Патовая ситуация. Как американские санкции могут обрушить все производство электроники в мире?

Президент США Джо Байден в среду 6 апреля заявил, что американские санкции «задушат способность России и ее экономики расти на годы вперед»: «Всего один год наших санкций будет стоить России 15 лет достижений в ее экономике, потому что мы отрезали Россию от таких важных технологий как полупроводники, криптобезопасность, критические компоненты квантовых технологий, которые нужны для конкуренции в XXI веке. Ребята, это США!».

Ситуация с кремниевыми полупроводниками действительно печальная — в России их практически не производят, а для отечественных процессоров «Байкал» и «Эльбрус» используют продукцию Taiwan Semiconductor (TSMC). Однако, если Россия, в ответ на санкции США, запретит импорт отечественной продукции, используемой при производстве полупроводников, может встать вся мировая экономика. А еще — Россия обладает технологией по созданию чипов из арсенида галлия. В результате наша страна может стать лидером в новом этапе гонки за скорость процессоров.

Кризис полупроводников

Первый раз мир столкнулся с глобальной нехваткой полупроводников в 2020 году из-за пандемии коронавируса. Дело в том, что ни одна страна мира не производит чипы полностью самостоятельно. Крупнейшие мировые производители — тайваньская TSMC и корейская Samsung собирают с миру по нитке, чтобы собрать готовое изделие. После закрытия границ, цепочки поставок были разорваны и случился глобальный кризис нехватки полупроводников. Встали несколько автозаводов, а, например, Apple перенесла на год презентацию нового iPad.

После начала спецоперации России на Украине, TSMC официально заявила о приостановке сотрудничества с Россией. Samsung и американские Intel и AMD тоже заявили, что не будут поставлять процессоры и полупроводники в Россию. Но главной проблемой стали именно тайваньцы, ведь российские процессоры «Байкал» и «Эльбрус», которые были призваны стать альтернативой Intel и AMD, собираются с использованием продукции TSMC.

TSMC занимает более половины рынка полупроводников, а ее стоимость оценивается в $550 млрд. Тайваньский техногигант поставляет продукцию важнейшим игрокам технологической индустрии (Apple, Intel, Qualcomm, AMD и Nvidia) и производит до 92% высокотехнологичных чипов. Сейчас компания осваивает производство чипов по технологическому процессу в 3 нм и готовится к работе над 2 нм полупроводниками (от уменьшения размера полупроводника увеличивается скорость и энергоемкость выполнения вычислений, что наиболее важно для компьютеров и смартфонов), в то время как в России компания «Микрон» достигла технологического уровня лишь в 65 нм. 

Наиболее чувствительным станет запрет поставки полупроводников для российской космической промышленности. По словам главы госкорпорации «Роскосмос» Дмитрия Рогозина, в 2021 году предыдущие санкции Запада уже привели к вынужденному переносу запусков. Совершенно очевидно, что в 2022 году ситуация ухудшится. 

Также экспортные ограничения могут ударить и по развитию гражданской авиации в России, по крайней мере в случае с пассажирскими самолетами Sukhoi Superjet 100 и МС-21.

Отключим газ и отберем сапфиры

Однако, отказ от поставок полупроводников в Россию может привести к тому, что производство микросхем встанет по всему миру. Дело в том, что некоторые материалы, необходимые для производства микроэлектроники, поставляются из России. Например, сапфировые подложки, сверхчистая химия, редкоземельные элементы. Без российских компонентов мировое производство микросхем встанет, - уверен исполнительный директор Консорциума отечественных разработчиков систем хранения данных РосСХД Олег Изумрудов.

Например на заводах компании «Монокристалл» делается 80% подложек из искусственного сапфира, которые необходимы для производства микросхем. Их делают и и на Тайване, и в США, в Калифорнии. Но же TSMC использует практически исключительно российские подложки. Чтобы обеспечить необходимое качество сапфировых подложек, заводу нужно выйти на так называемый «особо чистый режим». Он предполагает около тридцати лет непрерывного производства с соблюдением всех тонкостей технологического процесса. Кроме того, развивать такие заводы можно только в условиях почти нулевой сейсмической активности. Малейшее колебание земной коры (1–2 балла) приведёт к тому, что абсолютно всё производство потребуется перезапускать с нуля.

Можно делать подложки и из кремния, однако, они менее надежны, чем сапфировые.

Еще один критически важный элемент для производства микросхем - неон, он необходим для лазеров, используемых в производстве чипов. 54% неона в мире поставляют две компании Ingas и Cryoin. Обе они расположены на Украине, в Одессе и Мариуполе. Но сами они не добывают неон - газ является побочным эффектом российской сталелитейной промышленности - а украинские предприятия занимаются его очисткой. Оба завода на Украине сейчас остановлены. Остальную долю в мировых поставках занимают Россия и Китай, но практически весь китайский неон используется на внутреннем рынке страны.

Современное производство чипов невозможно без гексафторциклобутена (C4F6). Он служит для изготовления микросхем посредством плазмохимического травления кремниевых подложек. В самом начале развития отрасли его использовали для изготовления USB-носителей. Сейчас этот газ необходим всем, кто производит современную техническую и химическую продукцию. Значительную долю мирового рынка этого химического соединения контролирует ООО "Пермская химическая компания".

Наконец, Россия обеспечивает 35% поставок палладия в США и в целом отвечает более чем за 43% общемировых поставок этого металла, без которого тоже невозможен выпуск чипов.

Получается патовая ситуация. Россию оставляют без полупроводников, но в ответ страна может обрушить всю индустрию и оставить без них весь мир.

Параллельный импорт

Эксперты считают, что одним из вариантов решения проблем станет "серый импорт". По мнению управляющего директора GR агентства Baikal Communications Group Эдуарда Войтенко, в условиях дефицита микрочипов можно ожидать существенного роста серых поставок:

На фоне санкций под видом российских на рынке могут появиться контрафактные зарубежные процессоры, и этот тренд может размыть достижение целей в реальном импортозамещении.

Китай поможет?

В условиях санкций Россия может покупать чипы у Китая, однако, учитывая глобальный дефицит микроэлектроники, КНР сможет в ближайшее время поставить в Россию только микросхемы относительно низкого класса, так на передовые продукты очередь от 20 до 52 недель. Главным производителем чипов в Китае является компания SMIC и она вряд ли откажет российским компаниям в размещении заказов на их производственных мощностях по политическим причинам.

Но SMIC сама находится под санкциями с 2020 года, ряд американских компаний, например Lam Research, Entegris Inc., Qualcomm Inc. и Applied Materials Inc., с разрешения Бюро промышленности и безопасности США сотрудничают с китайским производителем и предоставляют ему технологии для изготовления микроэлектроники. То есть при желании Соединенные Штаты могут запретить SMIC поставлять компоненты в Россию. 

Новый тип полупроводников

Еще один вариант, который можно рассмотреть в качестве альтернативы для России - не развивать кремниевые технологии, а использовать арсенид галлия, это тоже отличный полупроводник. По мнению Олега Изумрудова, эта технология может сделать Россию законодателем моды в микроэлектронике:

Сейчас России нет смысла включаться в гонку за кремний, потому что технология будет неактуальной буквально через несколько лет. Следует инвестировать и включаться в гонку за более перспективными технологиями, более совершенными. Россия должна стать законодателем моды, а не догонять страны Запада. Кремниевые технологии подошли уже к своему пределу. Этот предел — один нанометр. У галлия есть плюс, потому что он позволяет делать не только плоские микросхемы, а и объемные, которые не будут упираться в пределы нанометра.

Более подробно и с техническими тонкостями о применении галлия в микроэлектронике написано в статье на "Хабре". Новосибирское "Экран-оптические системы" уже запустило производство полупроводников на основе этого элемента.