Новый фронт в борьбе за полупроводниковые технологии между США и Китаем

Появление передовой упаковки называют переломным моментом в полупроводниковой промышленности. Китай тоже выходит на эту арену.

Президент Джо Байден применил двухсторонний подход к сдерживанию китайского высокотехнологичного прогресса, ограничивая доступ Пекина к передовым микросхемам и одновременно поддерживая производство полупроводников в США.

Он собирается еще больше усилить давление, переключив внимание на новую сферу борьбы за технологическое превосходство: процесс упаковки полупроводников, который все чаще рассматривается как путь к достижению более высокой производительности.

Однако не только США признают потенциал так называемой передовой упаковки: Китай тоже развивается в этой области. К тому же на нее не распространяются санкции, и страна стремительно захватывает долю мирового рынка и добивается успехов в производстве высокопроизводительных микросхем.

"Упаковка — это новая опора инноваций в полупроводниковой промышленности, она кардинально изменит отрасль", — считает Джим МакГрегор, основатель технологической аналитической компании Tirias Research. Для Китая, который пока не располагает новейшими возможностями, легче развиваться в этом направлении, поскольку оно не ограничено правительством США. "Упаковка может помочь им преодолеть этот разрыв", — говорит эксперт.

До недавнего времени упаковка полупроводников (помещение микросхем в материалы, защищающие их и соединяющие с электронным устройством, в которое они входят) была для отрасли в лучшем случае второстепенным делом. Поэтому она была передана на аутсорсинг, в основном в Азию, главным бенефициаром стал Китай: по данным Intel Corp., сегодня на США приходится всего 3% мировых мощностей по упаковке.

Однако неожиданно передовая упаковка появилась повсюду: Intel делает на нее ставку как на ключевую часть стратегии возвращения конкурентоспособности американского гиганта по производству микросхем. Китай рассматривает ее как средство наращивания внутренних полупроводниковых мощностей. А теперь и Вашингтон обращается к ней как к части своих собственных планов по достижению экономической самостоятельности.

Более чем через год после принятия "Закона о чипах и науке" администрация Байдена изложила планы по созданию "Национальной программы по производству передовой упаковки" стоимостью 3 миллиарда долларов, а недавно назначила директора этого центра. По словам заместителя министра торговли Лори Локасио, цель состоит в том, чтобы к концу десятилетия создать несколько высокопроизводительных упаковочных предприятий и снизить зависимость от азиатских линий поставок, которые представляют собой риск для безопасности, с которым США "просто не могут смириться".

По словам представителя Белого дома Робин Паттерсон, "президент считает своим приоритетом обеспечение лидерства Америки во всех сферах производства полупроводников, среди которых передовая упаковка является одной из наиболее интересных и важных областей".

Передовая упаковка быстро становится новым фронтом в глобальной гонке по производству чипов, однако некоторые считают, что это направление стало актуальным уже давно.

До сих пор администрация уделяла основное внимание субсидиям для возвращения производства микросхем в США, но "мы не можем игнорировать упаковку, потому что нельзя сделать одно без другого", — считает Джей Обернолт, республиканец из Калифорнии, один из двух вице-председателей фракции искусственного интеллекта в Конгрессе. "В чем смысл осуществлять 100% производства микросхем на территории США, если упаковка по-прежнему производится за рубежом", — уточняет он.

Сборка, тестирование и упаковка обычно рассматриваются в совокупности как второстепенные этапы производства. Они всегда были наименее привлекательной частью полупроводниковой промышленности, с меньшим количеством инноваций и меньшей добавленной стоимостью. Другое дело так называемый "передний край" — производство непосредственно микросхем с компонентами, измеряемыми миллиардными долями метра. Однако уровень сложности быстро растет, поскольку новые технологии позволяют комбинировать, объединять чипы в модули и тем самым повышать их производительность, что руководители отрасли и называют переломным моментом.

Передовая упаковка не может помочь Китаю конкурировать с ведущими полупроводниковыми разработками США, но она позволяет Пекину создавать более быстрые и дешевые системы для вычислений путем плотного соединения различных чипов. В этом случае Китай может сохранить свои новейшие технологии производства микросхем, которые являются дорогостоящими и, скорее всего, доступны в ограниченном объеме, для самой важной части чипа и использовать более старые, дешевые технологии для производства чипов, выполняющих другие функции, такие как управление батареей и датчиками, объединяя все это в мощный модуль.

По словам технологического аналитика Bloomberg Intelligence Чарльза Шама, это "лучшее решение". "Это позволит не просто повысить скорость обработки чипов, но и обеспечит бесшовную интеграцию различных типов микросхем". В результате, по его словам, это "изменит ландшафт полупроводникового производства".

Пекин уже давно уделяет особое внимание технологиям упаковки полупроводников, в том числе в рамках программы "Сделано в Китае", анонсированной в 2015 году президентом Си Цзиньпином. По данным американской Ассоциации полупроводниковой промышленности, Китай занимает 38% мирового рынка сборки, тестирования и упаковки, что является самым большим показателем среди всех стран. Хотя он отстает от Тайваня и США в области передовых технологий, аналитики сходятся во мнении, что, в отличие от обработки пластин, он находится в гораздо более выгодном положении, чтобы наверстать упущенное.

Китай уже сейчас может похвастаться наибольшим числом производственных мощностей, включая третью по величине в мире компанию по сборке и тестированию JCET Group, которая по объему выручки уступает только тайваньской ASE Group и американской Amkor Technology. Более того, китайские компании наращивают долю рынка, в том числе благодаря приобретению компанией JCET передового предприятия в Сингапуре и строительству завода по производству современной упаковки в своем родном городе Цзяньинь.

"Для Китая одним из способов обойти ограничения на передачу технологий является передовая упаковка, потому что пока это безопасное пространство, в которое все инвестируют", — говорит Матье Дюшатель из аналитического центра Institut Montaigne, эксперт по Китаю из Тайваня, изучающий геополитику технологий.

Осознание этого факта не дает покоя Вашингтону, который пытается лишить Пекин доступа к передовым вычислительным технологиям, которые могут быть использованы в военных целях — и с сомнительным успехом.

Когда в сентябре компания Huawei Technologies Inc. без лишнего шума выпустила смартфон Mate 60 Pro, китайские ястребы в Вашингтоне подняли вопрос о том, почему американские меры экспортного контроля не смогли предотвратить разработку, якобы выходящую за пределы возможностей Пекина.

Выступая 19 сентября в Палате представителей, министр торговли Джина Раймондо защищала стремление администрации Байдена лишить Китай доступа к передовым микросхемам и оборудованию для их производства. Но при этом она затронула тему передовой упаковки. По ее словам, США необходимо наращивать собственные мощности по производству современной упаковки, поскольку "особенность чипов состоит лишь в том, что можно совершенствовать их размеры, что имеет предел, а это значит, что весь "особый соус" — в технологиях упаковки".

Одна из причин столь пристального внимания к этому "особому соусу" в том, что упаковка необходима для достижения высокой мощности полупроводников, используемых в приложениях искусственного интеллекта. Действительно, нехватка определенного типа упаковки, известной как Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS), является ключевым узким местом в производстве чипов искусственного интеллекта компании Nvidia Corp.

Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., основной производитель микросхем для Nvidia, летом этого года выделил 3 миллиарда долларов на строительство завода по производству упаковочных материалов, чтобы помочь устранить проблему. Генеральный директор компании К.К. Вэй сообщил инвесторам во время отчета о прибылях за третий квартал, что компания планирует удвоить мощности по производству CoWoS к концу следующего года.

Как заявил в октябре на конференции в Тайбэе вице-президент компании по передовым технологиям упаковки Цзюнь Хэ, хотя TSMC работает над этой технологией уже 12 лет, ее применение стало нишевым и получило распространение только в этом году. "Мы наращиваем мощности, как сумасшедшие", — сказал Цзюнь Хэ, добавив, что о CoWoS говорят "все, возможно, даже в Starbucks".

Это касается не только TSMC. Компания Micron Inc. строит в Индии предприятие по выпуску готовой продукции стоимостью 2,75 миллиарда долларов, Intel согласилась построить в Польше сборочно-испытательный завод стоимостью 4,6 миллиарда долларов, а в Малайзии вложит около 7 миллиардов долларов в передовую упаковку. Южнокорейская компания SK Hynix в прошлом году заявила, что планирует инвестировать 15 миллиардов долларов в завод по производству упаковки в США.

Главный исполнительный директор Intel Пэт Гелсингер сказал в интервью, что у него "есть уникальные технологии в области упаковки". Все, кто сегодня работает над чипами с искусственным интеллектом, хотят сказать: "Вау, это тот способ, с помощью которого я могу расширить свои возможности в области ИИ-чипов".

Некоторые аналитики предсказывают компаниям, работающим в этой сфере, скорую прибыль. По данным McKinsey, наибольший спрос на передовые упаковочные технологии создадут высокопроизводительные чипы для центров обработки данных, ускорителей ИИ и потребительской электроники.

По прогнозам, в ближайшие 18 месяцев количество поставляемых микросхем, использующих усовершенствованную упаковку, увеличится в десять раз, а если она станет стандартом в смартфонах, то может вырасти и в 100 раз, пишут аналитики Jeffries Марк Липацис и Ведвати Шротре в отчете от 14 сентября, в котором эта технология рассматривается как часть "тектонического сдвига" в отрасли.

Причина, на которую намекает Раймондо, заключается в том, что производство микросхем наталкивается на пределы физики.

За последние пятьдесят лет чипы становились все более совершенными во многом благодаря достижениям в технологии производства. В настоящее время они содержат до десятков миллиардов крошечных транзисторов, которые позволяют им хранить и обрабатывать информацию. Но теперь этот путь прогресса, названный законом Мура по имени основателя компании Intel, наталкивается на фундаментальные барьеры, которые затрудняют процесс совершенствования и делают его намного более дорогостоящим.

Закон Мура (скорее, наблюдение) гласит, что количество транзисторов в микросхеме удваивается примерно каждые два года. Поскольку темпы прогресса замедляются, а компании "не в состоянии выпускать вдвое больше транзисторов, при вдвое меньшей стоимости, с вдвое большей тактовой частотой и при более низких уровнях энергопотребления каждые два года, индустрия стала больше полагаться на передовые методы упаковки, чтобы восполнить недостаток", — пишут Липацис и Шротре.

Вместо того чтобы размещать все больше крошечных компонентов на одном кристалле кремния, многие разработчики и компании рассказывают о преимуществах модульного подхода, позволяющего создавать продукты из нескольких "чиплетов", плотно упакованных в один корпус.

Презентация на стенде компании BE Semiconductor Industries на выставке Semicon Taiwan в Тайбэе в сентябре 2022 года.

Фотограф: И-Хва Ченг/ Bloomberg

Это объясняет, почему голландская компания BE Semiconductor Industries NV, производящая инструменты для упаковки микросхем, за последние 12 месяцев удвоила свою стоимость и достигла примерно 9,8 миллиарда долларов, вдвое опередив индекс Philadelphia Semiconductor Index, несмотря на спад в индустрии микросхем во второй половине этого года.

Но это все равно меньше тех сумм, которые вложены в передовое производство — рыночная стоимость голландской компании ASML NV, обладающей почти абсолютным правом на оборудование, необходимое для производства передовых полупроводников, приближается к 250 миллиардам долларов. Стоимость передового завода Intel по производству микросхем в городе Магдебург на востоке Германии составляет 30 миллиардов долларов, что более чем в четыре раза превышает ее долю в Малайзии.

При этом между Магдебургом, новым предприятием в Ирландии и польским заводом с мощностями по производству современной упаковки "Польша может оказаться ключевым игроком", — считает Гелсингер.

Китайские компании тоже набирают обороты. Среди них крупнейший китайский производитель микросхем Semiconductor Manufacturing International Corp., который изготовил 7-нанометровый чип для Mate 60 Pro, а также лидер в области IP VeriSilicon и Huawei, по мнению берлинских исследователей Яна-Петера Кляйнханса и Джона Ли.

Эти компании "видят потенциал в использовании передовых процессов упаковки для достижения повышения производительности без опоры на зарубежные передовые технологии", — пишут Кляйнханс и Ли, представляющие аналитический центр Stiftung Neue Verantwortung и консалтинговую компанию East West Futures соответственно в декабрьском отчете.

Министерство торговли США обосновывает свое решение сосредоточиться на передовом производстве тем, что санкции в отношении услуг по сборке, тестированию и упаковке нарушат цепочки поставок, не снижая рисков национальной безопасности. Китайские услуги по сборке, тестированию и упаковке "в настоящее время играют важнейшую роль в глобальной цепочке поставок" и "их нелегко заменить", — заявил в сентябре Национальный институт стандартов и технологий Министерства торговли США.

Администрация Байдена "приняла необходимые меры для предотвращения использования передовых американских технологий, связанных с полупроводниками, в целях, подрывающих национальную безопасность США, и они постоянно оценивают необходимость принятия дополнительных мер, чтобы идти в ногу с развитием технологий", — заявила пресс-секретарь Белого дома Паттерсон.

Ирония заключается в том, что привлечение таких компаний, как TSMC и Samsung Electronics Co. для строительства передовых заводов по производству микросхем в Аризоне и Техасе, не обеспечивает самодостаточности США, поскольку нынешняя нехватка мощностей означает, что современные пластины, производимые на этих заводах, придется отправлять в Азию для упаковки — скорее всего, на Тайвань.

Джек Хергенротер, вице-президент IBM по разработке глобальных корпоративных систем, считает, что в плане финансирования передовая упаковка находится в "тени". Он хочет удвоить объемы выделяемых средств, чтобы стимулировать рост упаковочных мощностей в США до 10-15% от общемирового объема, а в идеале — до 25% в течение десятилетия, чтобы обеспечить надежную цепочку поставок. "Наличие в Северной Америке центра передовой упаковки очень важно", — считает он.

Источник: @thebugged