Китайский момент EUV и разрушение мировой индустрии микросхем

На охраняемом объекте, контролируемом Центральной комиссией по науке и технике, китайские инженеры запустили машину для экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUV) - технологию, которую США пытались заблокировать в течение многих лет.

Недавнее расследование Reuters подтвердило, что прототип EUV уже работает в Шэньчжэне. Это событие - не просто техническая веха; это сейсмическая структурная перестройка, которая фактически знаменует конец единого глобального рынка полупроводников и открывает эру глубокого технологического разделения.

Отсутствие доступа к передовой технологии машин EUV-литографии ASML является самым важным препятствием для амбиций Китая в области полупроводников. "Вполне логично, что компании захотят повторить нашу технологию, но сделать это будет нелегко", - говорится в заявлении ASML агентству Reuters.

В течение последних пяти лет мировая полупроводниковая промышленность считала, что строгие ограничения по принципу "маленький двор, высокий забор" позволят Китаю отстать в технологиях на несколько поколений.

Новости о шэньчжэньском прототипе, который рассматривается как "гибридный аппарат, рожденный необходимостью", показывают, что эти барьеры исчезают. Хотя машина еще не производит чипы, готовые для рынка, ее наличие ускоряет путь Китая к полупроводниковой независимости, возможно, к 2028-2030 годам. Это меняет перспективы рисков для глобальной цепочки поставок.

Анатомия технологического восстания

Шэньчжэньский проект, который называют "Манхэттенским проектом" для чипов в Китае, представляет собой отход от стратегий прошлого, основанных на субсидировании и коммерческом подходе. Вместо того чтобы полагаться на разрозненные коммерческие компании, Пекин использует подход "всей страны", а Huawei выступает в качестве центрального системного интегратора.

"Стратегия Китая заключается в повышении самодостаточности в критически важных секторах в качестве страховки на случай, если противники перекроют доступ к иностранным технологиям", - утверждает Брайан Спегеле, старший корреспондент пекинского бюро The Wall Street Journal. "Лидеры дают понять, что высокие затраты на это стоят того, особенно в условиях нестабильных отношений с Вашингтоном".

Этот подход объединяет государственные исследовательские группы, такие как Шанхайский институт оптики и точной механики (SIOM), и частные компании. Литография - это главная цель национальной безопасности, а не просто промышленная задача.

С технической точки зрения прототип подчеркивает расхождение между коммерческой логикой Запада и стратегическим императивом Китая. В то время как ASML использует CO2-лазеры для генерации EUV-света, китайские исследователи совершенствуют конструкцию, основанную на твердотельных лазерах. ASML отказалась от этого метода из-за недостаточной эффективности для массового производства. Однако теперь китайские специалисты сообщают, что эффективность преобразования составляет 3,42 %, что приближается к порогу, необходимому для практического применения.

Это достижение в равной степени зависит как от квалифицированных специалистов, так и от техники. Проект активно нанимает лучших инженеров из компании ASML, иногда предлагая до 700 000 долларов США за контракт. По данным Reuters, такой "сбор человеческой информации" позволил получить важные ноу-хау в области системной интеграции, которые невозможно получить только с помощью кибершпионажа.

В то же время Huawei работает над источником плазмы с лазерным индуцированным разрядом (LDP) - более простым вариантом, использующим высоковольтный разряд вместо лазера. LDP производит меньшую мощность, но выступает в качестве резервного плана. Если основной лазерный метод не удастся масштабировать без запрещенных зеркал Zeiss, LDP все равно можно будет использовать для производства достаточного количества чипов для военных нужд, пусть и в небольших количествах.

Новая, раздвоенная глобальная экономика полупроводников

Эксплуатация прототипа в Шэньчжэне формализует разделение мирового рынка полупроводников на две отдельные и все более несовместимые системы. Такое развитие событий завершает эпоху глобализации в чип-индустрии, заменяя ее двумя параллельными цепочками поставок, управляемыми различными экономическими и геополитическими правилами.

Западная система, возглавляемая США, Европой, Тайванем и Южной Кореей, будет и дальше стимулировать развитие передовых технологий. Компании TSMC и Intel уже тестируют оборудование ASML "High-NA EUV" для производства изделий толщиной менее 2 нанометров, отдавая предпочтение высокой производительности для искусственного интеллекта и центров обработки данных при рыночном ценообразовании. Главная цель Запада - сохранить "вычислительный разрыв", обеспечивающий технологическое превосходство над Китаем.

TSMC уже переходит в "эру ангстрема" с нодами A16 и подачей питания на заднюю панель. Их цель - обеспечить опережение тайваньских технологий по сравнению с китайскими. Несмотря на технологическое отставание от Запада, ориентированного на переход от 5-нм к 3-нм техпроцессам, Китай не связан традиционными коммерческими требованиями.

В Китае поддерживаемые государством литейные предприятия, такие как Semiconductor Manufacturing International Corp. (SMIC), соглашаются на более низкий выход продукции, чтобы гарантировать надежность поставок. Главная цель - предложить доступные чипы странам "Глобального Юга" и рынкам "Пояса и дороги", что может создать "ловушку зависимости" для стран, которые не могут платить по западным ценам.

Ценовая война за зрелые чипы

В то время как большинство людей наблюдают за гонкой за передовыми чипами ИИ, более серьезные и непосредственные экономические изменения происходят с чипами "зрелого узла" (28 нм и выше). Эти чипы необходимы для автомобилей, промышленного оборудования и бытовой техники.

По мере того как нехватка оборудования будет уменьшаться благодаря местным достижениям и закупкам на сером рынке, аналитики считают, что к 2030 году Китай сможет контролировать от 30 до 40 % мировых мощностей по производству старых чипов. Прорыв в Шэньчжэне позволяет Китаю сосредоточиться на использовании этой цепочки поставок в качестве инструмента. Наводнив рынок чипами, произведенными при поддержке государства, китайские компании смогут установить настолько низкие цены, что западные конкуренты не смогут конкурировать.

В такой ситуации западные промышленные гиганты оказываются в сложном положении. Производителям автомобилей и бытовой техники, испытывающим сильное давление на себестоимость, будет трудно удержаться от покупки более дешевых китайских чипов. Возможный контроль над цепочкой поставок базовой электроники - это стратегический риск, не менее серьезный, чем гонка за лидерство в области искусственного интеллекта.

Разрушение монополии ASML на оборудование

Рост китайской внутренней индустрии оборудования - это "кошмарный сценарий" для таких признанных поставщиков, как ASML, Nikon, Tokio Electron и Canon. Шэньчжэньский прототип был частично построен из оборудования, купленного через посредников, что всколыхнуло рынок подержанных инструментов для литографии.

По мере того как Китай будет двигаться в сторону внутреннего замещения, китайский рынок - исторически составлявший значительную долю доходов западных производителей инструментов - в конечном итоге будет закрыт. В ответ на это США и Япония ужесточают контроль не только за новыми продажами, но и за обслуживанием и поставками запчастей для существующей в Китае базы станков.

Эти действия призваны сделать китайские производственные линии менее надежными, что еще больше разрушает глобальную сеть поставок и заставляет Китай все больше зависеть от растущих "теневых сетей поставок".

Эти теневые сети создали скрытый слой в глобальной индустрии. Такие группы, как SiCarrier, играют ключевую роль в получении ограниченных запчастей и найме талантов, чтобы обойти правила "маленький двор, высокий забор". В результате цепочка поставок превратилась из открытой и эффективной системы в поле боя, где трудно отличить разведывательную работу от промышленной закупки.

Коммерческая реальность для китайских производителей

Даже после прорыва в Шэньчжэне Китай все еще сталкивается с большими проблемами, прежде чем сможет массово производить чипы для рынка. В настоящее время SMIC производит 7-нм чипы, используя старые DUV-машины и сложные методы мультипаттернирования. Это очень дорого - по некоторым данным, себестоимость одной пластины у SMIC на 40-50 % выше, чем у TSMC, а выход 7-нм чипов составляет менее 50 %.

В условиях свободного рынка такая неэффективность обычно выводит компанию из бизнеса. Но в Китае правительство покрывает эти расходы, чтобы ключевые компании, такие как Huawei, могли продвигаться вперед.

Цель китайской EUV-машины - устранить необходимость в дорогостоящей многошаблонной обработке, чтобы отрасль могла перейти от зависимости от государственной поддержки к коммерческой жизнеспособности. До тех пор, пока это не произойдет, вероятно, около 2029 года, китайский сектор производства микросхем будет по-прежнему нуждаться в значительном государственном финансировании, чтобы сбалансировать свои стратегические цели с экономическими реалиями.

Эрозия "кремниевого щита"

Одним из самых серьезных последствий создания прототипа в Шэньчжэне является безопасность Тайваня. Тайвань производит 92 % самых передовых логических микросхем в мире, что привело к появлению теории "кремниевого щита" - идеи о том, что важность Тайваня защищает его от нападения.

Создание собственной технологии EUV, даже если она не так хороша, как у TSMC, ослабляет этот щит. Если Пекин сможет производить достаточно современных чипов для своих вооруженных сил и ключевой инфраструктуры, он "застрахует" себя от технологических рисков возможного конфликта. Это меняет баланс сдерживания, позволяя предположить, что идея взаимного экономического уничтожения в тайваньском конфликте может перестать быть верной.

Видя эти новые риски, TSMC ускоряет свои планы по расширению производства. Компания начнет выпускать 3-нм чипы в Аризоне к 2027 году, раньше, чем планировалось. TSMC также расширяет производство в Японии и Германии. Компания заявляет, что ее ведущие исследования и разработки останутся на Тайване, но эти шаги свидетельствуют о переходе от экономической эффективности к большей геополитической безопасности.

Инфляция и нарушение цепочек поставок

Запуск прототипа в Шэньчжэне ясно показывает, что стратегия сдерживания достигла своего предела. Запад по-прежнему лидирует по производительности, но его монополия на инструменты для производства чипов закончилась. Полупроводниковая индустрия превращается из единого глобального рынка в разделенное поле боя с различными стандартами, разделенными цепочками поставок и жесткой конкуренцией за контроль над старыми технологиями.

Для мировой экономики этот сдвиг означает рост инфляции и сбоев. На смену преимуществам глобальной цепочки поставок приходят дополнительные расходы на обеспечение национальной безопасности. По мере того как "кремниевый занавес" падает, западные политики переходят от попыток перекрыть Китаю доступ к технологиям к сосредоточению на том, чтобы опередить его - сохранить лидерство, признавая рост Китая как чиповой державы, но стремясь держать Запад на шаг впереди.

Эта статья была первоначально опубликована на сайте EE Times.

Пабло - опытный инженер с 30-летним опытом работы. Более 10 лет он является редактором EE Times (где редактирует раздел "Цепочки поставок"). Он также писал для EPSNews, InformationWeek, EBN, LightReading, Network Computing и IEEE Xplore. Его статьи охватывают цепочки поставок, полупроводники, сети, IoT, безопасность и "умные города". Получил степень магистра электротехники и электроники в Университете штата Огайо.