Итоги 2024 года в микроэлектронике
Ну что, 2024 год заканчивается, все подводят итоги года. Давайте тоже пробежимся по итогам года в микроэлектронике.
Мы пройдемся и по инвестициям в эту отрасль, по текущим показателям техпроцессов и ожидаемых технологических прорывах, поговорим что делают разные страны для поддержки этой отрасли.
Раньше развитие технологий форсировалось в основном военной промышленностью, еще в 10 лет назад преподаватели в университетах любили ссылаться на то, что все новейшие технологии сначала применяются в военной сфере, потом идут в авиацию и после уже приходят в быт. Однако уже тогда эта парадигма была изменена, как минимум в сфере полупроводников и производства чипов.
С момента популяризации персональных компьютеров, ноутбуков в сфере микроэлектроники начали появляться деньги на развитие полученные от “свободного” рынка, а началом производства видеоускорителей и смартфонов - все кратно умножилось.
С тех пор началась технологическая гонка “сделать меньше и лучше”, которая развивает индустрию производства чипов и каждый год в этом направлении происходят новые разработки за которыми следят мир и после эти достижению используются уже в другой технике. Все это конечно в конечном счете связано не только просто с открытиями смартфона или персонального компьютера, это связано с развитием все индустрии и спроса которая вокруг этого крутиться: цифровизация и оптимизация бизнеса, видеоигры, графика, безопасность, криптовалюты и пр.
Техпроцессы 2024 года
Тайваньский TSMC, мировой лидер в производстве чипов, в этом году выпускал чипы графических процессоров для Nvidia и AMD с техпроцессами 4 и 5-нм соответственно, SoC для смартфонов Xiaomi, Honor и Nothing Phone2 на технологии 4нм и прорыв года - это чип для A18 Bionic для iPhone 16 и Apple M3 Pro компьютеров Apple на технологии 3-нм. А вот процессор от MediaTek на -3нм Dimensity 9400 так и не показался нам на смартфонах в этом году.
Samsung Foundry выпускал процессоры для Samsung Galaxy S24 и Google Pixel 9 на технологии 4 нм, а Intel Foundry Services – видеоускоритель Intel Arc A770 6-нм и процессоры Intel Core i3-i9 -14 поколения на Raptor Lake Refresh (10-нм), Core Ultra (5/7/9) на Meteor Lake (7-нм) и новую линейку Core Ultra в октябре на Arrow Lake (3-нм)
Выпуском чипов по высоким технологиям особо больше никто не отличился, но что касается развития и перспективы то гонка продолжается. Казалось бы, в такой упорной борьбе новичкам не место, однако не тут то было, но обо всем по порядку.
Уменьшение техпроцесса
Тайваньская компания TSMC планирует запустить массовое производство 2-нм чипов к концу 2025 года, а к концу 2026 года - чипов, изготовленных по технологии A16 (1,6-нм). TSMC фокусируется на разработке транзисторов с кольцевым затвором (GAAFET) и технологии обратной подачи питания (BSPDN). В GAAFET канал полностью окружён затвором (gate), что позволяет лучше контролировать поток заряда. Это улучшение по сравнению с FinFET, где затвор "обволакивает" канал с трёх сторон. BSPDN (Back-Side Power Delivery Network) — это инновационная технология подачи питания в чипах, где питание проходит по обратной стороне пластины, а не через верхние слои.
Intel также активно инвестирует в разработку собственных GAAFET-транзисторов (RibbonFET) и технологии PowerVia, аналогичной BSPDN. Компания обещает в 2025 году процессоры выполненные по 2-нм техпроцессу, используя технологию RibbonFET.
ASML – компания, которая единственная является поставщиком оборудования для EUV (Extreme Ultraviolet) литографии, еще в 2023 году представила свою технологию High-NA EUV. Эта технология является эволюцией существующей EUV литографии и направлена на преодоление ограничений современных методов производства полупроводников, для того чтобы закон Мура по уменьшению проводников продолжал работать. В декабре 2023 года ASML отправила первые модули системы TWINSCAN EXE:5000 компании Intel, что знаменует собой значительный шаг в развитии технологии. Ожидается, что High-NA EUV литография будет внедрена в массовое производство в период с 2025 по 2026 годы.
Снижение затрат EUV литографии
В мае 2024 года профессор Цумору Синтаке из Окинавского института науки и технологий (OIST) представил революционную технологию экстремальной ультрафиолетовой (EUV) литографии, превосходящую традиционные методы. Новая технология базируется на инновационной оптической конструкции, позволяющей использовать источники излучения с значительно меньшей мощностью. Это решение не только снижает затраты, но и повышает надежность оборудования, увеличивая срок его службы. Ключевыми достижениями стали разработка оптической системы с двумя зеркалами и метод эффективного направления EUV-излучения, исключающий блокировку оптического пути. Новаторский подход профессора Синтаке открыл перспективы для более экономичных и устойчивых технологий в полупроводниковой индустрии.
В России также разрабатывается EUV-литография с длиной волны 11,2-нм, которая, как ожидается, будет дешевле и проще в производстве, чем установки ASML, все также из-за снижения мощности “излучателя”. При средней мощности лазера 3,6 кВт ожидаемая производительность на длине волны 11,2-нм будет меньше примерно в 2,7 раза, чем у ASML-литографа, но и они честно заявляют что им такие объемы как производят TSMC и некуда сбывать. Заявляется что к 2028 году смогут производить чипы по технологии 7-нм. Производство российского оборудования для выпуска чипов с топологией 350 нм начнется в 2024 г., а 130 нм — в 2026 г, тестовые испытания в составе литографа назначены на 2025 г. В течении трех лет на это потратят 100 млрд руб.
Новые проводники
Исследователи из Технологического института Джорджии создали первый в мире функциональный полупроводник из графена, который обладает в 10 раз большей подвижностью, чем кремний. Этот материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, отличается уникальной кристаллической структурой и минимальным сопротивлением, но ранее не использовался в электронике из-за отсутствия «запрещённой зоны», необходимой для включения и выключения транзисторов. Исследователи решили эту проблему, сплавив графен с карбидом кремния с помощью инновационного процесса нагрева и легирования, что позволило создать функциональный полупроводник, который можно интегрировать в существующие производственные процессы.
Новые игроки на рынке микроэлектроники
Японская компания Rapidus, созданная консорциумом крупнейших японских корпораций, получила государственные субсидии в $65 млрд до 2030 года в том числе для разработки и производства 2-нм чипов. В декабре 2024 года компания установила первую в Японии EUV-литографическую машину ASML NXE:3800E для массового производства полупроводников. Ожидается, что 2-нм чипы Rapidus будут иметь на 45% лучшую производительность и потреблять на 75% меньше энергии по сравнению с 7-нм чипами. Среди крупных японских корпораций, поддерживающих Rapidus, — Toyota, Sony, NTT, NEC, SoftBank, Denso и Kioxia. Цели Rapidus - уменьшить зависимость Японии от импорта полупроводников и участвовать в глобальных цепочках поставок для обеспечения высокотехнологичных отраслей, таких как автомобильная промышленность, телекоммуникации и искусственный интеллект.
Власти Южной Кореи рассматривают возможность создания собственной компании-производителя чипов "KSMC" для конкуренции с TSMC, что потребует инвестиций в размере $13,9 млрд. По прогнозам, всего за 20 лет — к 2045 году — они дадут экономическую выгоду на сумму 300 трлн вон ($208,7 млрд). То есть каждый вложенный доллар вернется в 15-кратном размере. Ожидается, что KSMC будет заниматься как созданием передовых чипов, так и производством их по зрелым технологиям.
Гонка не для всех
Кроме передовых компаний также существуют обычные компании которые занимаются производством по старым технологиям и им бежать не нужно, заказы также есть? например автомобильная сфера, коммуникации, тяжелое машиностроение не нуждаются в снижении размера электроники, они спокойно снабжают своими заказами такие малознакомые для любителей смартфонов и видеокарт компании как GlobalFoundries, UMC, TowerSemiconductor. При этом это не является “отставанием” - это своя ниша, которая также востребована и в которую вкладываются.
В рамках программы CHIPS and Science Act GlobalFoundries получила до $1,5 млрд на расширение своих производственных мощностей в Мальте, штат Нью-Йорк, и модернизацию завода в Вермонте. Эти инвестиции направлены на увеличение выпуска чипов для автомобильной промышленности и других критически важных отраслей. В целом у этой компании проектов на 10 лет и на общий объем инвестиций в $13 млрд. При этом текущие технологии - 12 нм, 14 нм, 28 нм и выше.
Инвестиции в США
Вообще программа CHIPS and Science Act направлена на восстановлению лидерства США в производстве полупроводников, укрепление экономики и национальной безопасность страны - ее объем $52,7 млрд. Деньги идут на производство полупроводников, научные исследования и разработки, а также рабочую силу. В 2024 году Intel получила до $7,86 млрд на строительство заводов по производству чипов в четырёх штатах США, TSMC - $6,6 млрд для своего производственного комплекса в Финиксе, Аризона. Samsung Electronics - $6,4 млрд для расширения производства в Остине, Micron Technology - $6,1 млрд для проекта в штате Нью-Йорк. Администрация президента США в августе 2024 года отчиталась о том, что благодаря их поддержке компании объявили об инвестициях в размере более 395 миллиардов долларов в полупроводники и электронику, а также о создании более 115 000 рабочих мест.
Что у Китая?
Китай сталкивается с ограничениями США на экспорт технологий и оборудования, что вынуждают страну ускорять локализацию производства. В страну ASML не поставляет оборудование для EUV литографии, только DUV (Deep Ultraviolet), а правительство США давит на нидерландскую компанию для того чтобы она и вовсе прекратило обслуживание этих аппаратов. Кроме того, объем финансирования в отрасли за первые 11 месяцев 2024 года снизился на 32,4%, что объясняется избыточными мощностями для зрелых техпроцессов и внешними санкциями. Однако Китай инвестировал $25 млрд в закупку оборудования для производства микросхем за первое полугодие. В рамках этой стратегии Китай запустил 18 новых фабрик, увеличив производственные мощности на 13% — до 8,6 млн пластин в месяц. Дополнительно был создан государственный фонд с уставным капиталом $47,5 млрд для поддержки полупроводниковой отрасли. Такие компании, как HiSilicon и SMIC, сократили технологический разрыв с мировыми лидерами который по оценкам Китая составляет 3 года, а по оценки главы ASML Кристоф Фуке - 10-15 лет.
Итоги
В 2024 году микроэлектроника продолжила стремительное развитие: лидеры отрасли (TSMC, Intel, Samsung) внедряли передовые техпроцессы, Япония и Южная Корея сделали шаги в сторону независимости в производстве чипов, а США стимулировали отрасль программой CHIPS and Science Act. Китай, несмотря на санкции, расширил локальное производство, но сохраняет технологическое отставание. Зрелые технологии остаются востребованными в автомобильной и машиностроительной отраслях, обеспечивая устойчивость ниши. Страны и компании инвестировали в микроэлектронику, а глобальная конкуренция усиливалась и похоже будет продолжать это делать.
Рынок “литографов” по прежнему в руках ASML, Nikon и Canon, а самые передовые микросхемы выпускают TSMC, Samsung Foundry, Intel Foundry Services на оборудовании все той же ASML.
Al considerar tercera equipación de fútbol, la decisión resulta más sencilla cuando se confirma si se trata de una camiseta local, visitante o alternativa. Una revisión final debería incluir que las fotografías correspondan al mismo modelo descrito.