Каковы возможности России в производстве полупроводниковых устройств

Результаты такого исследования стали «темой номера» последнего выпуска «Мониторинга и анализа технологического развития России и мира» Центра макроэкономического анализа и краткосрочного прогнозирования (ЦМАКП).

Поднятая учеными ЦМАКП тема мирового производства и логистики полупроводников тревожно звучит сегодня на глобальном уровне, а для России, очевидно, особенно. Вызванные пандемией коронавируса локдауны и нарушения в цепочках поставок данных изделий показали остроту их нехватки на всех континентах. Современные производства не могут обходиться без использования электронных компонентов, что ярко подтвердил мировой автопром. А с началом против России санкционной войны Запад заявил, что для нашей страны названную проблему постарается довести до предела. Поэтому оценить свои возможности ее решения — задача актуальнейшая.

В глобальной цепочке производства

В исследовании ЦМАКП констатируется, что полупроводниковые компоненты составляют основу для создания микроэлектронных устройств и значительную часть электронной компонентной базы (ЭКБ). Полупроводниковые устройства — очень сложные изделия для разработки и производства. По данным международной консалтинговой компании Boston Consulting Group (BCG) и Semiconductor Industry Association (SIA), ни одна другая отрасль не имеет такого высокого уровня инвестиций в исследования и разработки (22% от продаж) и в капитальные затраты (26%), как полупроводниковая промышленность.

В обзоре также отмечено, что оборудование для изготовления полупроводниковых компонентов чрезвычайно дорогое, его применение сопряжено с большим эффектом масштаба, для реализации которого необходимо массовое производство, ориентированное на крупный рынок сбыта. Высокая дороговизна оборудования и значительный эффект масштаба приводят к специализации стран и регионов на выпуске отдельных полупроводниковых компонентов или отдельных этапов в цепочке создания стоимости.

Разработка новых технологий в области полупроводников становится все более сложной и требует привлечения высококлассных специалистов из разных областей естественных и инженерных наук, что тоже способствует формированию глобальной кооперации в разработке передовых технологий.

«По оценкам BCG и SIA, выстраивание производственных цепочек полупроводниковой промышленности в рамках отдельных макрорегионов (Северная Америка, Европа, Китай, Юго-Восточная Азия) привело бы к удорожанию продукции на 35—65%. Отсюда высокая выгода от развития глобальной кооперации», — отмечает в своем обзоре эксперт ЦМАКП Владимир Артеменко.

Производство полупроводниковых устройств распределено по странам неравномерно. 62% готовых полупроводниковых устройств производится в Азиатско-Тихоокеанском регионе, 21% в Америке, 9% в Европе и 8% в Японии.

В разрезе отдельных классов полупроводниковых компонентов наблюдается значительная неоднородность по регионам мира. Так, 67% компонентов класса Logic производятся в США, 70% компонентов класса Memory — в Восточной Азии, 37% устройств класса DAO выпускаются в США, 33% — в Восточной Азии и 19% — в Европе. 

Производство полупроводниковых устройств по регионам мира, 2020 г.

Регион	Доля, %
Азиатско-Тихоокеанский	62
Америка	21
Европа	9
Япония	8

Источник: ЦМАКП

Таким образом, в производстве полупроводниковых устройств ярко выражена специализация макрорегионов».

Цепочка создания стоимости полупроводниковых компонентов имеет ярко выраженное глобальное распределение. Основные разработчики систем автоматического проектирования (САПР) и владельцы интеллектуальной собственности расположены в США, на долю которых приходится 74%. Основные производители оборудования сосредоточены в США и Восточной Азии, на долю которых приходится 41 и 36% соответственно. Больше половины производств материалов и самих полупроводниковых компонентов находится в Восточной Азии. Конечная сборка полупроводниковых устройств представлена главным образом в Восточной Азии и КНР, на долю которых приходится 43 и 38%.

Основные участники глобальной цепочки производства полупроводниковых устройств представлены в таблице. Относительно российских компаний в исследовании говорится, что они включены в нее на отдельных участках (например, производство неона или участие в разработке САПР). Собственные микроэлектронные производства в России представлены в основном мелкосерийными производителями продукции оборонного и двойного назначения.

Возможности России невелики

Исходное сырье для полупроводниковых производств изготавливается несколькими иностранными корпорациями и отдельными российскими организациями. В обзоре отмечено, что есть примеры критики качества российского сырья по сравнению с зарубежными аналогами.

Ведущие разработчики САПР для проектирования микроэлектроники базируются в США. Для разработки интегральных микросхем необходимо покупать IP-блоки, которые позволяют моделировать отдельные элементы ЭКБ. Ведущими разработчиками ЭКБ и, соответственно, владельцами IP-блоков являются фирмы, расположенные в США. В России действуют минимум три центра коллективного проектирования, в которых для российских разработчиков обеспечен доступ к САПР. Также в России есть собственные разработчики САПР для проектирования микроэлектроники и подразделения ведущих мировых компаний, что делает возможным частичную замену иностранных САПР на отечественные аналоги.

«Однако немедленно можно использовать российские САПР только для относительно простых задач. Более сложные задачи требуют дополнительных разработок», — отмечает эксперт ЦМАКП.

Разработка топологии наиболее распространенных интегральных микросхем осуществляется компаниями из США. В России в этой сфере работает компания АО «МЦСТ», разработавшая линейку процессоров «Эльбрус».

Кстати, на днях появилась информация, что, как следствие санкционной войны, производство «Эльбрусов» их разработчик намерен перевести с Тайваня в Россию, а это, по оценке экспертов, технологически ограничит их возможности.

Ведущие производители оборудования для изготовления интегральных микросхем расположены в США, Нидерландах и Японии. При этом есть оценки, что ни одна из этих стран не производит полного комплекта оборудования, а специализируется лишь на отдельных его типах. В России в рамках запущенных Минпромторгом проектов планируется начать выпуск российских степперов для фотолитографии с уровнем топологии до 350 нм в 2026 г. В Беларуси степперы и другое оборудование для изготовления полупроводниковых компонентов производит ОАО «ПЛАНАР».

Производство полупроводниковых устройств в России представлено на относительно старых техпроцессах (от 65 нм), которые широко применяются во многих сферах, но ограничивают возможности в областях, связанных с масштабными вычислениями или портативными устройствами.

Серийное производство готовых микроэлектронных устройств в России представлено в основном продукцией военного и двойного назначения, а также промежуточными деталями для других отраслей промышленности, включая аэрокосмическую и атомную. При наличии ЭКБ российские производители микроэлектронных устройств способны производить значительную линейку продукции оборонного и двойного назначения, а также электронные устройства для установки на автомобили и другую промышленную продукцию, однако не способны к массовому производству дешевой потребительской электроники.

«Таким образом, существующие в России разработки и производственные мощности позволяют разрабатывать и производить полупроводниковую продукцию ограниченного ассортимента и в ограниченном количестве. Сохраняется потребность в иностранной микроэлектронной продукции и­ЭКБ, что в условиях санкций ставит вопрос о поиске более надежных иностранных партнеров (вероятно, в Азиатско-Тихоокеанском регионе) и форсированном импортозамещении в наиболее критичных областях», — заключает В. Артеменко.

 

Основные участники производственной цепочки

	Глобальные вендоры	Российские компании
Производители исходного сырья (сверхмалотоннажная химия)	Air Liquide (Франция); The Linde Group(ФРГ); Cabot Corporation (США); JSR Group (Япония); Dörken MKSSysteme (ФРГ)	Отдельные НИИ и вузы, «штучная» продукция. Не всегда высокое качество
Разработчики САПР для проектирования микросхем и разводки печатных плат (EDA)	Synopsys Inc (США); Cadence Design Systems Inc (США); Mentor Graphics Inc (США)	ЗАО «Ледас», Аскон. Подразделения глобальных вендоров: Graebert GmbH, Altium Designer, Mentor Graphics,Cadence Design Systems, Synopsys. Российские САПР отстают от глобальных лидеров, не способны решать весь спектр задач, но они есть
Разработка топологии интегральных микросхем	Advanced RISC Machines — ARM (США); Ceva Inc. — DSP (США); Imagination Technologies Group plc; Rambus Incorporated (США)	АО «МЦСТ» (разработчик процессора «Эльбрус»); АО «Байкал Электроникс» (разработчик процессора «Байкал»)
Производство оборудования для изготовления интегральных микросхем	Applied Materials (США); KLA Corporation (США); Lam Research Corporation (США); Tokyo Electron (Япония); ASML (Нидерланды)	В 2021 г. Минпромторгом России запущены два проекта по разработке двух степперов для фотолитографии с техпроцессами 350 нм и 130 нм.  В Республике Беларусь ОАО «ПЛАНАР» производит оборудование для производства микроэлектроники
Производители интегральных микросхем	TSMC (Тайвань), Samsung (Республика Корея), SMIC (КНР)	АО «Ангстрем», Микрон, НИИ системных исследований РАН и др.
Серийное производство готовых устройств	Производители памяти: Micron, SK Hynix; логики: Intel; аналоговых устройств TI, Analog Devices. Контрактные производители микроэлектронных устройств: Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. (более известна как Foxconn — Тайвань)	РЕЗОНИТ, ОКБ-Планета, АКонтракт, АТБ Электроника, Балт-Оптим, ФГУП НПП «Гамма», ТЕХНОТЕХ, НПО «Цифровые телевизионные системы», ЭЛАРА и др.

Источник: ЦМАКП