Российская микроэлектроника. Возможен ли переход на отечественные компоненты?

Решения для систем безопасности, как и все цифровые решения, строятся на электронных компонентах, на продукции микроэлектроники. Вопрос развития отечественного производства в этой сфере в последние годы перешел в разряд стратегических, первоочередных и насущных. О перспективах импортозамещения и о ситуации на мировом рынке микроэлектроники рассказывает представитель ГК "Микрон", ключевого производителя и экспортера электронной компонентной базы, технологического лидера полупроводниковой отрасли в нашей стране.

Стресс и кризис, как известно, – это не только риски, но и возможности. В последние 30 лет в области микроэлектроники мы фактически перестали развивать собственное производство, ведь заказать и купить нужные компоненты можно было в любой момент где угодно. Теперь очевидно, что обратная сторона этой медали – технологическая зависимость.

Сферы применения микроэлектронной продукции

Микроэлектроника – основа цифрового мира

Полупроводниковая промышленность – физическая основа всего технологического мира. Полупроводники работают на объектах КИИ и на транспорте, в медицине и автопроме, космической промышленности и связи, агропромышленном комплексе и финансовом секторе, в каждом электронном устройстве и системе, от утюга до космической станции, применяются разнообразные интегральные схемы и полупроводниковые приборы:

• микроконтроллеры;
• сенсоры, драйверы;
• нейропроцессоры;
• логика, в том числе для распределенных вычислений;
• память;
• силовые схемы;
• сетевые процессоры;
• СВЧ-преобразователи;
• трансиверы, усилители;
• интерфейсные микросхемы и многое другое, что обеспечивает функционал цифрового мира во всем его разнообразии.

Микроэлектроника – это ценный ресурс, определяющий технологические возможности страны. Когда пандемия сломала привычные логистические цепочки и мир накрыл дефицит чипов, стало очевидно, что только собственное производство может обеспечить бесперебойный доступ к микроэлектронике. Сейчас на эту сферу обратили внимание во всем мире на самом высшем уровне: гонка технологий обострилась и микроэлектроника в ней – один из ключевых рубежей.

Что нужно для перехода на отечественные компоненты в микроэлектронике

Как устроена отрасль и какие горизонты

Для того чтобы на отечественной фабрике произвели нужный вам компонент, надо, чтобы он был спроектирован под данное конкретное производство, но это только часть пути, из которого состоит задача импортозамещения.

Что нужно для производства микроэлектроники?

Во-первых, нужны материалы. Это десятки различных газов, химических реактивов высокой степени очистки, расходных материалов, из которых лишь малая часть производится в России. Отстроить собственное производство – серьезный вызов, но есть задел: лабораторные наработки, потенциал вузов, господдержка и возможности субсидирования. Проблема, как и в других сегментах микроэлектроники, – в экономической целесообразности. По ряду позиций у химических производств будет только один клиент, точно так же как у микроэлектронного завода на отдельные изделия заказ менее одной стандартной партии в год. Такая же ситуация со средствами производства и проектирования. То есть делать исключительно для домашнего рынка одной страны – слишком дорогое удовольствие, полупроводниковая индустрия – одна из самых наукоемких отраслей с длинным горизонтом планирования и высоким порогом входа. Поэтому очень важно видеть не только свой рынок, но и ориентироваться на другие рынки, видеть потенциал международной кооперации с теми, кто рассматривает возможности ослабить свою зависимость от центров силы и ищет для себя альтернативные варианты, международные альянсы, – будет проще пройти дорогу вместе.

На словах все проще, чем на деле. Если своих материалов и производств нет, ниоткуда не возьмется даже вода нужной степени очистки.

Чтобы выпускать чипы 7 нм, надо разработать технологию и построить фабрику 7 нм, нужно произвести десятки типов оборудования для этой фабрики, расходные материалы, разработать средства проектирования и на них уже спроектировать сами чипы. В этом процессе участвуют более 10 отраслей, каждый шаг требует сил и средств, научных, инженерных и технических компетенций, регуляторного механизма и кооперации, кадров, времени и задора.

Под оболочкой любого устройства, например смартфона или турбины, десятки и сотни микросхем различных производителей. Каждый чип мог несколько раз пересечь границы, прежде чем найти свое место в конкретном устройстве, и в этом процессе не было никаких ограничений.

Еще буквально вчера, до пандемии и дефицита чипов, логистические цепочки строились на основе международной интеграции, когда любая операция могла быть произведена где угодно и маршрут от разработки до готового изделия включал много путешествий по миру. Например, порядка 30% нашей продукции экспортировалось в Юго-Восточную Азию в пластинах, чтобы потом наша же микросхема в каком-то блоке вернулась к нам уже по другой цене и под другим брендом – только потому, что внутри страны некому это сделать и не стояло такой задачи, всем проще было воспользоваться специализированными иностранными производствами, лабораторными базами, сертифицирующими центрами и каждый работал на весь мир – так был устроен рынок.

Сейчас, когда привычная логистика перестала работать и все озадачились локализацией производства в пределах досягаемости, идет активная перегруппировка ресурсов.

Российский рынок микроэлектроники, млрд руб.

Из чего состоит задача импортозамещения?

Рассмотрим этот вопрос на примере автоэлектроники. Мы производим линейку компонентов для автоэлектроники и сертифицировали систему менеджмента под международный стандарт IATF для автопрома, но для использования в приборах каждого конкретного автоконцерна каждый отдельный чип должен быть определен и аттестован еще на этапе конструирования, любая дальнейшая замена, даже на модификацию того же чипа, требует дополнительной аттестации и изменения конструкторской документации, и это каждый раз довольно длительная дорогостоящая процедура. Альтернатива – создавать свой сертификационных центр и развивать эту компетенцию у себя, исходя из собственных потребностей и потенциальных рынков. Это радикальная смена парадигмы.

Важно понимать, что продукция нашей и любой другой микроэлектронной фабрики – это пластины с чипами. На каждой пластине диаметром 200 мм от 10 до 100 тыс. чипов, но импортозаместить ими прямо сейчас иностранные аналоги у вас не получится: прежде чем они встанут в СКУД или другую систему, необходимо их снять с пластины и корпусировать, затем монтаж в плату, сборка в блоки и модули, которые используются в готовых приборах, устройствах и системах. Большинство звеньев этой цепочки у нас сейчас фактически отсутствуют. Сейчас мы корпусируем общепромышленные микросхемы, чип-модули для банковских карт и идентификационных документов, остальная продукция уходит разработчикам под их конкретные заказы в виде пластин и только через несколько итераций попадает к конечному потребителю в готовом изделии.

Что это значит? Буквально то, что для полного импортозамещения необходима локализация по всей цепочке производства. И пока никто, ни одна страна в мире не может на данный момент обеспечить свою самодостаточность.
Но все страны микроэлектронного клуба имеют такие амбиции и в меру сил решают каждый свою непростую задачу локализации производства. Общее то, что задача решаема только в масштабах государственных программ и международных альянсов.

Микроэлектроника – одна из самых высокоинтегрированных отраслей в мире

Роль государства: стратегии и поддержка

Во многих странах – субъектах микроэлектроники (США, Китае, ЕС, Японии и др.) уже давно приняты и действуют масштабные программы государственного регулирования развития отрасли, разнообразные меры поддержки производств. Например, в США экосистема полупроводниковой промышленности включает 500 компаний, грант на создание производства микроэлектроники составляет 2,5 млрд долларов (всего в рамках программы CHIP ACT выделено 52 млрд долларов), в Китае гранты регионов на эти цели достигают 20 млрд долларов. В Японии на поддержку микроэлектроники выделена сумма, эквивалентная 2,6 трлн руб.

Поддерживается и стимулируется также развитие экосистемы: локализация поставщиков, работа с вузами, с научными центрами.

Российские реалии пока скромнее, но внушает надежду то, что стратегия радиоэлектронной промышленности у нас уже есть и поддержка декларируется на самом высоком уровне. Ставится амбициозная задача – довести долю отечественных компонентов до 70% к 2030 г. Есть понимание, что локализация производства требует материалов, налаживания технологических процессов производства элементной базы, САПР, метрологии, оборудования для монтажа (PCB, SMT), подготовки кадров и многого другого.

Иметь стратегию – это уже шаг на опережение. В Великобритании, для примера, стратегия развития электроники хотя и дискутируется, но на государственном уровне еще не принята.

Стратегия развития производства радиоэлектронной продукции в России (данные Минпромторга)

Однако иметь стратегию – это лишь первый шаг. Тот же Китай, по собственным самокритичным оценкам, самодостаточен сейчас на 20%, хотя озаботился этой задачей раньше и решительней многих.

Чтобы стратегия сработала, требуется запустить регуляторный механизм и работающий инструментарий формирования рынка.

Один из инструментов поддержки отрасли – это сквозной проект. Что это значит?

В рамках сквозного проекта собирается цепочка предприятий, от якорного заказчика, который выпустит готовый продукт, до производителей и разработчиков компонентов этого продукта, которые получают гарантированный заказ на свои изделия на 5–7 лет. Участникам такой цепочки государство компенсирует их затраты, производители электронной компонентной базы (ЭКБ) могут получить субсидию до 90% на изготовление требуемых электронных компонентов (интегральной микросхемы, полупроводникового, вакуумного или другого прибора и т.п.).

В нашей компании по этой схеме разрабатывается более 35 новых типономиналов ЭКБ, четыре сквозных проекта сейчас в работе.
Важно, что в новых продуктах будет реализован функционал, применимый не только для данного проекта, но и для других задач.

И здесь возникает еще один важный вопрос: разнообразие или унификация?
Понятно, что хорошо иметь выбор, очень хорошо иметь большой выбор. Каждый клиент вправе изменять характеристики изделий и модифицировать, у каждого могут быть свои уникальные предпочтения и нюансы при одинаковом или сопоставимом функционале, и всегда есть потребность в новых изделиях (в том числе у нас при номенклатуре порядка 750 изделий ежегодно добавляется более 50 новых изделий и модификаций в линейке).

Но для тех, кому нужны "не шашечки, а ехать", задача-минимум зачастую решается имеющимися изделиями или их небольшой доработкой. Чтобы ехать могли как можно больше производителей сразу, нужна унификация – в острый период нехватки компонентов это практичный способ получить необходимый функционал и приемлемое решение для большого количества заказчиков. И завтра, уже с синицей в руках, решать задачи-максимум.

Количество полупроводниковых фабрик, выпускающих продукцию на пластинах 200 мм, в мире

Прогноз роста глобального рынка микроэлектроники по сегментам, млрд долларов

Время строить фабрики

Всего 10 стран в мире имеют свое производство микроэлектроники, Россия в их числе.

Прямо сейчас в мире строится 28 микроэлектронных фабрик. Страны Европы, Япония стараются вернуть себе технологический модерн, ускоряются и стремятся увеличить отрыв США, Тайвань, Китай. Австралия, Канада, Индия спешат войти в клуб и приобщиться – технологический ресурс сегодня критически важен для развития любой сферы деятельности.

По своим рабочим будням мы видим растущий спрос на продукцию во всех сегментах и расширяем производство.

В глобальных прогнозах существенный рост ожидается в таких сегментах, как чипы для искусственного интеллекта, проводная и беспроводная связь, бытовая электроника, автомобили, промышленность, вычисления и хранение данных – все это умножит спрос на полупроводниковую продукцию.
Поэтому любые усилия по созданию новых производств, локализации производства материалов и компонентной базы важны и необходимы: они не дадут моментального эффекта мгновенного импортозамещения, но это часть нашего здорового будущего.

Иллюстрации предоставлены автором

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" № 2/2023

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Фото: ru.freepik.com