Как Китай обошел строжайший запрет США на производство чипов

Усилия США, направленные на то, чтобы помешать Китаю производить топовые чипы, подрываются новыми формами «усовершенствованной упаковки». Новые методы «передовой упаковки» помогают Китаю избежать запрета на продажу оборудования для литографии DUV своим производителям чипов.

НЬЮ-ЙОРК. Полупроводниковая промышленность Китая отстает от США по количеству патентов и отстает от Южной Кореи и Тайваня по производству, но она надеется обойти конкурентов, внедрив революционно новые технологии проектирования микросхем. Усовершенствованные чипы, используемые в смартфонах 5G и некоторых рабочих станциях, вмещают миллиарды транзисторов в чип размером с ноготь, уменьшая размеры самого транзистора до 3–5 нанометров. Большинство чипов имеют ширину затвора 28 нанометров и выше. Травление крошечных схем на кремнии чрезвычайно сложно.

Только голландский производитель ASML производит литографические машины, использующие короткие волны в крайней части ультрафиолетового спектра для уменьшения транзисторов до таких крошечных размеров. А заводы по производству очень дорогие, каждый из них стоит до 20 миллиардов долларов. В 2020 году США вынудили правительство Нидерландов запретить экспорт самых сложных литографических машин ASML в Китай. ASML использует американскую интеллектуальную собственность, что дает Вашингтону рычаги влияния.

Но ASML продолжала продавать свое литографическое оборудование предыдущего поколения, которое травит 14-нанометровые транзисторы с помощью «глубокого ультрафиолета» (DUV) света. Только в 2021 году Китай закупил 81 такую ​​машину. Крупнейший китайский производитель Semiconductor Manufacturing International Corp (SMIC) в настоящее время производит 14-нанометровые чипы. Имея 5% мирового рынка производства, SMIC отстает от своих тайваньских и корейских конкурентов, но быстро расширяется.

Как сообщили Скотт Фостер и Джефф Пао в Asia Times, Вашингтон в прошлом месяце обратился к правительству Нидерландов с просьбой запретить ASML продавать старые машины DUV в Китай. Руководители полупроводниковой промышленности заявили Asia Times, что голландцы не удовлетворят требования Америки. Продажи ASML в Китае превысили 2,7 миллиарда долларов в 2021 году, включая 81 литографическую машину DUV. По словам аналитиков и руководителей, доля американской интеллектуальной собственности (ИС) в старых машинах недостаточно велика, чтобы оправдать американский запрет.

Тем временем разработчики чипов научились создавать трехмерные чипы, используя то, что в отрасли называют «передовой компоновкой». В этом процессе, который десятилетиями использовался в различных формах при производстве микросхем, слои микросхем с более крупными транзисторами, уложенные друг на друга, могут обеспечивать скорость вычислений, равную одномерным конфигурациям мельчайших микросхем. Intel сделала ставку на последние достижения в области усовершенствованной упаковки. Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC), лидер отрасли, также вложила значительные средства в новые формы процесса. Samsung только что поставила задачу по расширенной упаковке, надеясь обойти Intel и TSMC, на долю которых сейчас приходится 32% и 27% инвестиций в этот процесс соответственно.

Китай, у которого было мало возможностей в производстве полупроводникового оборудования до того, как три года назад администрация Трампа наложила запрет на чипы и оборудование для их производства, догоняет его. В феврале компания Shanghai Micro «успешно поставила первую усовершенствованную упаковочную литографическую машину 2.5D3D, которая имеет большое значение для отечественной индустрии интегральных схем», сообщает китайская торговая пресса. Американский технический веб-сайт Tom’s Hardware объяснил: — «Когда в конце 2020 года SMIC запретили производить инструменты, достаточно продвинутые для производства чипов с использованием узлов 10-нм класса (и суб-10-нм), компания заявила, что сосредоточится на разработке передовых технологий упаковки, чтобы создавать сложные конструкции с несколькими чипами на узлах 14нм и толще. Это позволило бы китайским разработчикам микросхем создавать сложные и производительные процессоры с десятками миллиардов транзисторов даже без использования передовых технологий.

Кроме того, компания объявила о многомиллиардных планах расширения, которые позволят утроить выпуск чипов, производимых на передовых узлах. В значительной степени передовые технологии упаковки могли бы помочь SMIC обойти экспортные ограничения США. В результате Китай получит доступ к передовым вычислительным возможностям, которые можно будет использовать в военных целях.

Администрация США, безусловно, понимает возможности и риски SMIC, которые она несет, поэтому она хочет еще больше ограничить доступ Китая к сложным инструментам для производства микросхем. Китай не сможет производить 3-5-нанометровые чипы, которые TSMC и Samsung производят в своих последних планах, но он может упаковать старые 14-нанометровые чипы в 3D-конфигурации, которые достигают тех же результатов с более низкими затратами.

Запоздалая попытка администрации Байдена подавить полупроводниковую промышленность Китая, похоже, имела неприятные последствия. Китай нашел обходные технологии, позволяющие обойти устаревшую американскую интеллектуальную собственность, на которую Вашингтон наложил эмбарго. В 2011 году Китай произвел всего 12,7% внутреннего потребления чипов, а остальное импортировал. К 2021 году он будет производить 17% внутреннего потребления, а к 2030 году ожидается, что он будет производить 30%. Импорт чипов Китая в 2020 году составил 378 миллиардов долларов, что является самой крупной статьей в его международной торговле. Американское давление побудило Китай стремиться к самообеспечению, что повышает вероятность того, что к концу десятилетия китайская индустрия чипов может стать доминирующим производителем в мире.

Одним из лидеров фондового рынка Китая в этом году является производитель полупроводникового оборудования Shanghai Micro Fabrication (HK 1385), чей рост с начала года составил 25%, тогда как акции лидера отрасли ASML упали на 45%. Чистая прибыль Shanghai Micro выросла до 573 млн юаней (85,2 млн. долларов) в 2021 году со 133 млн. юаней в 2020 году, поскольку новый производитель оборудования извлек выгоду из ограничений на продажу передового полупроводникового оборудования в Китай.

Глобальная нехватка чипов превратилась в избыток с повсеместной отменой заказов, поскольку большинство крупных экономик находятся в рецессии или близки к ней. Акции полупроводников являются одними из худших с начала года, за исключением Китая, где геополитика дала сектору попутный ветер. Администрация Байдена рассматривает новые меры, чтобы предотвратить покупку Китаем оборудования для производства микросхем. Похоже, это ответ на достижения Китая в методах производства чипов, включая усовершенствованную упаковку. Кажется, это еще одна попытка Вашингтона закрыть дверь сарая после того, как лошадь убежала. Китайские компании по производству оборудования для чипов являются главными бенефициарами технологической войны и в конечном итоге заполнят этот пробел.

Shanghai Microelectronics, ведущий китайский производитель литографического оборудования, может удовлетворить потребности страны в микросхемах предыдущего поколения размером 90 нанометров и выше и, как сообщается, поставила свои первые 28-нанометровые машины. Доля Китая в мировых производственных мощностях по производству полупроводников составляла 11% в 2010 году и, по прогнозам, вырастет до 24% к 2030 году. На долю Национального фонда интегральных схем Китая в размере 170 миллиардов долларов приходится 86% всех государственных субсидий производителям микросхем в размере ниже рыночного капитала в период с 2014 по 2018 год. согласно исследованию ОЭСР. Тем временем Конгресс США не смог принять пакет на 52 миллиарда долларов для субсидирования производства полупроводников в Соединенных Штатах. В ответ на законодательную задержку Intel отменила 22 июля церемонию закладки фундамента завода по производству микросхем в Огайо, а TSMC предупредила, что ее проектируемый завод в Аризоне, возможно, не будет построен. Согласно источникам в индустрии микросхем в США, Intel испытывает облегчение от того, что проект в Огайо может быть заморожен. Внезапное ослабление рынка полупроводников и угроза переизбытка микросхем после глобального дефицита в 2020–2021 годах устраняют необходимость в дополнительных мощностях. У Intel есть 10 миллиардов долларов свободного денежного потока в год, и она может финансировать собственное расширение.

Министерство торговли США в начале июля сообщило деловой прессе неофициально, что рассматривает возможность расширения ограничений на экспорт полупроводникового оборудования в Китай, чтобы включить более старые технологии, которые производят менее совершенные чипы. Угроза таких ограничений и важные успехи в развитии собственного китайского потенциала поддержали цены на акции отечественных китайских производителей оборудования, которые также получают государственные субсидии. Китайская SMIC потеряла около 8% своей рыночной капитализации в течение 2022 года на сегодняшний день, а TSMC потеряла 36%.

Основным узким местом в усилиях Китая по достижению высокой степени независимости в производстве чипов является литография. ASML — единственный в мире производитель литографических машин для экстремального ультрафиолета (EUV), которые вытравливают схемы для самых современных микросхем с шириной затвора 7 нанометров или меньше. Их могут производить только TSMC и Samsung. Администрация Трампа запретила экспорт этих чипов, закрыв бизнес телефонов 5G Huawei и ZTE, а также убедила правительство Нидерландов запретить продажу машин EUV в Китай.

На долю крупнейшего в Китае предприятия по производству полупроводников SMIC приходится всего 5% мирового рынка, но его выручка удвоилась за последние 18 месяцев. Он может производить 14-нанометровые чипы. За исключением смартфонов и нескольких специализированных приложений, чипы размером 14 нанометров и выше составляют 95% мирового спроса на чипы. Несмотря на то, что бизнес мобильных телефонов Huawei 5G рухнул без доступа к чипам 7-нм и ниже, у Китая не было проблем с созданием своей сети базовых станций 5G с более широкими чипами. Но в дизайне чипов происходит революция, а может быть, и несколько революций. Новые технологии, в том числе новые формы «расширенной упаковки», открывают альтернативный путь к еще меньшей ширине шлюза и, возможно, при меньших затратах.

Дэвид П. ГОЛДМАН