Триллионные войны чипов: закулисье высоких ставок в мировой полупроводниковой индустрии

В 2024 году мировые продажи полупроводников выросли до более чем 600 миллиардов долларов и могут достичь 1 триллиона долларов в год к 2030 году.
Apple M1 Ultra содержит 114 миллиардов транзисторов на одном чипе.
ASML — единственный производитель EUV-литографических сканеров, каждый из которых весит около 180 тонн и стоит более 300 миллионов долларов.
В 2023 году на TSMC приходилось около 55% мирового рынка контрактного производства чипов, на Samsung — около 15–20%, а на Тайвань — примерно 92% мощностей по производству самых передовых (<10 нм) чипов в мире.
Три ведущих поставщика программного обеспечения для проектирования электроники — Synopsys, Cadence и Siemens EDA — доминируют на рынке ПО для проектирования миллиардов транзисторов.
Дефицит чипов в 2021 году привёл к потере продаж автомобилей на сумму около 210 миллиардов долларов.
Закон США о чипах (CHIPS Act, 2022) предусматривает 52,7 миллиарда долларов прямого финансирования внутреннего производства чипов, а также инвестиционные налоговые льготы в размере 25%.
Европейский закон о чипах (2023) нацелен на мобилизацию 43 миллиардов евро для удвоения доли Европы в производстве чипов до 20% к 2030 году.
В 2024 году мировое производство чипов выбросило около 190 миллионов тонн CO2-эквивалента, а одна современная фабрика может потреблять около 100 МВт электроэнергии непрерывно.
На середину 2024 года 55% рабочей силы полупроводниковой отрасли США составляли люди старше 45 лет, что указывает на надвигающийся дефицит кадров.

Полупроводники — эти крошечные кремниевые чипы — мозг современной электроники, встречающийся во всём: от смартфонов и автомобилей до дата-центров и истребителей. В 2024 году мировые продажи полупроводников выросли до более 600 миллиардов долларов и могут достичь 1 триллиона долларов к 2030 году, что подчёркивает, насколько критически важны чипы для мировой экономики deloitte.com, blog.veolianorthamerica.com. Эти микрочипы обеспечивают триллионы долларов в последующих продуктах и услугах, формируя скрытую основу нашей цифровой жизни steveblank.com. Однако за последние два года производство полупроводников превратилось в арену высоких ставок инноваций и геополитической напряжённости. Дефицит чипов, вызванный пандемией, показал, насколько уязвима цепочка поставок: заводы простаивали, а цены росли. В то же время страны спешат увеличить собственное производство чипов по экономическим и соображениям безопасности, вкладывая сотни миллиардов в новые фабрики (заводы по производству чипов) и провоцируя глобальную «чиповую войну».

В этом отчёте представлен всеобъемлющий, актуальный обзор мира полупроводников – объясняется, что такое полупроводники и как они работают, как производится выпуск чипов от начала до конца, кто является основными игроками (компании и страны) на каждом этапе, и где находятся уязвимости в цепочке поставок. Мы также рассмотрим передовые технологии и материалы, которые делают возможными современные чипы, последние инновации и тенденции в области НИОКР, а также геополитические и политические баталии, которые меняют отрасль. Наконец, мы рассмотрим экономическое влияние полупроводникового сектора, его экологический след и надвигающиеся кадровые вызовы. От последних экспертных мнений до ключевых событий 2024-2025 годов — этот отчёт покажет, почему производство полупроводников является одной из самых важных и остро обсуждаемых сфер на планете сегодня.

Что такое полупроводники и как они работают?

Полупроводники — это материалы (например, кремний), которые могут вести себя как проводник или как изолятор в разных условиях, что делает их идеальными для управления электрическим током techtarget.com. На практике полупроводниковое устройство (чип) — это по сути сеть крошечных электрических переключателей (транзисторов), которые можно включать или выключать электрическими сигналами. Современные интегральные схемы содержат миллиарды таких транзисторных переключателей на чипе размером с ноготь, что позволяет выполнять сложные вычисления и обработку сигналов. «Проще говоря, полупроводник — это электрический переключатель, который можно включать и выключать с помощью электричества. Большинство современной техники состоит из миллионов таких крошечных, взаимосвязанных переключателей», — объясняет инженерный справочник TechTarget techtarget.com.

Поскольку они могут точно управлять током, полупроводниковые чипы служат «мозгом» или «памятью» электронных устройств. Логические чипы (например, CPU, GPU, AI-ускорители) обрабатывают данные и принимают решения, чипы памяти хранят информацию, а аналоговые/силовые чипы взаимодействуют с физическим миром. Добавляя в чистые кристаллы полупроводника небольшие примеси, производители создают компоненты, такие как транзисторы, диоды и интегральные схемы, которые используют квантовую физику для переключения и усиления электрических сигналов techtarget.com. В результате полупроводники могут выполнять арифметические операции, хранить двоичные данные и взаимодействовать с датчиками/исполнительными механизмами — эти возможности лежат в основе практически всех современных технологий, от цифровых коммуникаций до бытовой техники и медицинского оборудования steveblank.com.

Современные чипы — это поразительные достижения инженерной мысли. Передовой процессор может содержать десятки миллиардов транзисторов, выгравированных в кремнии, с элементами размером всего в несколько нанометров (на уровне атомов). Например, чип Apple M1 Ultra содержит 114 миллиардов транзисторов на одном куске кремния bipartisanpolicy.org. Эти транзисторы переключаются с гигагерцевой скоростью, позволяя устройству выполнять миллиарды операций в секунду. Короче говоря, полупроводники стали основной технологией современного мира, обеспечивая работу всего — от смартфонов и автомобилей до облачных серверов и промышленного оборудования. Часто говорят, что «полупроводники — это новая нефть» — важнейший ресурс, от которого зависят страны и отрасли для прогресса и безопасности.

Как производят чипы: процесс изготовления полупроводников

Создание микрочипа — один из самых сложных производственных процессов, когда-либо придуманных — «бизнес, который манипулирует материалами на уровне атомов» на фабриках стоимостью десятки миллиардов долларов steveblank.com. Всё начинается с сырья и заканчивается готовыми чипами, упакованными для использования. Вот обзор полного процесса производства чипов:

От сырого кремния к пластине: Обычный песок (диоксид кремния) очищается до чистого кремния. Кристаллический слиток кремния выращивается, а затем нарезается на тонкие пластины (круглые диски), на которых разместятся тысячи чипов bipartisanpolicy.org. Каждая пластина выглядит блестящей и гладкой, но на микроскопическом уровне это идеальная решётка кремниевых атомов.
Фронт-энд производство: Настоящая магия происходит в чистой комнате «фаб», где на каждой пластине строятся сложные схемы. Производство чипов включает сотни точных этапов, но ключевые стадии включают: осаждение ультратонких слоёв материала на пластину; нанесение фоторезиста; фотолитографию (использование сфокусированного света для травления крошечных узоров на пластине через маски, подобно печати чертежа схемы); травление и легирование (удаление материала и внедрение ионов для формирования транзисторов и соединений); и повторение этих шагов слой за слоем bipartisanpolicy.org. Транзисторы — по сути, переключатели «вкл/выкл» — создаются этими структурированными слоями, формирующими микроскопические электрические пути. Это нанометровое производство — современные чипы могут иметь более 50 слоёв схем и элементы шириной всего 3 нм (нанометра). Каждый этап должен контролироваться с атомной точностью; пылинка или малейшее смещение могут испортить чип.
Бэк-энд и упаковка: После изготовления фронт-энда готовая пластина содержит сетку из множества отдельных чипов (кристаллов). Пластина разрезается на отдельные чипы, и каждый чип затем упаковывается. Упаковка включает в себя установку хрупкого чипа на подложку, подключение его к крошечным золотым или медным контактам и заключение его (часто с защитной смолой и теплоотводом) для возможности обращения и интеграции на печатные платы bipartisanpolicy.org. Именно упакованный чип впаивается в материнскую плату вашего телефона или в плату ПК. На этом этапе чипы также проходят тщательное тестирование, чтобы убедиться, что они работают как задумано.

Несмотря на упрощённое описание выше, производство современных полупроводников — это чрезвычайно сложный, много-месячный процесс. Передовой чип может требовать более 1 000 технологических этапов и оборудования с экстремальной точностью. Например, новейшие фотолитографические машины (которые проецируют схемы с помощью ультрафиолетового света) могут стоить более 300 миллионов долларов каждая, и каждая такая машина «может потреблять столько же электроэнергии, сколько тысяча домов», по данным Bloomberg bipartisanpolicy.org. Эти устройства используют экстремальный ультрафиолет (EUV) для создания ультра-малых элементов и настолько сложны, что только одна компания в мире (ASML в Нидерландах) в настоящее время их производит patentpc.com. Капитальные затраты огромны: строительство нового завода по производству чипов может занять более 3 лет и потребовать инвестиций свыше 10 миллиардов долларов bipartisanpolicy.org. Ведущие компании, такие как TSMC, Samsung и Intel, ежегодно тратят десятки миллиардов на расширение и оснащение фабрик.

Вся эта работа окупается поразительными технологиями: одна 12-дюймовая пластина после полной обработки может содержать сотни готовых чипов, в которых в сумме триллионы транзисторов steveblank.com. Каждый чип тестируется и способен выполнять миллиарды вычислений в секунду после внедрения. Миниатюрные размеры и высокая плотность современных чипов придают им невероятную мощность. Как отмечено в одном отраслевом блоге, эта пластина в чистой комнате «содержит два триллиона транзисторов», изготовленных с атомарной точностьюsteveblank.com. Это мастерство производства — постоянно совершенствующееся десятилетиями — и позволяет нам пользоваться мощной и доступной электроникой сегодня.

Крупнейшие игроки в цепочке поставок полупроводников (компании и страны)

Производство полупроводников не осуществляется одной компанией; это сложная экосистема фирм, каждая из которых специализируется на разных этапах. Если заглянуть внутрь цепочки поставок, мы увидим сеть сотен высокоспециализированных участников по всему миру, все они зависят друг от друга steveblank.com. Вот основные категории участников и лидеры среди них:

Разработчики чипов (фаблесс-компании): Эти компании разрабатывают полупроводниковые чипы, но передают их фактическое производство на аутсорс. Они создают чертежи и интеллектуальную собственность для чипов. Многие из самых известных мировых брендов чипов – включая Apple, NVIDIA, Qualcomm, AMD, Broadcom – являются фаблесс-разработчиками. США лидируют в этом сегменте (здесь расположено около 50% фаблесс-компаний patentpc.com), а также компании в Европе (например, ARM в Великобритании по IP-ядрам чипов steveblank.com) и Азии. Фаблесс-компании сосредоточены на НИОКР и инновациях в архитектуре чипов, а затем нанимают контрактных производителей для выпуска чипов.
Интегрированные производители устройств (IDM): Это такие гиганты, как Intel, Samsung и Micron, которые и разрабатывают, и производят чипы самостоятельно. Intel (США) исторически лидировала в проектировании/производстве микропроцессоров для ПК и серверов, Samsung (Южная Корея) и Micron (США) особенно сильны в производстве чипов памяти. IDM контролируют собственные фабрики и производят чипы для своих продуктов (а иногда и для других компаний). Однако в последние десятилетия наблюдается тенденция к переходу на модель фаблесс-фабрики ради эффективности.
Полупроводниковые фабрики (контрактные производители): Фабрики — это чиповые заводы, которые фактически изготавливают чипы (для безфабричных клиентов или IDM, которые передают часть производства на аутсорсинг). Этот сегмент доминируют азиатские компании. TSMC из Тайваня (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.) — бесспорный лидер, единолично контролируя около 55% мирового рынка контрактного производства чипов по состоянию на 2023 год patentpc.com. TSMC — основной производитель для Apple, AMD, NVIDIA и многих других, особенно для самых передовых чипов (5-нм, 3-нм техпроцессы). Samsung в Южной Корее — вторая по величине фабрика (около 15–20% рынка) patentpc.com, также производящая передовые логические чипы. Среди других заметных фабрик — GlobalFoundries (США, специализация на средних техпроцессах), UMC (Тайвань) и SMIC (крупнейшая фабрика Китая). Примечательно, что Тайвань и Южная Корея вместе обеспечивают подавляющее большинство производства самых современных чипов — фактически, около 92% мировых производственных мощностей по выпуску чипов (<10 нм) сосредоточено только на Тайване, согласно отчету правительства США за 2023 год usitc.gov. Это подчеркивает, насколько производство чипов сконцентрировано в нескольких регионах.
Производители чипов памяти: Память — это специализированный, но важный подсектор (для ОЗУ, флеш-памяти и т.д.). Здесь доминируют IDM, такие как Samsung и SK Hynix (обе — Южная Корея), а также Micron (США). Например, Samsung и SK Hynix вместе производят более 70% всех мировых чипов DRAM-памятиpatentpc.com. Эти компании активно инвестируют в производство DRAM и NAND-флеш-памяти, часто на огромных предприятиях в Южной Корее, Тайване, США, Японии и Китае.
Поставщики оборудования для полупроводников: Эти компании производят инструменты и оборудование для изготовления чипов — это абсолютно критически важная, высокотехнологичная отрасль сама по себе. К ведущим производителям оборудования относятся ASML (Нидерланды), которая эксклюзивно выпускает EUV-литографические системы, необходимые для чипов 7 нм и ниже patentpc.com; Applied Materials, Lam Research, KLA (все — США), поставляющие оборудование для осаждения, травления и инспекции; Tokyo Electron и Nikon (Япония) — для литографии и травления; и другие. Без этих передовых машин фабрики не могут работать. США, Япония и Нидерланды исторически доминируют в производстве полупроводникового оборудования — это одна из причин, почему экспортные ограничения на такие инструменты стали геополитическим вопросом (подробнее об этом далее).
Поставщики материалов и химикатов: Производство чипов также зависит от сложной цепочки поставок специализированных материалов – от ультра-чистых кремниевых пластин до экзотических химикатов и газов. Вот несколько примеров: Shin-Etsu Handotai и SUMCO (Япония) производят значительную долю мировых кремниевых пластин. JSR, Tokyo Ohka Kogyo (Япония) и другие поставляют фоторезисты (светочувствительные химикаты) steveblank.com. Промышленные газовые компании, такие как Linde, Air Liquide, обеспечивают более 100 видов газов, используемых на фабриках (например, фтор, неон, аргон) steveblank.com. Многие из этих критически важных материалов сконцентрированы в Японии, Китае и Европе. Например, Япония давно является лидером в области полупроводниковых химикатов, а Китай перерабатывает многие редкие минералы, используемые в чипах (такие как галлий и германий). Это означает, что страны, доминирующие в добыче сырья (Китай, Россия и др.), и те, кто преуспел в специализированной химии (Япония), играют непропорционально большую роль в цепочке поставок.
Поставщики EDA и IP: Прежде чем приступить к производству, чипы необходимо спроектировать и проверить. Программные инструменты автоматизации проектирования электроники (EDA) предоставляются, по сути, тремя основными компаниями – Synopsys, Cadence (обе из США) и Siemens EDA (Mentor Graphics) – все они американские или аффилированные с США фирмы steveblank.com. Они практически монополизировали сложное программное обеспечение, используемое инженерами для размещения миллиардов транзисторов и проведения симуляций. Кроме того, основные конструкции (например, ядра процессоров) часто лицензируются у IP-компаний, таких как ARM (Великобритания), которая предоставляет чертежи, используемые в большинстве мобильных процессоров steveblank.com. Эти участники верхнего уровня критически важны для всей отрасли.
Аутсорсинговая сборка и тестирование полупроводников (OSAT): После изготовления пластин специализированные подрядчики занимаются упаковкой и тестированием чипов. Крупнейшие компании OSAT включают ASE Technology Holding (Тайвань) – крупнейший в мире упаковщик – и Amkor (США), а также многие компании, базирующиеся в Китае, Малайзии и Вьетнаме. На самом деле, Юго-Восточная Азия стала центром сборки чипов: например, Малайзия выполняет около 13% мировых услуг по упаковке и тестированию чипов patentpc.com, а сектор OSAT во Вьетнаме быстро растет patentpc.com. Эти этапы трудоемки, и компании часто размещают их в странах с квалифицированной рабочей силой и более низкими издержками.

С точки зрения стран: разные страны специализируются на разных звеньях этой цепочки. Тайвань — суперзвезда производства чипов, особенно передовых логических чипов — только на его долю в 2023 году приходилось около 65% рынка контрактного производства patentpc.com и он незаменим для самых современных чипов (благодаря доминированию TSMC). Южная Корея является лидером по производству чипов памяти, а также контрактным производителем (Samsung), обеспечивая около 20% мирового выпуска чипов patentpc.com. США по-прежнему лидируют в разработке чипов (здесь базируются многие безфабричные гиганты и IDM-компании, такие как Intel), а также в производстве определённого оборудования, но доля США в реальном производстве снизилась с 37% в 1990 году до примерно 12% к 2023 году patentpc.com, поскольку производство переместилось в Азию. Именно этот спад сейчас пытается обратить вспять правительство США с помощью стимулов (подробнее об этом ниже). Китай — особый случай: это крупнейший потребитель чипов (собирает электронику для всего мира) и производит много чипов на зрелых техпроцессах и упаковки, но зависит от импорта самых современных чипов. По состоянию на 2023 год уровень самообеспеченности Китая полупроводниками составлял лишь около 16% patentpc.com, а в 2022 году страна потратила колоссальные $350 млрд на импорт чипов patentpc.com. Однако Китай активно инвестирует в увеличение внутреннего производства до 70% к 2030 году patentpc.com, развивая такие компании, как SMIC и YMTC (память). Япония была доминирующим производителем чипов в 1980-х и до сих пор играет важную роль в производстве материалов и оборудования. Сегодня Япония возвращается к производству чипов через партнерства (например, TSMC строит фабрику в Японии, а новый консорциум Rapidus планирует выпускать 2-нм чипы внутри страны), используя свои сильные стороны в качественном производстве и поддержке государства. Европа (ЕС) имеет несколько производителей чипов (например, Infineon в Германии для автомобильных чипов, STMicroelectronics во Франции/Италии, NXP в Нидерландах) и является домом для ASML, но в целом доля Европы в мировом производстве чипов составляет около 8-10% techhq.com. ЕС стремится удвоить этот показатель к 2030 году (до ~20%) с помощью собственного закона о чипах и привлечения TSMC и Intel к строительству фабрик в Европеconsilium.europa.eu. Помимо этого, такие страны, как Малайзия, Вьетнам, Таиланд, Филиппины играют ключевую роль в сборке и тестировании (обеспечивая устойчивость и диверсификацию на поздних этапах цепочки поставок) patentpc.com. Даже новые претенденты, такие как Индия и Саудовская Аравия объявили о крупных инвестициях для выхода на рынок полупроводников (Индия предлагает стимулы для фабрик, а Саудовская Аравия планирует вложить $100 млрд к 2030 году для создания чиповой индустрии) patentpc.com.

В заключение, производство полупроводников — это глобально распределённое усилие, но с критическими узкими местами — отдельные компании или страны лидируют в каждом сегменте. Например, всего три компании (TSMC, Samsung, Intel) обеспечивают подавляющее большинство выпуска передовых чипов, а всего три страны (Тайвань, Южная Корея, Китай) производят почти все чипы сегодня patentpc.com. Такая концентрированная структура имеет серьёзные последствия для безопасности цепочек поставок, что мы рассмотрим далее.

Структура и уязвимости цепочки поставок

Цепочку поставок полупроводников называют «самой сложной цепочкой поставок среди всех отраслей» usitc.gov – и недавние события показали, насколько она может быть хрупкой. От природных катастроф до геополитических конфликтов — множество уязвимостей угрожают бесперебойному потоку чипов. Ключевые узкие места и риски включают:

Сильная географическая концентрация: Географическая кластеризация отрасли означает, что сбой в одном регионе может остановить весь мир. Особенно это заметно на примере огромной роли Тайваня. Хотя Тайвань производит около 18% всех чипов по объёму, на его долю приходится «около 92% мировых мощностей по производству самых передовых чипов», согласно отчёту USITC за 2023 год usitc.gov. Другими словами, почти все передовые (менее 10 нм) чипы поступают из Тайваня (в основном TSMC), а оставшиеся — из Южной Кореи. Это огромный риск для поставок — любое нарушение (землетрясение, геополитический кризис) может парализовать мировые технологические цепочки поставок usitc.gov. Эксперты отмечают, что серьёзный сбой на фабриках Тайваня стал бы экономической катастрофой далеко за пределами технологического сектора. Южная Корея — ещё одна точка отказа: например, почти все высококлассные чипы памяти производят две компании там. Осознавая это, страны и компании сейчас пытаются диверсифицировать производство географически (переход от глобализации к «регионализации») nefab.com, но строительство новых фабрик в других местах требует времени.
Зависимость от одного поставщика: Некоторые критически важные компоненты зависят от единственного или очень ограниченного числа поставщиков. Яркий пример — ASML: нидерландская компания является единственным источником машин для EUV-литографии, необходимых для производства передовых чипов patentpc.com. Если ASML не сможет поставлять оборудование (из-за экспортных запретов или производственных проблем), развитие чипов остановится. Аналогично, ключевые химикаты часто имеют всего несколько квалифицированных поставщиков. Например, несколько японских компаний поставляют большую часть фоторезистов по всему миру. Программное обеспечение для проектирования передовых чипов (EDA-инструменты) — еще одно узкое место, которым владеют всего три американских поставщика. Такая концентрация означает, что вся цепочка настолько прочна, насколько прочно её самое слабое (или узкое) звено.
Риски, связанные с материалами и природными ресурсами: Производство полупроводников зависит от определённых редких материалов и очищенных химикатов — и перебои с их поставками уже вызывали проблемы. Война между Россией и Украиной в 2022 году это показала: Украина обеспечивала около 25–30% мирового объёма очищенного неона (используется для лазерной литографии), а Россия — аналогичную долю палладия (применяется в некоторых процессах производства чипов) usitc.gov. Когда война нарушила эти поставки, производство чипов оказалось под угрозой, пока не были найдены альтернативные источники usitc.gov. Другой пример — середина 2023 года: Китай в ответ на ограничения США в сфере технологий запретил экспорт галлия и германия — двух редких металлов, необходимых для полупроводниковых лазеров, радиочастотных чипов и солнечных элементов deloitte.com. Китай производит большинство этих элементов, поэтому этот шаг заставил производителей срочно искать других поставщиков. Эти случаи подчеркивают уязвимость: если единственный источник критически важного материала выходит из строя, это может заблокировать весь процесс производства чипов.
Экстремальная сложность и длительные сроки производства: На изготовление партии чипов может уйти несколько месяцев, а на строительство нового завода с нуля — годы. Такой длительный срок означает, что цепочка поставок не может быстро восстановиться после сбоев. Например, во время пандемии COVID-19 резкий всплеск спроса в сочетании с остановками производства привёл к серьёзной нехватке чипов в 2021 году, на устранение которой ушло более года usitc.gov. Особенно сильно дефицит ударил по автопроизводителям — заводы простаивали, а автомобильная отрасль потеряла, по оценкам, 210 миллиардов долларов продаж в 2021 году из-за нехватки чипов usitc.gov. Сложная система поставок чипов по принципу «точно в срок» (с минимальными запасами на складах) означает, что даже незначительный сбой — пожар на японском заводе, заморозки в Техасе, остановившие предприятия, или засуха на Тайване, сократившая подачу воды — может привести к глобальным задержкам производства. Мы видели это на примере пожара на заводе автомобильных чипов Renesas в 2021 году и отключения электроэнергии на фабриках в Техасе в том же году, что вызвало задержки в выпуске продукции по всей цепочке.
Хрупкая цепочка «точно в срок»: Многие годы компании ради эффективности держали минимальные запасы и полагались на поставки в реальном времени. Но это оставило никакого запаса прочности на случай сбоев. Глобализованная цепочка была оптимизирована под стоимость, а не под устойчивость. Теперь, извлекая уроки из пандемии, компании и правительства стремятся к «устойчивости» — создают большие запасы чипов и комплектующих, переводят производство по принципу «friendshoring» в доверенные страны и используют двойные источники критически важных компонентов reuters.com. Однако изменения происходят постепенно и дорого обходятся.
Геополитическая фрагментация: Возможно, самой большой возникающей уязвимостью становится политизация цепочки поставок чипов. Технологическое соперничество между США и Китаем привело к экспортному контролю и черным спискам, которые фактически разделяют мир на две части в сфере полупроводников. «В секторе чипов глобализация мертва. Свободная торговля еще не совсем мертва, но находится под угрозой», сказал основатель TSMC Моррис Чанг в 2023 году. За последний год США и их союзники все больше ограничивали доступ Китая к передовым чиповым технологиям, опасаясь последствий для безопасности. Это заставило Китай удвоить усилия по развитию собственных технологий и даже ввести ответные ограничения на определённый экспорт. В результате цепочка поставок становится более раздвоенной – экосистемы, ориентированные на Запад и на Китай, могут стать менее взаимозависимыми. Хотя это может добавить некоторую избыточность, это также означает меньшую эффективность, более высокие издержки и возможное дублирование усилий в двух технологических сферах theregister.com. Чанг прямо заявил, что «глобализация почти мертва, а свободная торговля почти мертва»theregister.com, предупредив, что золотая эра единой мировой цепочки поставок чипов заканчивается. Этот переходный период вносит неопределенность и риск, поскольку компаниям приходится разбираться в новых сложных правилах о том, кому они могут продавать и где строить.

Короче говоря, цепочка поставок полупроводников — это палка о двух концах: ее глобальный характер обеспечил выдающиеся инновации и масштаб при низкой стоимости, но также создал опасные единые точки отказа. Засуха на Тайване или политическое противостояние в Южно-Китайском море — это не просто локальные проблемы, они могут нарушить производство смартфонов, автомобилей и серверов дата-центров по всему миру usitc.gov. Это осознание сейчас приводит к масштабным усилиям по повышению устойчивости – от государственных субсидий на местные фабрики до диверсификации поставщиков. Но создание избыточности требует времени, и в это время мир остается чрезвычайно уязвимым к сбоям в поставках полупроводников.

Ключевые материалы и технологии в производстве чипов

Искусство производства чипов опирается на комплекс передовых технологий и специализированных материалов. Понимание этого позволяет осознать, почему производство чипов настолько сложно (и почему только немногие игроки способны делать это на высшем уровне):

Кремниевые пластины: Большинство чипов изготавливаются на основе кремния — распространённого элемента, чьи полупроводниковые свойства делают его идеальным материалом. Кремниевые слитки нарезаются на зеркально-гладкие пластины (диаметром 300 мм для большинства современных передовых фабрик). Эти пластины служат исходным холстом для чипов. Производство бездефектных, чистых кристаллов кремния само по себе является высокотехнологичным процессом, освоенным лишь немногими компаниями (в основном в Японии). Для специализированных применений используются и другие полупроводниковые материалы: например, арсенид галлия или фосфид индия для радиочастотных чипов высокой частоты, а также карбид кремния (SiC) или нитрид галлия (GaN) для силовой электроники (например, контроллеры электродвигателей для электромобилей и базовые станции 5G) благодаря их превосходным электрическим свойствам при высоких напряжениях или частотах. Эти составные полупроводники критически важны для 5G, электромобилей и аэрокосмической отрасли, и предпринимаются усилия по наращиванию их производства (часто с участием ведущих в материаловедении компаний из США, Европы и Японии).
Технология фотолитографии: В основе современной фабрикации чипов лежит фотолитография — использование света для травления мельчайших узоров. Эта технология достигла почти научно-фантастических масштабов. Наиболее передовые фабрики сегодня используют экстремально ультрафиолетовую (EUV) литографию, работающую на длине волны 13,5 нм и включающую невероятно сложную оптику, плазменные источники света и вакуумные системы. Как отмечалось, ASML — единственный производитель EUV-сканеров patentpc.com. Каждая EUV-машина весит 180 тонн, состоит из тысяч компонентов (зеркала Zeiss, источник света на основе лазерной плазмы и др.) и стоит более 300 миллионов долларов bipartisanpolicy.org. EUV позволяет формировать элементы размером около 7 нм и меньше с меньшим количеством этапов. Для более старых техпроцессов (например, 28 нм, 14 нм) фабрики используют литографию в глубоком ультрафиолете (DUV) — тоже сложную, но с более широкой базой поставщиков (ASML, Nikon, Canon производят такие инструменты). Прогресс в литографии был ключевым драйвером закона Мура, позволяя удваивать плотность транзисторов. Следующий шаг в литографии уже разрабатывается: High-NA EUV (объективы с более высокой числовой апертурой для ещё более тонких узоров), предназначенный для чипов 2 нм и менее к 2025–2026 годам. Весь мир производства чипов во многом зависит от прогресса в этой оптической технологии.
Химические процессы и газы: Современное производство микросхем использует поразительное разнообразие химикатов – от газов, таких как фтор, аргон, азот, силан, до жидких растворителей, кислот и фоторезистов. В различных этапах осаждения и травления может использоваться более 100 различных газов (многие из них токсичны или высокоспециализированы) steveblank.com. Фоторезистивные химикаты — это светочувствительные полимеры, наносимые на пластины для переноса схем — эта ниша доминируется японскими компаниями steveblank.com. Шламы для химико-механической полировки (CMP), содержащие наноабразивы, используются для полировки слоев пластин до идеально ровной поверхности steveblank.com. Даже деионизированная ультрачистая вода является критически важным «материалом» — фабрики потребляют огромные объемы для промывки пластин (как обсуждается в разделе об экологии). Каждый материал должен соответствовать экстремальным требованиям к чистоте, поскольку один атом или частица примеси может испортить миллиарды транзисторов. Поэтому поставка этих материалов — это высокотехнологичное дело само по себе, часто с небольшим количеством квалифицированных поставщиков (поэтому уязвимо для сбоев, как упоминалось ранее).
Технология транзисторов (поколения техпроцессов): Микросхемы часто классифицируют по их «техпроцессу» или размеру транзистора — например, 90нм, 28нм, 7нм, 3нм и т.д. Меньше — обычно лучше (больше транзисторов на площади, выше скорость, ниже энергопотребление). Как изготавливают эти крошечные транзисторы? Это включает и литографию для определения их малых элементов, и продуманную архитектуру транзистора. Индустрия перешла от традиционных плоских (планарных) транзисторов к FinFET (3D-реберные транзисторы) примерно на уровне 22нм для контроля утечек. Сейчас, на ~3нм, внедряется новый дизайн под названием Gate-All-Around (GAA) или нанолистовые транзисторы (3нм Samsung использует GAA, а TSMC/Intel планируют GAA на 2нм) — здесь затвор полностью оборачивает канал транзистора для еще лучшего контроля. Эти усовершенствования структуры устройства, наряду с новыми материалами (например, диэлектрики с высокой κ, металлические затворы), продлили действие закона Мура, несмотря на усложнение простого масштабирования bipartisanpolicy.org. Существует целый поток НИОКР по новым материалам на уровне транзистора — например, использование германия или двумерных материалов (например, графена) для каналов с целью повышения подвижности, или полупроводников III-V группы для определённых слоев. Хотя такие материалы пока не используются в массовом производстве логических микросхем, они могут появиться в ближайшие годы, когда кремниевые транзисторы достигнут физических пределов.
Технологии упаковки и интеграции чипов: Поскольку уменьшение размеров транзисторов приносит все меньшую отдачу, инновации смещаются в область упаковки и интеграции чипов. Передовые методы упаковки позволяют объединять несколько чипов (чиплетов) в одном корпусе, соединяя их с помощью высокоплотных межсоединений. Такие технологии, как CoWoS и SoIC от TSMC, Foveros от Intel и архитектура чиплетов AMD, позволяют проектировщикам комбинировать различные «плитки» (ядра CPU, GPU, IO, память) в одном модуле. Это повышает производительность и выход годных изделий (мелкие чипы проще производить без дефектов, а затем собирать вместе). Например, новейшие процессоры AMD используют чиплеты, и грядущий Meteor Lake от Intel тоже. 3D-укладка — еще одна технология: размещение чипов друг на друге, как, например, укладка памяти на логику (например, стеки памяти HBM с высокой пропускной способностью) для преодоления узких мест по пропускной способности. В отрасли идет стандартизация интерфейсов чиплетов (UCIe), чтобы чипы от разных производителей в будущем могли работать вместе в одном корпусе bakerbotts.com. Короче говоря, «чиплеты — как кубики Lego: маленькие специализированные чипы, которые можно комбинировать для создания более мощных систем», как выразился MIT Tech Review (иллюстрируя важный тренд инноваций). Эта революция в упаковке — ключевая технологическая стратегия для дальнейшего роста производительности систем, даже если масштабирование транзисторов замедляется.
Программное обеспечение для проектирования и IP: Хотя это не материал, стоит отметить, что EDA (системы автоматизации проектирования электроники) и IP-ядра, используемые для проектирования чипов, сами по себе являются важнейшими технологиями. Современные чипы настолько сложны, что появляется EDA с поддержкой ИИ — инструменты теперь используют машинное обучение для оптимизации размещения чипов и быстрой проверки проектов steveblank.com. В части IP, базовые проекты, такие как ядра CPU ARM или ядра GPU Imagination, являются фундаментальными технологиями, которые многие компании лицензируют, а не разрабатывают с нуля, фактически служа строительными блоками.
Новые вычислительные парадигмы: Помимо традиционных цифровых чипов, исследуются новые технологии: квантовые вычислительные чипы (использующие кубиты из сверхпроводящих цепей или ионов в ловушках) обещают экспоненциальный прирост скорости для определённых задач, хотя пока остаются на уровне исследований. Фотонные интегральные схемы используют свет вместо электричества для передачи данных и потенциально для вычислений на очень высоких скоростях с низким тепловыделением — уже применяются в некоторых коммуникационных инфраструктурах. Нейроморфные чипы стремятся имитировать нейронные сети мозга в аппаратном обеспечении для задач ИИ. Хотя эти технологии пока не стали массовыми, продолжающиеся НИОКР могут сделать их частью полупроводниковой отрасли в ближайшие годы.

В заключение, производство полупроводников требует освоения поразительного набора технологий — от материаловедения (выращивание идеальных кристаллов, химия травления) до оптической физики (нанофотоника литографии) и информатики (алгоритмы проектирования). Эта сложность объясняет, почему только несколько экосистем (Тайвань, Южная Корея, США, Япония, Европа) полностью владеют этими технологиями, а догоняющим странам приходится преодолевать огромные трудности. Это также объясняет, почему чипы так сложно производить — но они поистине чудесны по своим возможностям.

Инновации и направления НИОКР

Полупроводниковая индустрия движется неустанными инновациями – что ярко выражено в законе Мура, согласно которому количество транзисторов на чипах примерно удваивается каждые два года. Хотя закон Мура замедляется из-за физических ограничений, исследования и разработки (НИОКР) в мире чипов как никогда активны, исследуя новые пути повышения производительности. Вот некоторые ключевые инновации и будущие направления на 2024-2025 годы:

Движение к передовым техпроцессам: Крупнейшие игроки соревнуются за коммерциализацию следующих поколений чиповых технологий. TSMC и Samsung начали производство по 3 нанометрам в 2022-2023 годах; теперь TSMC планирует фабрики по 2 нм к 2025-2026, а IBM (совместно с Rapidus в Японии) даже продемонстрировала лабораторный прототип 2-нм чипа. Intel стремится вернуть лидерство в техпроцессах с узлами, которые она называет 20A и 18A (примерно эквивалент 2 нм) к 2024-2025 годам, интегрируя ленточные GAA транзисторы (“RibbonFET”). Каждый шаг уменьшения техпроцесса требует огромных НИОКР – новых трюков литографии, новых материалов (например, кобальт или рутений для межсоединений, новые изоляторы) и большего количества EUV-слоев. Уже ведутся разговоры о процессах менее 1 нм (так называемый ангстремный масштаб) во второй половине десятилетия, хотя к тому времени “нм” будут в основном маркетинговым термином – реальные размеры элементов могут быть всего в несколько атомов толщиной.
Чиплетные и модульные архитектуры: Как уже упоминалось, дизайн на основе чиплетов — важная инновация, за которой стоит следить. Она уже используется (процессоры AMD Zen, грядущий Intel Meteor Lake, Apple M1 Ultra, который по сути объединяет два M1 Max через интерпозер), и развивается со стандартными интерфейсами. Такой модульный подход позволяет повторно использовать IP-блоки, смешивать техпроцессы (например, аналоговую часть разместить на чиплете старого техпроцесса, CPU — на новом), а также повышать выход годных чипов. Консорциум UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express), созданный в 2022 году, разрабатывает открытые стандарты, чтобы, потенциально, компания могла покупать готовые чиплет-компоненты и интегрировать их — как собирать конструктор из кубиков Lego. В 2024 году мы видим, как чиплеты позволяют создавать более специализированные комбинации, например, легко интегрировать AI-ускорители или HBM-память для масштабирования производительности bakerbotts.com. В будущем это может радикально изменить подход к проектированию чипов и круг производителей (снизив барьеры входа для новых игроков, которые могут сосредоточиться на одной нише чиплетов).
Искусственный интеллект (ИИ) и специализированные чипы: Бурный спрос на вычисления для ИИ (например, обучение больших нейронных сетей для генеративного ИИ) формирует инновации в области чипов. Традиционные процессоры (CPU) неэффективны для задач ИИ, поэтому графические процессоры (GPU) и ИИ-ускорители (TPU, NPU и др.) пользуются высоким спросом. В 2024 году мы наблюдали «золотую лихорадку ИИ» в полупроводниковой отрасли — например, графические процессоры Nvidia для дата-центров продаются так быстро, как их успевают производить, а многие стартапы разрабатывают чипы, специально предназначенные для ИИ. Чипы для генеративного ИИ (включая CPU, GPU, специализированные ИИ-ускорители, память, сети) вероятно превысили $125 млрд выручки в 2024 году — более чем вдвое больше первоначальных прогнозов — и составили более 20% всех продаж чипов deloitte.com. Это стимулирует НИОКР архитектур, оптимизированных для ИИ: например, тензорные процессоры, нейроморфные чипы, вычисления в памяти (обработка данных непосредственно в массивах памяти), а также аналоговые вычисления для ИИ. Крупные игроки, такие как NVIDIA, Google (TPU), Amazon (Inferentia), и стартапы (Graphcore, Cerebras и др.) продвигают инновационные разработки. Генеральный директор AMD Лиза Су оценила общий рынок чипов, связанных с ИИ, в $500 млрд к 2028 году deloitte.com — это число больше, чем весь полупроводниковый рынок 2023 года, что подчеркивает преобразующий потенциал ИИ. Такие прогнозы стимулируют огромные инвестиции в НИОКР чипов для ИИ.
3D-интеграция и гетерогенная интеграция: Помимо размещения чиплетов рядом, 3D-укладка (чипы друг на друге) — еще одна передовая область. Многослойная память (например, HBM на GPU) уже стала обычным явлением. Следующий шаг — укладка логических чипов для сокращения соединений, например, размещение кэш-памяти непосредственно над слоем ядра CPU для более быстрого доступа. Исследовательские проекты изучают 3D ИС с тысячами вертикальных соединений (сквозные кремниевые via или даже соединения между кристаллами на нанометровом шаге). Гетерогенная интеграция означает объединение различных технологий (CMOS-логика, DRAM-память, фотоника и др.) в одном корпусе или стопке. Закон о чипах США (CHIPS Act) финансирует передовые упаковочные и интеграционные производства, поскольку это считается ключом к будущему прогрессу, когда чистое масштабирование замедляется. В 2024 году Intel продемонстрировала укладку вычислительного чипа поверх чипа ввода-вывода с «PowerVia» подачей питания с обратной стороны между ними, как часть своих будущих разработок. Это передовые исследования и разработки в области упаковки.
Новые материалы и парадигмы транзисторов: Исследователи также работают над посткремниевыми, пост-CMOS технологиями. Графен и углеродные нанотрубки обладают заманчивыми свойствами (ультрабыстрая подвижность электронов), которые могут позволить создавать гораздо меньшие транзисторы, но интеграция их в массовое производство представляет собой сложную задачу. Тем не менее, экспериментальные FET на углеродных нанотрубках были продемонстрированы в лабораторных чипах (MIT несколько лет назад создал 16-битный микропроцессор полностью из транзисторов на углеродных нанотрубках). 2D-полупроводники, такие как дисульфид молибдена (MoS₂), изучаются для создания ультратонких каналов. Тем временем спинтроника (использование спина электрона для памяти, как в MRAM), ферроэлектрические FET и квантовые устройства — это активные области исследований, которые могут улучшить или заменить текущие технологии для определённых применений. Ни одна из них не выйдет на массовое производство в 2025 году, но инвестиции сейчас могут привести к прорывам к концу десятилетия. Примечательный пример: IBM и Samsung объявили о исследованиях VTFET (Vertical Transport FET) в 2021 году — новой вертикальной структуре транзистора, которая теоретически может обеспечить значительный скачок в плотности за счёт вертикальной ориентации транзисторов через чип.
Квантовые вычисления и кремниевая фотоника: Хотя они не являются прямой частью основных дорожных карт CMOS, и квантовые вычисления, и фотонная интеграция — это будущие направления, пересекающиеся с полупроводниками. В R&D квантовых вычислений вложены миллиарды инвестиций — такие компании, как IBM, Google, Intel, даже создают чипы квантовых процессоров (хотя с использованием совершенно других технологий — например, сверхпроводящие схемы при криогенных температурах). Если квантовые компьютеры масштабируются, они могут дополнить классические полупроводники для определённых задач (криптография, сложное моделирование) в течение десятка-другого лет. Кремниевая фотоника, с другой стороны, уже объединяется с традиционными чипами: интеграция оптических интерфейсов для сверхбыстрых каналов передачи данных (например, между серверными чипами) с использованием миниатюрных лазеров и волноводов на кристалле. Технологические гиганты (например, Intel, Cisco) имеют программы по фотонным чипам, а стартапы работают над оптическими нейронными сетями. В 2024 году мы увидели дальнейший прогресс с вторым поколением оптических трансиверных чипов для дата-центров и исследованиями фотонных вычислений для ИИ.
Передовые технологии памяти: Инновации происходят не только в логических чипах. Память также развивается: 3D NAND flash движется к 200+ слоям (Micron и SK Hynix анонсировали чипы с >230 слоями), а к 2030 году возможно и 500+ слоёв, размещая ячейки памяти как в небоскрёбах. Новые типы памяти, такие как MRAM, ReRAM и фазопереходная память, разрабатываются для потенциальной замены или дополнения DRAM и flash, предлагая энергонезависимость с лучшей скоростью или износостойкостью. В 2023 году Intel и Micron продемонстрировали достижения в этих новых типах памяти. Вычислительное хранилище (где память может выполнять некоторые вычислительные задачи) — ещё одно направление.

В целом, R&D-пайплайн насыщен – от ближайших усовершенствований производства следующего поколения (2 нм, транзисторы GAA) до революционных новых вычислительных парадигм. Отрасль также получает беспрецедентную государственную поддержку в области НИОКР: например, американский CHIPS Act выделяет миллиарды на создание новых национальных исследовательских центров по полупроводникам, а европейский Chips Act аналогично увеличивает финансирование НИОКР semiconductors.org. Эти усилия направлены на обеспечение лидерства в будущих технологиях. Одна из явных тенденций – масштабное сотрудничество между компаниями, государством и академическим сообществом в области доконкурентных исследований (учитывая связанные с этим затраты).

На пороге 2025 года, хотя закон Мура может замедляться в традиционном смысле, новаторы уверены, что «Больше Мура» и «Больше, чем Мур» (новые возможности, выходящие за рамки масштабирования) будут продолжаться. Недавняя статья в Economist отмечает, что даже если транзисторы больше не будут уменьшаться вдвое каждые два года, темпы прогресса могут сохраниться благодаря архитектурам чиплетов, проектированию с помощью ИИ и специализации economist.com. Другими словами, конец закона Мура не будет означать конец быстрого прогресса – он просто будет идти из других направлений. Следующие несколько лет будут захватывающими, поскольку мы станем свидетелями того, приведут ли такие прорывы, как High-NA EUV, 3D-укладка чипов или, возможно, какая-то непредвиденная новая технология, отрасль к новым вершинам.

Геополитическая напряжённость и последствия для политики

Полупроводники – это не только бизнес, но и геополитические фишки в глобальной игре за власть. Поскольку передовые чипы имеют решающее значение для экономической мощи и национальной безопасности (военные технологии, критическая инфраструктура, защищённые коммуникации), страны всё активнее стремятся защищать и контролировать полупроводниковые возможности. В 2024–2025 годах эта напряжённость только обострилась, меняя политику и международные отношения. Вот основные сюжетные линии:

Технологическая «чиповая война» США и Китая: Соединённые Штаты и Китай ведут ожесточённую борьбу за полупроводники. США рассматривают успехи Китая в области чипов как потенциальную угрозу безопасности (передовые чипы могут использоваться для военного ИИ и т.д.) и принимают жёсткие меры, чтобы лишить Китай доступа к передовым чиповым технологиям. В октябре 2022 года США объявили о масштабных экспортных ограничениях, запрещающих китайским компаниям получать передовые чипы (выше определённых порогов производительности) и оборудование для их производства. В 2023 и конце 2024 года эти ограничения были ужесточены — например, был введён запрет даже на некоторые менее продвинутые AI-чипы Nvidia для Китая, а также расширен список китайских компаний (таких как SMIC, Huawei), находящихся под санкциями deloitte.com. США также оказали давление на союзников Нидерланды и Японию, чтобы они ограничили экспорт передовых литографических и других чиповых инструментов в Китай, на что те согласились в начале 2023 года (таким образом полностью отрезав Китай от EUV-машин, а также некоторых передовых DUV-инструментов). Цель этих ограничений — замедлить прогресс Китая в области самых передовых полупроводников, особенно необходимых для военного ИИ и суперкомпьютеров theregister.com m. Представители США открыто заявили, что хотят сохранить «маленький двор, высокий забор» — то есть небольшой набор самой передовой технологии, но с практически непреодолимой блокадой вокруг неё.
Ответ Китая – Самодостаточность и найм специалистов: Китай не остался в стороне. Он запустил программу «Сделано в Китае 2025» стоимостью более 150 млрд долларов, чтобы развивать собственные мощности по производству полупроводников и снизить зависимость от зарубежных технологий. Китайские фабрики, такие как SMIC, добиваются стабильного (хоть и скромного) прогресса – несмотря на санкции, SMIC удалось произвести 7-нм чипы в 2022-23 годах (используя старую DUV-литографию креативными способами) patentpc.com, что видно на смартфоне Huawei, выпущенном в 2023 году, в котором, как показал разбор, был 7-нм чип китайского производства. Китай также использует лазейки и удваивает усилия в НИОКР по инструментам, которые не может импортировать (например, разрабатывает собственное литографическое оборудование, хотя пока сильно отстает). Еще одна тактика: переманивание талантов. Поскольку правила США запрещают американцам помогать китайским чиповым компаниям, Китай активно нанимает инженеров из Тайваня, Кореи и других стран, предлагая щедрые льготы. «Китай активно переманивает зарубежные таланты… с высокими зарплатами, бесплатным жильем и прочим», — сообщает Reuters deloitte.com. Эта «война за таланты» — попытка импортировать ноу-хау. Кроме того, Китай ввел собственные экспортные ограничения на определенные материалы (галлий, германий) в середине 2023 года deloitte.com, показывая, что может ответить, используя свое доминирование в некоторых сырьевых материалах, необходимых для производства полупроводников.
Законы CHIPS и промышленная политика: Поразительным развитием событий стало то, что многие правительства приняли политику по возвращению или переносу производства чипов на свою территорию или к дружественным странам, что является отходом от десятилетий политики невмешательства. Закон США о CHIPS и науке (2022) выделил 52,7 миллиарда долларов прямого финансирования для стимулирования внутреннего производства чипов, а также 25% инвестиционных налоговых льгот для инвестиций в фабрикиbipartisanpolicy.org. К 2023-24 годам Министерство торговли США начало распределять эти средства на проекты – например, в 2023 году были объявлены первые гранты и государственные гарантии по кредитам для компаний, строящих фабрики в США. bipartisanpolicy.org. Цели — увеличить долю США в мировом производстве (сейчас около 12%) и обеспечить возможность производства самых передовых чипов (например, для обороны) на территории США. Аналогично, ЕС запустил Европейский закон о чипах (2023), нацеленный на мобилизацию 43 миллиарда евро для удвоения доли Европы в производстве до 20% к 2030 году consilium.europa.eu. Это включает субсидии на строительство новых фабрик (Intel получила крупную субсидию на фабрику в Германии, TSMC также приглашают строить фабрику в Германии), поддержку стартапов и финансирование исследований. Япония также выделила миллиарды на субсидии — она привлекла TSMC к строительству фабрики в Кумамото (с Sony и Denso в качестве партнеров), предложив почти половину стоимости (476 млрд иен ≈ $3,2 млрд субсидии) reuters.com. Япония также создала Rapidus — консорциум с такими компаниями, как Sony, Toyota, и при поддержке правительства, чтобы разработать 2-нм технологию производства чипов внутри страны в партнерстве с IBM. Южная Корея объявила о собственных стимулах для создания мега-кластера полупроводников и поддержки своих компаний, таких как Samsung, в строительстве новых фабрик. Индия запустила программу стимулов на $10 млрд для привлечения производителей чипов к строительству фабрик (хотя по состоянию на 2024 год прогресс идет медленно, есть интерес к аналоговым/зрелым фабрикам и упаковке). Даже Саудовская Аравия и ОАЭ заявили о намерении активно инвестировать в полупроводники для диверсификации своих экономик patentpc.com. Эта глобальная волна промышленной политики беспрецедентна для индустрии чипов, которая исторически имела лишь отдельные государственные поддержки (например, долгосрочная поддержка TSMC со стороны Тайваня), но никогда не видела такой широкой координации. Риск заключается в возможной перепроизводстве в долгосрочной перспективе и неэффективном распределении ресурсов, но основной движущей силой выступают национальная безопасность и устойчивость цепочек поставок.
Альянсы и «дружественный шоринг»: На геополитической шахматной доске сформировались новые альянсы, сосредоточенные вокруг чипов. США работают над созданием своего рода «чипового альянса» из единомышленников — технологически развитых стран, часто называемого «Chip 4» (США, Тайвань, Южная Корея, Япония), — для координации вопросов безопасности цепочек поставок и недопущения попадания критических технологий в руки противников. Нидерланды (где находится ASML) также являются ключевым партнером. Эти страны вместе контролируют большую часть высокотехнологичных чипов, интеллектуальной собственности, инструментов и производства. Совместные заявления в 2023 и 2024 годах между США и Японией, а также США и Нидерландами подтвердили сотрудничество по контролю за полупроводниками. С другой стороны, Китай и страны из его орбиты (возможно, Россия и некоторые другие) могут углубить собственные технологические связи — например, Китай увеличил технологическое сотрудничество с Россией и ищет оборудование для производства полупроводников у любой страны, готовой его продать. Тайваньский вопрос остается ключевым: США прямо заявляют, что не могут бесконечно зависеть от Тайваня в поставках чипов (поэтому поощряют строительство TSMC в Аризоне). Сам Тайвань стремится сохранить свой «кремниевый щит» — идею о том, что мировая зависимость от его чипов сдерживает военную агрессию. Но напряженность высока — в сценариях военных учений и в заявлениях некоторых официальных лиц даже высказывались крайние идеи, такие как уничтожение тайваньских фабрик по производству чипов в случае вторжения, чтобы не допустить их попадания в руки Китая theregister.com. Это показывает, насколько полупроводники теперь переплетены с национальным оборонным планированием.
Рост издержек и компромиссы: Одно из последствий политизации цепочек поставок — рост издержек и неэффективность. Моррис Чанг предупреждал, что реорганизация производства по политическим причинам приведет к удорожанию — распределенная глобальная модель just-in-time была очень экономичной theregister.com. Теперь дублирование фабрик в разных странах, иногда с неполной загрузкой, или использование не самых выгодных с точки зрения затрат локаций означает, что потребители могут платить больше за чипы и зависящие от них продукты. Уже сейчас TSMC заявила, что чипы, произведенные на новом заводе в Аризоне, будут стоить значительно дороже, чем произведенные на Тайване (по некоторым оценкам, примерно на 50% дороже) reuters.com. Компании могут переложить эти издержки на потребителей. Также существует проблема масштабирования кадров и цепочек поставок в новых регионах (как показала задержка TSMC в Аризоне, см. раздел о рабочей силе). Тем не менее, правительства, похоже, готовы нести эти издержки ради дивидендов безопасности.
Экспортный контроль и соблюдение требований: Еще одним развитием являются сложные режимы экспортного контроля, которые создаются. Бюро промышленности и безопасности (BIS) Министерства торговли США активно обновляет правила. Например, в конце 2024 года США объявили о правилах, чтобы ограничить даже доступ к передовым моделям ИИ для стран под санкциями и ограничили определённые менее продвинутые чипы, которые могут быть перепрофилированы для военного использования deloitte.com. Мониторинг и обеспечение соблюдения — это вызов: существует процветающий серый рынок перепродавцов чипов и посредников, пытающихся доставить ограниченные чипы в Китай или другие запрещённые направления. В ответ США усиливают меры по обеспечению соблюдения. Тем временем Китай разрабатывает свой собственный список экспортного контроля (возможно, чтобы включить больше позиций, таких как магниты из редкоземельных металлов и т.д., помимо уже ограниченных металлов). Эта игра в кошки-мышки, вероятно, будет продолжаться, и компании иногда оказываются между двух огней (например, NVIDIA пришлось создавать модифицированные версии своих ИИ-чипов с низкой скоростью, чтобы легально продавать их в Китай по новым правилам, на что США, в свою очередь, отреагировали дополнительными ограничениями).
Технологический суверенитет против сотрудничества: Многие страны говорят о «технологическом суверенитете» — ЕС использует этот термин, чтобы оправдать инвестиции, обеспечивающие независимость от иностранной технологии. С другой стороны, инновации в полупроводниках процветают благодаря глобальному сотрудничеству (ни одна страна не может сделать всё дёшево самостоятельно). Поэтому политикам приходится балансировать: развивать местные мощности, не изолируя себя от глобальной сети поставщиков и клиентов. Закон США о чипах (CHIPS Act) фактически содержит положения, согласно которым профинансированные компании не могут строить новые передовые мощности в Китае в течение 10 лет, чтобы обеспечить разъединение bipartisanpolicy.org. Китай, в свою очередь, продвигает «самодостаточность», даже если это означает изобретение велосипеда заново. Если разрыв углубится, мы можем увидеть параллельные экосистемы — например, Китай разрабатывает собственные EDA-инструменты, собственное оборудование, хотя и на поколение позади. В долгосрочной перспективе некоторые опасаются, что такое дублирование снижает общую эффективность инноваций (так как ранее компания вроде TSMC могла окупать НИОКР, продавая всем по всему миру; в разделённом мире объёмы продаж на каждом рынке ниже).

В 2024 году геополитическая напряженность в полупроводниковой сфере остается на рекордно высоком уровне. Основатель отрасли Моррис Чанг поддерживает усилия США по замедлению развития Китая – он отметил: «США начали свою промышленную политику в отношении чипов, чтобы замедлить прогресс Китая. … Я это поддерживаю», даже признавая, что эпоха свободной торговли чипами заканчивается. Компании, такие как ASML, выразили обеспокоенность тем, что некоторые ограничения кажутся «более экономически мотивированными», чем исключительно связанными с безопасностью reuters.com, как отметил генеральный директор ASML, выражая надежду на стабильное равновесие reuters.com. Тем временем такие страны, как Южная Корея, иногда оказываются между двух огней – зависят от Китая как от рынка, но являются союзниками США. Например, Южная Корея получила определенную гибкость (освобождения) для своих компаний Samsung и SK Hynix, чтобы они могли продолжать работу фабрик в Китае несмотря на правила США, но в конце 2024 года даже Южная Корея столкнулась с «неожиданным поворотом», когда рассматривала собственную технологическую политику под давлением deloitte.com.

«Чиповая война» в полупроводниковой отрасли, вероятно, продолжит формировать мировую политику. С одной стороны, это приводит к огромным инвестициям в технологии и производственные мощности (что может быть положительным для инноваций и рабочих мест). С другой стороны, это создает риск более фрагментированного и нестабильного технологического ландшафта, где перебои в поставках и торговые споры становятся более частыми. Для широкой публики одним из непосредственных последствий является то, что обеспечение стабильных поставок чипов стало для правительств приоритетом – как и энергетическая безопасность. В ближайшие годы ожидайте новостей о строительстве новых фабрик в центральных регионах США или столицах Европы, о взаимных запретах на экспорт между крупными державами и о том, что полупроводники становятся ключевым пунктом дипломатических переговоров. Глобальная конкуренция за лидерство в производстве чипов уже полностью развернулась, и она окажет глубокое влияние как на развитие самой полупроводниковой отрасли, так и на общий баланс экономических сил в XXI веке.

Экономическое влияние полупроводниковой отрасли

Полупроводниковая индустрия не просто обеспечивает другие сектора — это огромная экономическая сила сама по себе. В 2024 году мировой рынок полупроводников резко вырос по мере того, как дефицит, вызванный пандемией, ослаб, а новый спрос резко увеличился. Мировые продажи чипов достигли примерно 630,5 миллиарда долларов в 2024 году semiconductors.org, что составляет уверенный рост примерно на 18–20% по сравнению с предыдущим годом, и ожидается, что в 2025 году они достигнут новых рекордов (около 697 миллиардов долларов) deloitte.com. Если текущие тенденции сохранятся, отрасль может приблизиться к 1 триллиону долларов в год к 2030 году deloitte.com. Для сравнения: это примерно ВВП Нидерландов или Индонезии, который ежегодно генерируется за счет чипов.

Но истинное экономическое влияние полупроводников гораздо больше, чем просто продажи самих чипов. «Компании в полупроводниковой экосистеме производят чипы … и продают их компаниям, которые интегрируют их в системы и устройства … Доход от продукции, содержащей чипы, составляет десятки триллионов долларов», объясняет отраслевой эксперт Стив Бланк steveblank.com. Действительно, практически каждый современный электронный продукт (смартфоны, ПК, автомобили, телекоммуникационное оборудование, промышленные машины) содержит чипы — эти конечные рынки оцениваются в многие триллионы и обеспечивают рост производительности по всей экономике. Например, полупроводники являются основой ключевых отраслей, таких как автомобилестроение (в современных автомобилях десятки микроконтроллеров), вычислительная техника и облачные сервисы, телекоммуникации (5G-сети), потребительская электроника и новые направления, такие как искусственный интеллект и возобновляемая энергетика. Доступность и стоимость чипов напрямую влияют на состояние и темпы инноваций в этих секторах.

Несколько конкретных моментов об экономическом влиянии:

Технологические революции: Полупроводники часто становятся либо узким местом, либо катализатором новых технологических волн. Рост смартфонов и мобильного интернета в 2010-х годах стал возможен благодаря всё более мощным и энергоэффективным чипам для телефонов. Нынешний бум ИИ (с моделями типа ChatGPT и автономными системами) возможен благодаря передовым GPU и ускорителям ИИ; если бы прогресс в чипах застопорился, алгоритмы ИИ не могли бы работать в практических масштабах. Будущее развитие IoT (Интернета вещей), электромобилей и беспилотных автомобилей, автоматизации Индустрии 4.0 и связи 6G всё это предполагает дальнейший прогресс в области чипов. В экономическом плане чипы обладают огромным мультипликативным эффектом – прорыв в полупроводниках может породить целые новые отрасли. Осознавая это, правительства называют полупроводники «стратегической» отраслью; например, Белый дом заявил, что полупроводники «критически важны для экономического роста и национальной безопасности США», что объясняет, почему Закон о чипах был оправдан bipartisanpolicy.org.
Создание рабочих мест и занятость высокой квалификации: Сектор полупроводников поддерживает большое количество рабочих мест по всему миру, многие из которых — высокооплачиваемые и требующие высокой квалификации (инженеры, техники, исследователи). В центрах проектирования чипов, таких как Силиконовая долина (США) или Синьчжу (Тайвань), компании по производству чипов являются крупными работодателями. Одна новая фабрика может создать тысячи прямых рабочих мест и десятки тысяч косвенных (строительство, поставщики, сервисы). Например, планируемые фабрики Intel в Огайо и TSMC в Аризоне, как ожидается, создадут по ~3 000 прямых рабочих мест, а также значительно больше в смежных отраслях. Более того, это именно те рабочие места в передовом производстве, которые многие развитые страны стремятся развивать у себя по экономическим и соображениям безопасности. Однако, как мы обсудим в следующем разделе, поиск квалифицированных специалистов для этих рабочих мест становится всё более сложной задачей, что само по себе имеет экономические последствия (дефицит кадров может замедлить расширение и повысить зарплаты).
Мировая торговля и цепочки поставок: Полупроводники — один из самых торгуемых товаров в мире. Годовой мировой оборот торговли полупроводниками и сопутствующим оборудованием составляет сотни миллиардов долларов. Например, чипы стабильно входят в число основных экспортных товаров для таких стран, как Тайвань, Южная Корея, Малайзия и всё больше — Китай (который экспортирует много чипов низкого уровня, даже несмотря на импорт высокотехнологичных). Фактически, с 2020 года импорт чипов Китаем (около $350 млрд в 2022 году) превысил импорт нефти, что подчеркивает важность чипов как ключевого импортного товара для страны patentpc.com. Эта динамика также влияет на торговый баланс и переговоры. Экспортно-ориентированные экономики, такие как Южная Корея и Тайвань, зависят от экспорта чипов для роста — на Тайване одна только TSMC вносит значительный вклад в ВВП и торговый профицит. Между тем, страны, зависящие от импорта чипов (например, многие в Европе или Индия), рассматривают развитие собственного производства как способ улучшить свою торговую позицию.
Экономическая безопасность: Дефицит чипов в 2021-2022 годах стал тревожным сигналом: нехватка полупроводниковых деталей стоимостью $1 могла остановить производство автомобилей за $40 000, что способствовало инфляции и снижению темпов роста ВВП в некоторых регионах. По оценкам исследований, дефицит чипов сократил мировое производство автомобилей на несколько процентов и замедлил доступность потребительской электроники, что, вероятно, оказало незначительное сдерживающее влияние на ВВП в 2021 году. Теперь правительства рассматривают гарантированные поставки чипов как часть экономической безопасности. В отчете PwC за 2023 год даже предупреждалось, что серьезные перебои в поставках чипов, вызванные изменением климата, могут поставить под угрозу треть прогнозируемого объема производства в $1 трлн в течение десятилетия, если отрасль не адаптируется pwc.com, — что нанесет значительный ущерб мировой экономике. Поэтому экономические стратеги включают полупроводники в оценку рисков, обычно предназначенную для жизненно важных сырьевых товаров.
Фондовый рынок и корпоративный рост: Сами полупроводниковые компании стали одними из самых ценных компаний в мире. К концу 2024 года совокупная рыночная капитализация 10 ведущих чиповых компаний составляла около $6,5 трлн, что на 93% больше, чем годом ранее deloitte.com, благодаря стремительному росту оценок, связанных с ИИ. Такие гиганты, как TSMC, NVIDIA, Samsung, Intel и ASML, имеют рыночную капитализацию в сотни миллиардов. Их показатели существенно влияют на фондовые индексы и инвестиционные потоки. На самом деле, Филадельфийский полупроводниковый индекс (SOX) часто рассматривается как барометр состояния технологического сектора. Богатство, созданное ростом этих компаний, огромно, и они, в свою очередь, рекордными темпами инвестируют средства обратно в НИОКР и капитальные затраты (TSMC потратила около $36 млрд на капзатраты в 2022 году reuters.com, что сопоставимо со стоимостью строительства нескольких авианосцев). Это создает благоприятный цикл инноваций и экономической активности, пока сохраняется спрос.
Влияние на потребителей и цены: Чипы составляют значительную часть стоимости многих товаров. По мере того как чипы становятся мощнее (согласно закону Мура), часто стоимость одной функции снижается, что позволяет выпускать более дешевые электронные устройства или добавлять больше функций за ту же цену — это выгодно для потребителей и способствует росту производительности. Однако недавний дефицит и дополнительные расходы на «безопасные» цепочки поставок (например, дублирование фабрик в регионах с более высокими издержками) могут оказывать инфляционное давление. Мы видели, например, как цены на автомобили значительно выросли в 2021-2022 годах, отчасти потому, что автопроизводители не могли получить достаточно микроконтроллеров, что привело к низким запасам. В отчете Goldman Sachs за 2021 год отмечалось, что чипы входят в широкий спектр потребительских товаров, поэтому продолжительный дефицит чипов может заметно повлиять на инфляцию. Напротив, когда поставки чипов нормализуются, это может оказывать дефляционное влияние на цены на электронику. В долгосрочной перспективе постоянный прогресс в области полупроводников является дефляционным фактором (электроника либо дешевеет, либо становится гораздо более функциональной за ту же цену каждый год).
Государственные субсидии и рентабельность инвестиций (ROI): С десятками миллиардов государственных средств, уже выделенных на чиповые инициативы, налогоплательщики и экономисты внимательно следят за отдачей. Сторонники утверждают, что эти субсидии окупятся за счет создания высокооплачиваемых рабочих мест и защиты жизненно важных отраслей. Есть также мультипликативный эффект — например, строительство фабрики включает множество строительных работ, а затем и высококвалифицированные рабочие места, и, по сообщениям, каждая работа на фабрике поддерживает примерно 4–5 других рабочих мест в экономике (в обслуживании, сервисе и т.д.). Однако критики предупреждают о риске перепроизводства или неэффективности, когда государство выбирает победителей. Финансирование по CHIPS Act, например, сопровождается условиями (разделение прибыли при чрезмерной прибыли, требования по уходу за детьми для работников фабрик и т.д.), чтобы попытаться обеспечить широкие выгоды. Успех или неудача этих политик будет иметь экономические последствия: если они окажутся успешными, такие регионы, как американский Средний Запад или Саксония в Германии, могут стать новыми Кремниевыми долинами, стимулируя местную экономику. В противном случае есть риск появления дорогостоящих «белых слонов».

В итоге, полупроводники оказывают огромное экономическое влияние как напрямую, так и косвенно. Они стимулируют рост смежных отраслей и лежат в основе роста производительности (более быстрые компьютеры = больше научных симуляций, лучший ИИ = больше автоматизации). Цикличность сектора (циклы подъема и спада из-за колебаний спроса) также может влиять на более широкие экономические циклы. Например, спад в цикле чипов (как в 2019 или 2023 годах для чипов памяти) может навредить экспорту и ВВП экономик с развитым производством, тогда как подъем (как нынешний бум ИИ) может их значительно ускорить.

По мере приближения к 2025 году прогнозы оптимистичны: в отраслевом обзоре Deloitte отмечается, что 2024 год был очень успешным с ростом примерно на 19%, а в 2025 году может быть еще около 11% роста, что ставит отрасль на путь к заветному триллиону долларов deloitte.com. Рост подпитывается спросом на новые технологии (ИИ, 5G, электромобили), который компенсирует возможное замедление в сегментах смартфонов или ПК. Задача будет заключаться в том, чтобы преодолеть издержки локализации и геополитические ограничения, не подавляя инновации и масштаб, которые изначально сделали полупроводники такой экономической историей успеха.

Экологические и устойчивые аспекты

Как бы ни впечатляли полупроводниковые технологии, их производство связано с существенными экологическими издержками. Отрасль все больше осознает свои проблемы устойчивого развития — включая огромные затраты воды и энергии, выбросы парниковых газов и химические отходы. Парадоксально, но чипы способствуют развитию экологичных технологий (эффективная электроника, чистая энергетика), однако их производство может быть ресурсоемким и загрязняющим, если не управлять этим тщательно. Вот основные экологические проблемы:

Использование воды: «Полупроводники не могут существовать без воды — и в больших количествах», отмечает Кирстен Джеймс из Ceres weforum.org. Фабрики требуют огромных объемов ультра-чистой воды (UPW) для промывки пластин после каждого химического процесса. Эта вода должна быть чрезвычайно чистой (в тысячи раз чище питьевой воды), чтобы избежать загрязнения минералами или частицами weforum.org. Для производства 1 000 галлонов UPW требуется примерно 1 400–1 600 галлонов муниципальной воды (остальное становится сточными водами) weforum.org. Одна крупная фабрика по производству чипов может использовать 10 миллионов галлонов воды в день, что эквивалентно водопотреблению ~30 000–40 000 домохозяйств weforum.org. В мировом масштабе все полупроводниковые заводы вместе взятые, по оценкам, потребляют воды столько же, сколько город с населением в миллионы; в одном отчете отмечалось, что фабрики по производству чипов по всему миру используют столько же воды, сколько город Гонконг (7,5 миллиона человек) ежегодно weforum.org. Такой высокий спрос создает давление на местные водные ресурсы, особенно в регионах, уже сталкивающихся с засухой или нехваткой воды (например, фабрики TSMC на Тайване были под угрозой из-за сильной засухи в 2021 году, что потребовало государственного нормирования воды и даже подвоза воды на фабрики). Дефицит воды становится уязвимостью для отрасли weforum.org. Кроме того, сточные воды с фабрик могут содержать опасные химикаты (например, кислоты, металлы). Без надлежащей очистки эти сточные воды могут загрязнять реки и грунтовые воды, нанося вред экосистемам weforum.org. Действительно, в некоторых центрах производства чипов в Китае и Южной Корее власти привлекали фабрики к ответственности за экологические нарушения из-за загрязнения воды weforum.org. Отрасль реагирует, инвестируя в повторное использование воды: многие фабрики теперь перерабатывают часть своей воды. Например, новая фабрика TSMC в Аризоне утверждает, что будет возвращать около 65% своего водопотребления на месте weforum.org, и Intel сотрудничала с местными властями в Орегоне и Аризоне для строительства водоочистных сооружений с целью пополнения водоносных горизонтов weforum.org. Некоторые фабрики в Сингапуре и Израиле перерабатывают еще больший процент воды. Однако по мере роста спроса на чипы общее потребление воды все равно будет увеличиваться, что делает этот вопрос критически важным для устойчивого развития.
Потребление энергии и выбросы: Производство чипов — энергоёмкий процесс. Работа чистых помещений фабрики, насосов и термических процессов 24/7 требует огромного количества электроэнергии. Одна современная фабрика может потреблять порядка 100 мегаватт электроэнергии непрерывно — это эквивалентно энергопотреблению небольшого города (десятки тысяч домов). Фактически, «стандартное крупное предприятие по производству чипов потребляет более 100 000 мегаватт энергии … каждый день», а весь сектор в целом использовал около 190 миллионов тонн CO₂-эквивалента в 2024 годуblog.veolianorthamerica.com. (Эта цифра выбросов — 190 миллионов тонн — примерно соответствует годовому уровню выбросов таких стран, как Вьетнам или Австралия.) Часть этого углеродного следа связана с косвенным потреблением электроэнергии (если местная электросеть работает на ископаемом топливе), а часть — с прямыми выбросами в процессе производства. На фабриках используются перфторированные соединения (PFC) для травления и очистки; эти газы, такие как CF₄ или C₂F₆, обладают потенциалом глобального потепления в тысячи раз выше, чем CO₂ и могут сохраняться в атмосфере тысячелетиями. Хотя отрасль работает над сокращением утечек PFC (в рамках добровольных соглашений по Киотскому протоколу), они по-прежнему вносят значительный вклад в выбросы. Согласно исследованию TechInsights, если производство чипов удвоится к 2030 году (чтобы достичь рынка в $1 трлн), без мер по снижению выбросов, выбросы отрасли могут значительно вырасти pwc.com. Для решения проблемы энергопотребления производители чипов всё активнее инвестируют в возобновляемую энергию для питания фабрик. Например, TSMC стала одним из крупнейших корпоративных покупателей возобновляемой энергии в мире, ставя цель достичь 40% возобновляемой энергии к 2030 году и 100% к 2050 году. У Intel также есть фабрики, работающие на 100% возобновляемой электроэнергии в некоторых регионах. Повышение энергоэффективности внутри фабрик (например, использование рекуперации тепла, более эффективных чиллеров) — ещё одно направление. Но важно отметить, что более продвинутые чипы часто требуют больше энергии на пластину для производства (например, EUV-литография менее энергоэффективна, чем более старые методы), поэтому существует противоречие между технологическим прогрессом и энергозатратами на чип. Некоторые аналитики опасаются, что если закон Мура замедлится, то энергозатраты на транзистор могут даже увеличиться.
Химические и опасные отходы: Полупроводниковое производство использует токсичные и опасные вещества – такие как газы (силан, арсин), агрессивные жидкости (кислоты, растворители) и тяжелые металлы. Безопасное управление потоками отходов крайне важно. Фабрики генерируют химические отходы, которые необходимо тщательно обрабатывать или утилизировать. Например, использованные растворители и травители можно перегонять и повторно использовать, кислоты – нейтрализовать, а суспензии – фильтровать для повторного применения. Компании, такие как Veolia, предлагают услуги по переработке отходов для фабрик – превращая отработанные химикаты в полезные продукты или безопасно сжигая отходы с улавливанием энергии blog.veolianorthamerica.com. Несмотря на лучшие практики, аварии (утечки химикатов, неправильный сброс) все же случаются и могут нанести вред окружающей среде. Еще один аспект – отходы от упаковки: производство связано с большим количеством одноразовых пластиковых контейнеров, перчаток, халатов и т.д. в чистых помещениях. Многие компании сейчас также стараются сокращать и перерабатывать эти твердые отходы blog.veolianorthamerica.com. Также существует электронные отходы на следующих этапах, но это больше касается утилизации готовой электронной продукции, а не самого производства чипов.
Устойчивость к изменению климата: Ирония в том, что изменение климата напрямую угрожает производству чипов, хотя сами чипы необходимы для борьбы с изменением климата. Фабрики расположены в регионах, где все чаще происходят экстремальные погодные явления: тайфуны в Восточной Азии, аномальная жара и засухи (например, на западе США, в Тайване) и т.д. В отчете CNBC за 2024 год отмечалось, что один шторм или наводнение, обрушившееся на ключевой «город чипов», может нарушить поставки – например, гипотетический тайфун Хелен, ударивший по тайваньскому городу Синьчжу (где находится штаб-квартира TSMC), может иметь катастрофические последствия deloitte.com. Компании сейчас оценивают климатические риски для своих объектов. Вопрос водных ресурсов стоит на первом месте – в опросе руководителей чип-индустрии 2023 года 73% выразили обеспокоенность рисками, связанными с природными ресурсами (водой) для своей деятельности weforum.org. Многие внедряют меры устойчивости к климату, такие как создание собственных резервуаров для воды, резервного электропитания и диверсификация географии размещения. В PricewaterhouseCoopers предупредили, что без адаптации до 32% мировых поставок полупроводников окажутся под угрозой к 2030 году из-за водного стресса и других климатических воздействий pwc.com.
Позитивные инициативы: С положительной стороны, отрасль усилила обязательства по устойчивому развитию. К 2025 году почти все крупные полупроводниковые компании имеют какую-либо цель по сокращению выбросов углерода или достижению углеродной нейтральности. TSMC планирует сократить выбросы на 20% к 2030 году (от уровня 2020 года) и достичь нулевого уровня выбросов к 2050 году. Intel поставила цель достичь нулевых операционных выбросов к 2040 году и инвестирует в экологичные фабрики (уже достигнуто 82% повторного использования воды и 100% использования зеленой энергии на объектах в США по состоянию на 2022 год). Samsung объявила экологические цели, чтобы не отставать — например, закупка возобновляемой энергии для зарубежных операций и повышение энергоэффективности своих процессов. Еще один плюс — продукция отрасли помогает сокращать выбросы в других сферах: например, энергоэффективные чипы снижают энергопотребление в дата-центрах и электронике; чипы в системах возобновляемой энергетики повышают эффективность электросетей. Одно исследование SIA (Ассоциация полупроводниковой промышленности) показало, что на каждую тонну CO₂, выбрасываемую сектором чипов, технологии, созданные с помощью чипов, помогали сократить несколько тонн выбросов в других секторах (за счет энергосбережения). Оправдывает ли это углеродный след — вопрос спорный, но ясно, что полупроводники — ключ к климатическим решениям (умные сети, электромобили и т.д.).

Для иллюстрации достигнутого прогресса: полупроводниковое подразделение Sony в Японии заявило, что один из их заводов повторно использует около 80% сточных вод и строит новые объекты для улучшения этого показателя weforum.org. Многие компании присоединились к инициативам Responsible Business Alliance по устойчивым цепочкам поставок, чтобы гарантировать, что используемые ими минералы (например, кобальт, тантал) не связаны с конфликтами и добываются ответственно. Также формируются консорциумы для коллективного решения широко распространённых проблем — например, IMEC в Бельгии реализует программы по устойчивому производству полупроводников, исследуя альтернативы ПФГ-газам и способы снижения энергозатрат на пластину.

В заключение, экологическое воздействие производства полупроводников нельзя назвать незначительным, и им необходимо управлять. Хорошая новость в том, что лидеры отрасли это признают. Как говорится в одном из отчетов Deloitte, производство чипов на триллион долларов в 2030 году окажет влияние на окружающую среду — вопрос в том, как его минимизироватьwww2.deloitte.com. Дальнейший путь включает большую прозрачность (раскрытие компаниями данных по воде и выбросам углерода), установление научно обоснованных целей по выбросам, инвестиции в принципы циркулярной экономики (например, повторное использование химикатов, цель по нулевым отходам на полигоны blog.veolianorthamerica.com), а также партнерство с государством (для развития инфраструктуры, такой как возобновляемая энергетика и очистка воды). Потребители и инвесторы также требуют более экологичных практик — крупные покупатели чипов, такие как Apple, например, хотят, чтобы их цепочка поставок (включая поставщиков чипов, таких как TSMC) использовала 100% возобновляемой энергии. Это внешнее давление способствует переменам.

Итак, хотя полупроводниковой отрасли еще предстоит поработать над снижением своего экологического следа, она уже предпринимает значимые шаги. В конце концов, экономия воды и энергии часто совпадает с долгосрочным снижением затрат. А в мире, где устойчивое развитие становится все более важным, успехи в «зеленом производстве чипов» могут стать еще одним конкурентным преимуществом. Мы можем даже увидеть, как такие технологии, как новые методы сухого травления (с меньшим использованием химикатов) или заменители ПФК-газов станут стандартной практикой, движимой экологически ориентированными НИОКР. Надежда заключается в том, что следующий этап роста полупроводниковой отрасли будет достигнут таким образом, чтобы работать вместе с окружающей средой, а не против нее blog.veolianorthamerica.com – обеспечивая устойчивость цифровой революции, основанной на чипах, для планеты.

Проблемы кадров и талантов

Производство полупроводников — это не только чистые комнаты и оборудование — оно в первую очередь зависит от людей с высокоспециализированными навыками. И здесь отрасль сталкивается с серьезной проблемой: с растущей нехваткой кадров и дефицитом навыков. По мере того как страны инвестируют в новые фабрики и НИОКР, возникает вопрос: кто будет работать на этих предприятиях и двигать инновации, особенно в эпоху, когда существующий персонал стареет, а молодые таланты уходят в сферу программного обеспечения или другие области?

Ключевые вопросы и тенденции, связанные с кадровым потенциалом в полупроводниковой отрасли:

Стареющий персонал и волна выходов на пенсию: Во многих регионах нынешний инженерный состав в полупроводниковой отрасли смещен в сторону более возрастных, опытных специалистов — и большая их часть приближается к пенсии. Например, в США «55% сотрудников полупроводниковой отрасли старше 45 лет, а менее 25% — младше 35», по состоянию на середину 2024 года deloitte.com. В Европе ситуация схожа: «20% работников полупроводниковой отрасли Европы старше 55 лет, а около 30% сотрудников отрасли в Германии выйдут на пенсию в течение следующего десятилетия», по данным анализа EE Times deloitte.com. Это надвигающаяся «утечка мозгов», когда уходят опытные эксперты. Отрасль рискует потерять десятилетия накопленных знаний быстрее, чем сможет их восполнить — на это указывает исследование Deloitte, в котором отмечается «несистемная передача знаний и слишком мало новых специалистов для усвоения опыта» deloitte.com.
Недостаточный приток новых талантов: Исторически карьеры в области чип-инженерии (электротехника, материаловедение или обслуживание оборудования) не привлекали столько молодых специалистов, как, например, разработка программного обеспечения или наука о данных. Эта работа часто считается более специализированной, требует наличия ученых степеней, а престиж отрасли среди выпускников снизился со времен бума ПК. Совместное исследование SEMI и Deloitte еще в 2017 году уже выделяло «надвигающийся дефицит кадров» и отмечало, что полупроводниковая индустрия сталкивается с проблемами брендинга и ценностного предложения для новых выпускниковdeloitte.com. В 2023-2024 годах, несмотря на высокотехнологичность сферы, все меньше студентов выбирают специальности, связанные с полупроводниками, и компании сообщают о трудностях с наймом сотрудников — от начального уровня до исследователей с докторской степенью. Результат: много открытых вакансий, мало квалифицированных кандидатов. Это особенно остро ощущается в регионах, которые пытаются расширить производство чипов с низкой базы (например, в США, где необходимо обучить гораздо больше техников для новых фабрик, или в Индии, где только начинаются такие усилия).
Региональные несоответствия и урок TSMC в Аризоне: Одним из ярких примеров кадровых проблем стала задержка TSMC в Аризоне. TSMC строит фабрику стоимостью $40 млрд в Аризоне — один из ключевых проектов по возвращению передового производства чипов в США. Однако в середине 2023 года TSMC объявила, что открытие завода переносится с 2024 на 2025 год, сославшись на «недостаточное количество квалифицированных рабочих» среди местных кадров manufacturingdive.com. Компании было сложно найти в США достаточно специалистов с нужными знаниями для строительства и установки современного оборудования, и она столкнулась с «сопротивлением профсоюзов попыткам привлечь рабочих из Тайваня» для помощиreuters.com. TSMC пришлось отправить сотни опытных техников из Тайваня в Аризону для обучения местных сотрудников и завершения установки чистых помещений. Председатель компании Марк Лю отметил, что у каждого нового проекта есть кривая обучения, но намекнул, что нехватка кадров в США — серьезное препятствие reuters.com. Эта ситуация подчеркивает, что экспертиза сосредоточена в существующих центрах (например, в Тайване для передового производства) и не так просто переносится. Сейчас все проекты по строительству фабрик в США (новые фабрики Intel, расширение фабрики Samsung в Техасе и др.) активизируют набор и обучение, сотрудничают с колледжами и инженерными школами для подготовки кадров. Но чтобы превратить выпускника в опытного инженера-процессника в полупроводниковой отрасли, требуются годы практики. Поэтому рост числа местных специалистов может отставать от темпов строительства новых фабрик.
Китайская кампания по привлечению талантов: Тем временем, Китай активно занимается поиском специалистов по микросхемам по всему миру, чтобы преодолеть свои технологические ограничения. Как уже отмечалось, поскольку западные страны ограничивают передачу технологий, Китай переключился на вербовку отдельных специалистов. Расследование Reuters в 2023 году показало, что Китай тихо нанял сотни инженеров из тайваньской TSMC и других компаний, предлагая компенсационные пакеты, иногда вдвое превышающие их зарплату, а также такие льготы, как жилье deloitte.com. Идея заключается в том, чтобы импортировать экспертизу на китайские фабрики и в проектные бюро (отчасти по аналогии с тем, как Тайвань изначально развивал свою индустрию, возвращая инженеров, обученных в США в 1980-х годах). Однако это вызвало напряженность — Тайвань даже начал расследования и ужесточил законы, чтобы предотвратить утечку интеллектуальной собственности через переманивание специалистов. США также теперь запрещают своим гражданам (и обладателям грин-карт) работать на определённые китайские чиповые компании без лицензии deloitte.com, после того как заметили, что многие бывшие сотрудники американских фирм переходят на высокооплачиваемые должности в Китае. Тем не менее, «война за таланты» означает, что опытные инженеры по всему миру пользуются большим спросом, а зарплаты растут. Это хорошо для инженеров, но может стать проблемой для компаний и регионов, которые не могут предложить такую же оплату, как более состоятельные конкуренты (будь то китайский стартап с господдержкой или фабрика, финансируемая по американскому закону CHIPS).
Инициативы по обучению и подготовке кадров: Осознавая кадровый дефицит, появилось множество инициатив. В рамках закона CHIPS США выделили средства не только на фабрики, но и на развитие рабочей силы — сотрудничая с университетами и колледжами для создания новых образовательных программ по полупроводникам bipartisanpolicy.org. Например, Университет Пердью запустил программу получения степеней в области полупроводников, нацеленную на выпуск сотен инженеров ежегодно, а Университет штата Аризона расширяет программы для поддержки присутствия TSMC. Аналогично, европейский Chips Act включает стипендии и трансграничные обучающие сети для подготовки большего числа специалистов по микроэлектронике. Компании также усиливают внутреннее обучение; например, Intel давно проводит внутренний «колледж для фабрик» и расширяет стажировки и кооперативные программы. Одна из проблем, однако, заключается в том, что многие неформальные знания в производстве чипов не преподаются по учебникам — их получают на практике на фабриках. Поэтому наращивание кадрового потенциала потребует сочетания формального образования и практических стажировок на действующих предприятиях. Правительства могут даже смягчить иммиграционные правила для привлечения иностранных специалистов (США рассматривают специальную визовую категорию для экспертов по чипам, а Япония приглашает тайваньских и корейских инженеров для работы на Rapidus).
Культура труда и привлекательность: Еще одна проблема — сделать карьеру в полупроводниковой отрасли привлекательной. Эта индустрия может быть требовательной: фабрики работают круглосуточно, инженеры часто трудятся посменно, а необходимая точность означает работу в условиях высокого давления. Как отмечает Reuters, TSMC обнаружила, что американские работники менее склонны терпеть «изнуряющий» круглосуточный график на чиповых фабриках по сравнению с работниками в Тайване или Японии reuters.com. В Японии существует культурная норма долгих рабочих часов, что соответствует потребностям чиповых фабрик, тогда как в США ожидания баланса между работой и личной жизнью могут вступать в противоречие с необходимостью ночных смен. Компаниям, возможно, придется адаптироваться (например, внедрять больше автоматизации для сокращения ночных смен или предлагать стимулы за работу в непопулярные часы). Кроме того, отрасль может улучшить свой имидж, подчеркивая интересную и значимую суть работы — вы создаете будущее технологий — и развивая разнообразие и инклюзивность (традиционно здесь доминируют мужчины, но можно привлечь больше представителей недостаточно представленных групп). Историческая нехватка гламура по сравнению с софтом постепенно уходит, поскольку полупроводники теперь часто в новостях, но постоянная работа с молодежью и обществом по-прежнему важна.
Дефицит кадров в цифрах: Для количественной оценки: SEMI (отраслевая ассоциация) оценила в конце 2022 года, что к 2030 году отрасль может столкнуться с нехваткой примерно 300 000 квалифицированных работников по всему миру, если текущие тенденции сохранятся. Это включает всех — от исследователей с докторской степенью до специалистов по обслуживанию оборудования. Наиболее острый дефицит — среди инженеров по оборудованию, инженеров по технологическим процессам и специалистов по EDA-программному обеспечению. Компании EDA, такие как Synopsys, также сообщают о необходимости большего числа специалистов по алгоритмам и ИИ для развития следующего поколения инструментов проектирования (которые теперь включают ИИ — чипы для проектирования чипов!). Еще один сегмент — рабочие технического уровня: те, кто имеет 2-летнее техническое образование и обслуживает оборудование фабрик. Такие страны, как США, в последние десятилетия недостаточно инвестировали в профессиональное обучение для таких ролей, поэтому восстановление этой цепочки крайне важно.
Международное сотрудничество против ограничений: Интересно, что несмотря на глобальный характер потребности в кадрах, некоторые политики усложняют перемещение специалистов. Экспортные правила США ограничивают не только оборудование, но и человеческие знания (гражданам США нужны лицензии для работы с определенными китайскими фабриками). Это может ограничить пул экспертов, готовых или способных работать в определенных местах, фактически сегментируя рынок труда. С другой стороны, союзные страны рассматривают способы обмена кадрами — например, возможна программа «обмена талантами» между американскими и тайваньскими фабриками для перекрестного обучения инженеров или взаимное признание квалификаций между ЕС и США, чтобы инженеры могли проще перемещаться для работы над проектами.
Компенсация и конкуренция: Дефицит кадров привел к росту зарплат в отрасли, что хорошо для привлечения специалистов, но также увеличивает издержки компаний. В 2021–2022 годах некоторые полупроводниковые фирмы предоставляли значительные повышения зарплат или бонусы, чтобы удержать сотрудников. Сообщается, что TSMC в 2022 году предложила повышение зарплаты более чем на 20% на фоне попыток переманивания. В таких регионах, как Индия, где исторически зарплаты чип-дизайнеров были ниже, транснациональные компании теперь предлагают гораздо более высокие пакеты, чтобы не допустить ухода специалистов к конкурентам или за границу. Всё это выгодно для профессионалов, но может сократить прибыльность или изменить направления расширения компаний (они могут искать регионы с хорошей системой образования, но всё ещё приемлемыми затратами на труд — одна из причин, почему Intel и другие присматриваются к таким местам, как Огайо или север штата Нью-Йорк, а не к перегретым рынкам труда).

В заключение, кадровый вопрос в полупроводниковой отрасли — это критическое ограничение для амбициозных планов по расширению. Здесь есть некоторая ирония: мы можем потратить миллиарды на новые современные фабрики, но без квалифицированных специалистов они останутся пустыми оболочками. Как сказал президент SIA в 2022 году, «Нельзя возродить производство без возрождения рабочей силы». В ближайшие годы будет предпринята скоординированная попытка вдохновить и обучить новое поколение чип-экспертов. Это может означать обновление инженерных учебных программ с включением большего количества материалов по производству полупроводников, предоставление привлекательных стипендий и даже начало популяризации STEM среди школьников, чтобы заинтересовать их «созданием следующего чипа с миллиардом транзисторов», а не просто написанием нового приложения.

Тем временем компании будут использовать временные меры: переобучать инженеров из смежных отраслей, нанимать пенсионеров в качестве консультантов и внедрять больше автоматизации и ИИ для снижения потребности в рабочей силе на фабриках. Правительства также могут скорректировать иммиграционную политику — например, США могут выдавать грин-карты выпускникам с соответствующими докторскими степенями из американских университетов, чтобы удержать их в стране.

Ставки высоки: если кадровый дефицит не будет решён, он может стать узким местом, замедляющим темпы инноваций и наращивания мощностей, что подорвет цели многомиллиардных чиповых инициатив. Напротив, если нам удастся вдохновить новую волну талантов в микроэлектронику, этот человеческий капитал может поддержать новую золотую эру развития полупроводников. Как заметил один эксперт: «Самый важный актив чиповой индустрии — не кремний, а мозги». И обеспечение достаточного количества этих «мозгов» для работы над полупроводниками так же важно, как и любой другой фактор, рассмотренный в этом отчёте.

Полупроводники часто называют «ДНК технологий», и этот подробный разбор ясно показывает почему. От физики их работы, через сложный глобальный танец производства, до стратегических и кадровых вызовов, формирующих их будущее — чипы находятся на стыке науки, экономики и геополитики. По состоянию на 2025 год мир осознаёт: тот, кто лидирует в производстве полупроводников, лидирует в современной экономике. Поэтому мы видим многомиллиардные инвестиции, международную борьбу за таланты и материалы, и стремительные инновации одновременно.

Для широкой публики всё это может казаться далеким — пока не станет близким. Дефицит чипов может сделать автомобили дороже или сделать гаджеты недоступными; изменение политики может определить, будет ли следующий смартфон с революционным процессором или отстающим. Хорошая новость в том, что в 2024 и 2025 годах инвестиции направляются на укрепление и переосмысление цепочки поставок, на горизонте появляются захватывающие новые технологии, а эксперты отрасли сотрудничают для решения узких мест — от литографии до подготовки кадров. История производства полупроводников — это действительно история постоянного переосмысления: как только кажется, что мы достигли предела, инженеры находят новый путь (будь то 3D-чипы, EUV или что-то еще впереди).

В ближайшие годы стоит обратить внимание на несколько вещей: Оправдают ли себя проекты фабрик в США и ЕС быстро? Сможет ли Китай достичь своих амбициозных целей по самодостаточности несмотря на санкции? Смогут ли преемники закона Мура, такие как чиплеты, продолжать обеспечивать рост производительности? Станет ли отрасль более экологичной и сможет ли привлечь разнообразные таланты? Ответы на эти вопросы определят не только технологии, которыми мы пользуемся, но и геополитический и экономический ландшафт XXI века.

Одно можно сказать наверняка: эти крошечные чипы стали огромными по значимости. «Чиповые войны» и гонка за кремнием будут продолжаться, но, в идеале, через конкуренцию, которая стимулирует инновации, и сотрудничество, которое обеспечивает стабильность. В конечном итоге каждый потребитель и каждая страна выиграют, если экосистема полупроводников останется динамичной, безопасной и устойчивой. Как мы видели, для этого потребуется умелое управление всем — от атомов до торговой политики. Мир следит — и инвестирует — в этот сектор как никогда ранее.

Для тех, кто хочет узнать больше или следить за развитием событий, вот несколько публичных ресурсов и дополнительной литературы о производстве полупроводников и тенденциях отрасли:

Semiconductor Industry Association (SIA) – State of the Industry Reports: Подробные ежегодные отчеты с последними данными о продажах, инвестициях и обновлениях политики deloitte.com.
Deloitte’s Semiconductor Outlook 2025: Анализ рыночных тенденций, включая влияние спроса на ИИ, нехватку кадров и геополитику deloitte.com deloitte.com.
«Chip War» Криса Миллера: Настоятельно рекомендуемая книга, дающая исторический контекст соперничеству США и Китая в области полупроводников и объясняющая, как мы пришли к текущей ситуации.
EE Times и Semiconductor Engineering: Отраслевые издания, освещающие ежедневные новости о технологических прорывах, проблемах цепочки поставок и дорожных картах компаний — отличный способ быть в курсе разработок 3нм/2нм процессов, новых архитектур чипов и т.д.
Доклады Всемирного экономического форума и Ceres по устойчивому развитию полупроводников: В них рассматривается воздействие на окружающую среду и предпринимаемые меры по решению проблем с водой и энергией в производстве чипов weforum.org, blog.veolianorthamerica.com.
Сайты и блоги компаний (TSMC, Intel, ASML): Многие лидеры отрасли публикуют образовательные материалы или обновления (например, цели Intel RISE 2030 по устойчивому развитию, технические обзоры ASML по EUV).

Следя за этими источниками, можно в реальном времени наблюдать, как разворачивается драма производства полупроводников – драма, сочетающая передовые инновации с высокими ставками глобальной стратегии. Не будет преувеличением сказать, что будущее будет зависеть от чипов, и поэтому понимание этой области становится всё более важным для каждого, кто интересуется, куда движется мир.

Полупроводники могут быть крошечными, но на них держится современный мир – и теперь мы приоткрыли завесу над тем, как их производят, кто их производит и почему они стали центром как восторга, так и напряжённости на мировой арене. steveblank.com

___________________________________________________

Источники:

Прогноз развития полупроводниковой отрасли на 2025 год | Deloitte Insights

Построение устойчивого пути развития для полупроводниковой отрасли

Стив Бланк Полупроводниковая экосистема – объяснение

Что такое полупроводник и для чего он используется? | Определение от TechTarget

Понимание CHIPS, часть первая: Проблема производства полупроводников | Бипартийный политический центр

Ведущие страны-производители полупроводников в 2020-2030 гг.: статистика производства и экспорта | PatentPC

Акт ЕС о чипах на 43 миллиарда евро получил одобрение. — TechHQ

Акт о чипах: Совет дал окончательное одобрение — Consilium.europa.eu

Преобразование вызовов в возможности в глобальной полупроводниковой…

TSMC ценит навыки Японии в производстве чипов после неудач США, говорят источники | Reuters

Понимание CHIPS, часть первая: Проблема производства полупроводников | Двухпартийный политический центр

Переход к чиплетам: развитие стандартов интерфейсов и коммерческих …

Программы CHIPS R&D — Ассоциация полупроводниковой промышленности

Конец закона Мура не замедлит темпы изменений

Глобализация закончилась, по мнению основателя TSMC • The Register

Генеральный директор ASML говорит, что желание США ограничить экспорт в Китай «экономически мотивировано» | Reuters

Отчет о состоянии отрасли 2025: инвестиции и инновации на фоне …

Понимание CHIPS, часть первая: проблема производства полупроводников | Бипартийный политический центр

Одна треть (32%) из прогнозируемых 1 триллиона долларов США поставок полупроводников …

Производство полупроводников и водная проблема больших технологий | Всемирный экономический форум

Построение устойчивого пути развития для полупроводниковой отрасли

Производство полупроводников и водная проблема больших технологий | Всемирный экономический форум

TSMC заключила соглашение с профсоюзом Аризоны по проекту завода микросхем на $40 млрд

‘Semiconductor Manufacturing Process’ Explained | 'All About Semiconductor' by Samsung Semiconductor

Смотрите это видео на YouTube.

Триллионные войны чипов: закулисье высоких ставок в мировой полупроводниковой индустрии

Mateusz Brzeziński

Search

Latest Posts