкуренции на мировом уровне^[18]. В стране регулярно проводятся трехдневные «фестивали» полупроводников с участием Intel, TSMC, Qualcomm, Micron. В 2022 году Индия в качестве члена совета премьер-министров присоединилась к RISC-V International — некоммерческой организации, курирующей данную архитектуру.

Отдельного внимания заслуживает и координация работы индийских исполнительных органов власти и отраслевых стейкхолдеров. В рамках «дорожной карты» по «устойчивому производству и экспорту электроники на сумму $300 млрд к 2026 году»^[19] экспертное сообщество совместно с представителями деловых кругов предложило руководству страны принять следующие меры по поддержке отрасли: снижение затрат на ведение бизнеса; активное предоставление стимулов, связанных с производством; снижение импортных тарифов; поощрение иностранных производителей к созданию экосистемы компонентов в стране; прояснение законодательства в сфере ПИИ, ускоренное развитие НИОКР; инфраструктурная поддержка независимых производственных кластеров; упрощение выдачи разрешений и подачи заявок в сфере ИИ. Комплексное выполнение рекомендаций должно помочь Индии качественно расширить присутствие на глобальном рынке чипов.

Республика Корея

В предшествующие десятилетия корейская микроэлектроника была сосредоточена на продвижении полупроводниковой памяти на основе стратегии выбора и целенаправленности. В результате Samsung и SK Hynix стали ведущими игроками на глобальном рынке памяти, а страна уже создает 3-нм чипы и планирует производство 2-нм к 2025 году и 1,4-нм к 2027 году^[20].

Однако в свете четвертого технологического перехода для страны стало важным развивать сектора, не связанные с памятью, конкурируя с тайваньской TSMC и другими компаниями. Кроме того, экосистема корейской полупроводниковой промышленности имеет существенные уязвимости в рабочей силе, материалах, компонентах и оборудовании. По оценкам профильного министерства, в ближайшие 10 лет отрасли потребуется примерно 150 тыс новых кадров^[21].

В связи с этим, руководствуясь необходимостью развития системных полупроводников, корейское правительство приняло стратегии «System Semiconductor Vision and Strategy» (2019) и «K-Semiconductor (Belt) Strategy» (2021). Оба документа нацелены на рост конкурентоспособности и расширение внутреннего производства за счет укрепления отраслевой экосистемы^[22]. На разработку чипов следующего поколения выделят субсидии в размере 1,5 трлн вон и льготные кредиты на сумму 1 трлн вон.

С помощью комплекса мер поддержки Республика Корея намерена более чем удвоить ежегодные поставки чипов за рубеж и достичь $200 млрд в 2030 году с $99,2 млрд в 2020 году. Инвестиционный план на десятилетие составил 510 трлн вон (~$453 млрд)^[23].

В марте 2023 года Министерство торговли и промышленности сообщило о проекте по привлечению 150 компаний и $234 млрд инвестиций для создания к 2042 году в столичном регионе крупнейшего в мире микроэлектронного кластера^[24]. Также сообщалось о планах по строительству пяти высокотехнологичных заводов по производству чипов.

Европейский союз

Еще в 2020 году в целях предупредить дефицит кадров в инженерно-технической отрасли ЕС предложил заинтересованным сторонам заключить «Пакт о повышении квалификации» (Pact for Skills). Реализация рассчитана до 2025 года и подразумевает вовлечение до 250 тыс. человек с совокупным финансированием €2 млрд^[25].

В продолжение заданного Пактом курса в июле 2021 года Европейская комиссия учредила Европейский альянс по процессорам и полупроводниковым технологиям, объединяющий ключевых участников разработки и производства чипов^[26]. Масштабным шагом по развитию отрасли стал общеевропейский план «Digital Compass» 2021 года по созданию собственной микроэлектронной экосистемы. В рамках полупроводниковой стратегии ЕС задано пять основных целей:

• укрепление лидерства Европы в сфере НИОКР;
• укрепление собственного потенциала для внедрения инноваций в производство передовых чипов и превращение их в коммерческие продукты;
• создание основы для существенного увеличения производственных мощностей к 2030 году;
• устранение дефицита кадров, привлечение новых талантов и поддержка квалифицированной рабочей силы;
• выработка глубокого понимания глобальных цепочек поставок чипов^[27].

Согласно планам к 2030 году на долю ЕС должно приходиться около 20% глобального производства полупроводников (при исходных показателях - менее 10%).

Осенью 2022 года ЕС принял «Закон о европейских чипах» (The European Chips Act). На его реализацию страны Евросоюза готовы выделить €43 млрд^[28].

Бюджет ЕС должен поддержать инициативу на €1,65 млрд (по программе Horizon Europe^[29]) и €1,65 млрд (по программе Digital Europe^[30]). Из общей суммы в €3,3 млрд в рамках совместного развития полупроводников будут реализованы €2,875 млрд^[31].

Реализация нового плана станет проверкой способности ЕС проводить промышленную политику такого масштаба. Однако препятствием к технологическому прорыву может стать отсутствие в континентальной Европе крупного микроэлектронного кластера^[32]. Ещё в 2021 году в ЕС высказывали мнения, что один из тройки крупнейших мировых производителей чипов (TSMC, Samsung и Intel) построит в Европе современный завод микроэлектроники, но пока ни с одной из этих корпораций не достигнуто договоренности.

На фоне кризисных тенденций европейские институты активно перераспределяют нагрузку между членами ЕС. В июне 2023 года Еврокомиссия одобрила масштабную программу по поддержке отрасли IPCEI ME/CT (Important Project of Common European Interest MicroElectronics and Communication Technologies^[33]), которая объединит усилия 14 европейских стран. На развитие микроэлектроники и коммуникаций будут выделены гранты в объеме более €8 млрд. Еврочиновники рассчитывают привлечь частные инвестиции на сумму около €13,7 млрд.

Соединённые Штаты Америки

В конце июля 2022 года конгресс США принял «Закон о чипах» («CHIPS and Science Act»), направленный на поддержку собственных производителей электроники. Согласно документу, общие расходы на развитие отрасли составят $280 млрд^[34]. В рамках Закона на исследования, разработку, производство полупроводников и развитие рабочей силы из бюджета выделяются $52,7 млрд, из них $39 млрд на стимулирование производства, в т.ч. $2 млрд на чипы прошлого поколения, используемые в автомобилях и оборонных системах, $13,2 млрд на исследования и разработки и развитие рабочей силы и $500 млн для обеспечения международной безопасности информационно-коммуникационных технологий и деятельности цепочки поставок чипов. Также закон предоставляет 25% инвестиционный налоговый кредит на капитальные затраты на производство полупроводников и сопутствующего оборудования^[35]. В сентябре 2022 года в рамках имплементации закона была создана межведомственная экспертная рабочая группа по вопросам реализации проектов для высокотехнологичного производства.

Для эффективной реализации Закона в рамках исполнительной власти из числа федеральных министров, помощников президента и руководителей профильных ведомств был создан Руководящий совет по внедрению CHIPS (Steering Council). Также к работе подключается Консультационный совет по науке и технологиям при президенте США (PCAST^[36]).

Другой масштабный «Закон о содействии производству полупроводников в США» (FABS Act^[37]) предусматривает выделение еще $52 млрд из федерального бюджета на строительство «фабрик чипов»^[38]. При этом компании, получившие свыше $150 млн прямого финансирования, обязаны делиться с правительством США частью дополнительной прибыли^[39]. В числе таких компаний следует выделить несколько основных:

1. Intel. В 2021 году начала строить Fab 52 и Fab 62 в штате Аризона^[40]. Объекты будут использоваться для производства чипов по технологии «Intel 20A», что должно соответствовать 5-нм техпроцессу. Стоимость проекта - $40 млрд^[41].
2. GlobalFoundries. Анонсировала выделение около $1 млрд для расширения действующего промышленного объекта Fab 8. Также планируется строительство нового завода в городе Мальта, штат Нью-Йорк^[42].
3. Samsung Foundry. Сейчас выпускает продукцию для американских потребителей в Остине, Техас. Речь идет о чипах, выполненных по техпроцессу 32 нм, 28 нм, и 14 нм. Планирует построить еще один завод близ Тейлора, Техас. Проект оценивают в $17 млрд^[43].
4. Texas Instruments. Возводит в Техасе новую фабрику стоимостью около $30 млрд^[44]. Также в программе участвует и компания TSMC.

В контексте текущего развития микроэлектронной индустрии в США следует отметить и новый «Национальный стратегический план по развитию ИИ» (National Artificial Intelligence R&D Strategic Plan)^[45]. Документ, в частности, предусматривает развитие исследований в области нейроморфных процессоров^[46]. Таким образом, можно ожидать активизации усилий США по разработке архитектуры такого типа, что придаст импульс инновационным решениям в части элементной базы.

Великобритания

В стране реализуется, хотя и с большими задержками, долгосрочная стратегия по развитию индустрии полупроводников. Проблемы, по оценке специалистов, связаны с новыми назначениями и кадровыми перестановками в правительстве. В мае 2023 года власти страны объявили о выделении £1 млрд на развитие чипов в ближайшие 10 лет. Планируется, что первый транш в размере £200 млн будет распределен до 2025 года. Стратегия британцев, в отличие от США и ЕС, сосредоточена на развитии т. н. «бесфабричных» компаний и продаже технологий.

Общие выводы и рекомендации

1. США, ЕС, Китай, Индия, Республика Корея активно выделяют значительные финансовые средства на амбициозные долгосрочные проекты и ведут поиск эффективных политик управления отраслью. В фокусе три основных направления: локализация производства на национальной территории; доступ к новейшим технологиям и укрепление позиций в цепочках производства; квалифицированные кадры.
2. В свете обострения глобальной конкуренции России необходимо принять меры по обеспечению стабильного доступа к микроэлектронике из ведущих центров производства, запуску комплексной программы по созданию собственных производственных мощностей.
   Недообеспеченность чипами отечественного хозяйственного комплекса может привести к срыву инфраструктурных проектов, отраслевых и профильных программ (особенно в сфере связи, промышленной электроники, транспорта, медицины, машиностроения), подорвать меганаучные инициативы и разработки (квантовые вычисления, искусственный интеллект, экспериментальные работы в области ядерной физики). Это неизбежно скажется на общем развитии экономики, на скорости реализации технологических инноваций и в целом на геостратегических позициях страны.
3. Для оптимизации развития отечественной микроэлектроники целесообразно сосредоточить усилия всех национальных органов в рамках единой, хорошо продуманной и реально осуществимой программы. Важно учесть опыт имплементации такого рода программ в странах со схожим состоянием национального полупроводникового сегмента, в частности, долгосрочного плана развития отрасли в Индии (интерес могут представить упомянутые выше рекомендации индийскому правительству в рамках «дорожной карты» по «устойчивому производству и экспорту электроники на сумму $300 млрд к 2026 году»^[47]).
4. При разработке отечественной стратегии по созданию собственных микроэлектронных мощностей необходимо продумать политику и поэтапные шаги по всем составляющим: сырье и компоненты; исследования и проектирование; технологии/техпроцессы; производственная база и оборудование, квалифицированные кадры.
5. Было бы рациональным осуществить инвентаризацию и прогнозирование: на основе потребностей отечественного народно-хозяйственного и оборонно-промышленного комплекса (текущие и перспективные проекты) провести тщательный расчет необходимых объемов полупроводниковой продукции по ключевым сегментам (четырем основным группам продуктов):
   1. микропроцессоры и логические устройства для ЭВМ, коммуникационного оборудования, бытовой электроники и т. п.;
   2. устройства хранения информации, DRAM (динамическая память с произвольным доступом с использованием полупроводниковых материалов), флеш-память NAND (сохраняет данные при отключенном питании) и другие;
   3. аппаратура для преобразования аналоговых сигналов в цифровые;
   4. оптоэлектроника, датчики/приводы и дискретные полупроводниковые компоненты (O-S-D) для генерации или восприятия света.
6. В условиях санкций и ограниченных возможностей международной кооперации важно предпринять усилия по выстраиванию производственных цепочек в рамках ЕАЭС, СНГ, БРИКС, двусторонних и многосторонних альянсов с дружественными и нейтральными странами.

При выборе направлений диалога с партнерами следует, в частности, оптимизировать переговорную политику с опорой на наличие в РФ отдельных компонентов и сырья для производства чипов. По ряду позиций наши экспортные возможности уникальны, что может способствовать заключению договоров по закупке готовой продукции и трансферу технологий.

Примечания