Молодая японская компания Rapidus рассчитывает к 2027 году наладить серийный выпуск 2-нм полупроводниковых изделий по заказу различных клиентов, уже в апреле следующего года она рассчитывает наладить выпуск опытной продукции такого класса. Для этого она приступила к монтажу литографического оборудования ASML, которое уже получает через аэропорт острова Хоккайдо.

Источник изображения: ASML

Как сообщает DigiTimes со ссылкой на японские средства массовой информации, на этой неделе Rapidus провела символическую церемонию получения первого литографического сканера ASML Twinscan NXE:3800E для работы с EUV — сверхжёстким ультрафиолетовым излучением. Такое оборудование применяется при производстве 2-нм чипов, и впервые попало на территорию Японии для использования при выпуске полупроводниковых компонентов.

Сколько всего подобных систем Rapidus получит для нужд запуска опытного производства 2-нм чипов к апрелю 2025 года, компания уточнять не хочет, но даёт понять, что одной или двух ей не хватит. Каждая система транспортируется в нескольких больших контейнерах, в сборе весит 71 тонну и имеет высоту 3,4 метра. Монтаж подобного оборудования подразумевает хорошую защиту от сейсмического воздействия, что для Японии довольно актуально. По словам представителей Rapidus, подготовка к освоению производства 2-нм чипов идёт по плану. Компания отправила на стажировку в США около 150 технических специалистов, которые набираются опыта в IBM. К моменту запуска опытного производства 2-нм чипов в апреле следующего года на предприятии будет работать от 300 до 400 сотрудников. Необходимое для запуска опытного производства 2-нм чипов оборудование ASML компания Rapidus рассчитывает получить до конца текущего года.

Около половины рынка микросхем памяти HBM сейчас контролирует южнокорейская SK hynix. В конце февраля текущего года Micron Technology заявила, что со второго квартала начнёт поставлять 8-ярусные стеки HBM3E для нужд Nvidia, которая будет устанавливать их в ускорители H200. На этой неделе стало известно, что подобную память Micron начала поставлять и загадочному второму крупному клиенту.

Источник изображения: Micron Technology

Под этим размытым определением может скрываться AMD, которая также оснащает свои ускорители вычислений семейства Instinct памятью типа HBM3E, но говорить об однозначном соответствии нельзя. Более того, на квартальной отчётной конференции на этой неделе руководство Micron Technology заявило, что в первом квартале следующего года компания начнёт снабжать своими микросхемами памяти семейства HBM третьего крупного клиента.

В сентябре текущего года Micron представила 12-ярусные стеки HBM3E, тем самым продемонстрировав устранение отставания от SK hynix. Третий игрок этого рынка, южнокорейская компания Samsung Electronics, уже не первый месяц подряд пытается сертифицировать свою память типа HBM3E под нужды Nvidia, но раз за разом терпит неудачу, несмотря на регулярные заверения в близости успеха. На квартальной конференции руководство Micron подчеркнуло, что её 12-ярусной памятью HBM3E клиенты весьма довольны.

Ёмкость рынка микросхем типа HBM компания Micron в привязке к 2025 году оценивает более чем в $30 млрд против ранее упоминавшихся $25 млрд. К 2028 году ёмкость рынка вырастет до $64 млрд, а по итогам 2030 года превысит $100 млрд. В текущем году данная величина не превысит $16 млрд, как считают в Micron. Что характерно, все заказы на производство HBM на следующий год у компании уже распределены, а цены зафиксированы в контрактах.

Из всех реализуемых TSMC за пределами Тайваня проектов по строительству предприятий для выпуска чипов именно японский отличается наиболее высоким соответствием первоначальному графику. Возможно, сказывается географическая близость и родство корпоративных культур, но предприятие TSMC в Японии до конца года приступит к массовому производству чипов.

Источник изображения: TSMC

Об этом ещё в конце прошлой недели сообщило агентство Nikkei, но представителям тайваньских СМИ лишь недавно удалось разузнать подробности. Напомним, акционерами совместного предприятия JASM являются компании Sony и Denso, поэтому они имеют право претендовать на первоочередное получение продукции, выдаваемой первым предприятием в Японии. Сейчас оно уже находится на финальных этапах подготовки к серийному выпуску чипов для Sony и Denso с использованием диапазона техпроцессов от 28 до 12 нм включительно. Как заверяют представители JASM, продукция японского производства будет такого же уровня качества, как и на тайваньских предприятиях TSMC.

Строительство второго предприятия JASM начнётся в префектуре Кумамото в следующем году, к концу 2027 года оно сможет начать выдавать продукцию по технологическим нормам 7 и 6 нм. Когда второе предприятие будет введено в строй, в сочетании с первым они смогут выдавать по 100 000 кремниевых пластин в месяц. В общей сложности на двух предприятиях JASM будут задействованы более 3400 новых сотрудников. К концу десятилетия JASM надеется до 60 % необходимых для выпуска чипов материалов и компонентов получать в Японии. Сейчас этот показатель достигает 45 %, а к 2026 году увеличится до 50 %. По предварительным данным, третье предприятие TSMC на территории Японии может появиться уже после 2030 года.

Для китайского производителя литографического оборудования AMEC этот год начался не очень удачно, поскольку его включили в так называемый «чёрный список» Пентагона, заподозрив в обслуживании интересов китайского оборонного сектора. Оспорить данный шаг китайская компания решилась в августе, причём подала жалобу непосредственно в суд американской юрисдикции. Справедливость была восстановлена в текущем месяце.

Источник изображения: AMEC

Присутствие AMEC в этом списке технически грозило только сложностями с заключением контрактов с американскими компаниями, но после подачи иска против Министерства обороны США в августе текущего года китайский производитель к концу года добился своего исключения из этого перечня. Данные благоприятные изменения сразу сказались на курсе акций AMEC, который поднялся утром в среду на 5,8 %. Более того, не совсем привычное для современных реалий событие также вызвало рост котировок других размещаемых в Шанхае акций на 1 % в среднем.

Что характерно, китайский производитель памяти YMTC является крупным клиентом AMEC и при этом находится в «чёрном списке» Пентагона, поскольку подозревается в связях с китайским военным сектором. Подобные упрёки YMTC неоднократно отметала, но в судебном порядке оспаривать свой статус не пыталась, в отличие от AMEC. Пентагон старается ограничить доступ китайских компаний к американским технологиям, используя для этого собственные требования, а ещё это делают и другие ведомства США, включая Министерство торговли.

Официальная статистика властей КНР гласит, что с начала текущего года по ноябрь включительно на территории страны было выпущено 395,3 млрд интегральных микросхем, что на 23,1 % больше итогов аналогичного периода прошлого года. При этом импорт чипов в Китай тоже вырос за период на 14,8 %, поскольку национальная полупроводниковая отрасль сильно от него зависит.

Источник изображения: AMD

Как отмечает South China Morning Post, государственная статистика демонстрирует снижение темпов роста производства чипов до 8,7 % в прошлом месяце, поскольку по итогам ноября в стране было выпущено только 37,6 млрд интегральных микросхем. Впервые с начала года темпы роста объёмов выпуска чипов в ноябре опустились ниже 10 %. В целом, по итогам 11 месяцев текущего года объёмы промышленного производства в Китае выросли на 5,4 %, поэтому полупроводниковая отрасль росла опережающими темпами, хотя и уступила некоторым другим.

Например, в сфере промышленной робототехники рост по итогам ноября года составил 29,3 % в годовом сравнении, а на рынке электромобилей достиг 51,1 %. Основные направления экспорта полупроводниковых компонентов китайского производства — это Тайвань, Вьетнам, Южная Корея, Гонконг и Малайзия. С начала текущего года объёмы экспорта интегральных микросхем из КНР выросли на 11,4 % до 271,6 млрд штук, но импорт оказался кратно выше — 501,47 млрд чипов, что на 14,8 % больше прошлогоднего объёма. В стоимостном выражении импорт интегральных микросхем в Китай увеличился на 10,5 % до $349 млрд.

Считается, что китайские компании ускорили закупки зарубежной полупроводниковой продукции на фоне усиливающихся санкционных ограничений США. Новый виток расширения антикитайских ограничений США произошёл в первых числах декабря, когда США ввели санкции против 140 полупроводниковых компаний Китая, включая как производителей чипов, так и производителей оборудования для выпуска микросхем.

Официальная церемония закладки фундамента первого предприятия TSMC в Европе состоялась ещё в августе текущего года, но проект на тот момент не был гарантированно обеспечен субсидиями властей региона. По данным немецких СМИ, субсидирование было утверждено только к концу прошлой недели. Участники строительства получат 5 млрд евро финансовой поддержки, что покроет половину расходов на строительство предприятия.

Источник изображения: ESMC

Помимо TSMC, которая получила 70 % акций совместного предприятия и вложит 3,5 млрд евро, акционерами являются европейские производители чипов Bosch, NXP Semiconductors и Infineon Technologies. Каждой из трёх перечисленных компаний достанутся 10 % акций совместного предприятия, они вложат по 500 млн евро. Таким образом, совокупные расходы инвесторов составят 5 млрд евро, столько же будет покрыто субсидиями европейских властей. Половина инвестиций — это довольно высокий процент субсидирования, которого на этапе согласования не могла добиться Intel, намеревавшаяся построить в немецком Магдебурге два предприятия по производству чипов. Процессорному гиганту предлагалось 10 млрд евро субсидий, но эта сумма покрыла бы только треть затрат на строительство.

По информации Heise, представители немецкого Министерства экономики и защиты климата в пятницу заявили, что наконец-то подписали контракт с четырьмя акционерами ESMC — так называется совместное предприятие TSMC, которое будет построено в Дрездене и освоит выпуск чипов по зрелым техпроцессам в диапазоне от 28 до 12 нм. Субсидии будут предоставляться участникам проекта по мере прогресса в его реализации. Предприятие ESMC обеспечит работой не менее 2000 сотрудников, оно сможет ежегодно обрабатывать по 500 000 кремниевых пластин. В кризисные моменты, выражающиеся в росте спроса на чипы, оно должно будет отдавать приоритет выполнению заказов на поставку чипов в Германию и ЕС. Это первый проект, который власти ЕС взялись субсидировать по так называемому «Европейскому закону о чипах».

Бурный рост выручки Nvidia на фоне высокого спроса на её ускорители вычислений в действительности сдерживается возможностями её производственных партнёров, главным из которых является TSMC. Последняя не только выпускает чипы для Nvidia, но и упаковывает их передовым методом CoWoS, и возможности подрядчика в этой сфере являются для Nvidia узким местом, которое он готов активно расширять.

Источник изображения: TSMC

По информации Commercial Times, компания TSMC интенсивно расширяет на территории Тайваня свои производственные мощности по тестированию и упаковке чипов методом CoWoS. Купленное у Innolux предприятие по производству ЖК-панелей в Тайнане будет переоборудовано под тестирование и упаковку чипов к концу следующего года, и совокупные возможности TSMC в этой сфере к концу 2026 года утроятся до 90 000 кремниевых пластин в месяц, по данным тайваньских источников.

Профильное предприятие TSMC в Тайчжуне будет введено в строй в первой половине следующего года, компания также строит два предприятия в других районах острова. В текущем году, по оценкам аналитиков, TSMC была способна упаковывать и тестировать чипы с использованием метода CoWoS в количестве, эквивалентном 35 000 кремниевых пластин в месяц. Выручка от данного вида услуг достигла 7–9 % от совокупной. К концу следующего года мощности удвоятся до 70 000 пластин в месяц, а доля выручки перевалит за 10 %. Наконец, к концу 2026 года TSMC сможет ежемесячно упаковывать по методу CoWoS количество чипов, эквивалентное 90 000 кремниевых пластин.

Итого, с 2022 по 2026 годы производительность компании в этой сфере будет увеличиваться ежегодно в среднем на 50 %, причём процесс продолжится и после 2026 года. Одно только предприятие в Тайнане теоретически могло бы ежемесячно обрабатывать по 50 000 кремниевых пластин в месяц. Скорее всего, профильными заказами оно в итоге будет загружено только частично, а остальные мощности выделят под работу с методами упаковки CPO и FoPLP.

Технологические проблемы Samsung Electronics последних лет, как принято считать, отчасти обусловлены проблемами внутрикорпоративного взаимодействия, поэтому новым шагом по пути нормализации ситуации с выпуском памяти HBM3E под нужды Nvidia может стать отправка к местам её производства специалистов, которые отвечают за её разработку.

Источник изображения: Samsung Electronics

Тайваньский ресурс DigiTimes в конце рабочей недели опубликовал своеобразный дайджест новостей на эту тему, основанный на публикациях как южнокорейских, так и западных СМИ. Назначенный в мае на пост руководителя полупроводникового бизнеса Samsung Чун Ён Хён (Jun Young-hyun), как сообщается, настоял на отправке 2000 инженеров на новейшее предприятие компании в Пхёнтхэке, где выпускаются микросхемы HBM актуальных поколений. Этому «инженерному десанту» поручено повысить качество выпускаемой продукции соответствующего типа. Специалисты должны добиться того, чтобы при переносе новых технологий из лабораторий Samsung на конвейер не падало качество продукции. Официально Samsung подобные сообщения считает безосновательными.

По данным корейских СМИ, память HBM3E производства Samsung уже вряд ли сможет пройти сертификацию Nvidia в текущем году, но первая компания рассчитывает всё же сделать это в следующем. По информации Korean Economic Daily, в следующем году SK hynix освоит выпуск микросхем HBM4 с использованием 3-нм технологии, для чего уже сейчас сотрудничает с тайваньской TSMC. При этом Samsung пока рассчитывает при выпуске HBM4 ограничиться 4-нм технологией. Например, выпущенный по 3-нм техпроцессу базовый чип для HBM4 позволит поднять быстродействие на 20–30 % по сравнению с существующими 5-нм чипами. Samsung в таких условиях также интересуется возможностью сотрудничества с TSMC с целью получения доступа к 3-нм технологии. Необходимость навёрстывать отставание от конкурентов в сфере производства DRAM, по данным некоторых СМИ, вынуждает Samsung проводить реструктуризацию бизнеса и массовую чистку в рядах руководителей компании на полупроводниковом направлении.

На днях на конференции IEDM 2024 в Сан-Франциско компания TSMC впервые официально рассказала о преимуществах перехода на 2-нм транзисторы с круговым затвором Gate-All-Around и нанолистовыми каналами. К выпуску чипов по технологии N2 тайваньский чипмейкер приступит в наступающем году. По сути, нанолисты — это финальная архитектура транзисторов в привычном понимании и она останется актуальной надолго.

Не видите внизу 2-нм транзисторы? А они есть! Источник изображения: TSMC

В 2025 году производить чипы на основе 2-нм техпроцесса с наностраничными каналами и круговым затвором начнут также Samsung и Intel. Подобные структуры первой начала выпускать компания Samsung в рамках 3-нм техпроцесса в 2022 году. Для TSMC это станет первым опытом и плодом «более чем четырёхлетнего труда», как признался глава отдела разработчиков компании.

Современные транзисторы FinFET представляют собой набор вертикально расположенных транзисторных каналов — рёбер или плавников. Характеристики такого транзистора зависят от количества рёбер у каждого — одного, двух или трёх. Чем больше каналов, тем больше площадь, занимаемая транзистором. Это особенно остро сказывается в случае массивов памяти SRAM. Каждая ячейка такой памяти состоит из шести транзисторов и поэтому плохо поддаётся масштабированию. Между тем, без SRAM не обходятся ни простенькие контроллеры, ни мощные процессоры и ускорители.

Перевод транзисторных каналов в горизонтальную плоскость в виде тонких наностраниц сразу улучшает плотность, так как каналы располагаются друг над другом, и неважно, сколько их. От этого занимаемое транзистором место не увеличивается. В частности, переход TSMC от выпуска 3-нм FinFET транзисторов к 2-нм наностраничным увеличивает плотность размещения транзисторов на 15 %, независимо от того, используются ли производительные схемы или энергоэффективные. Выигрыш произойдёт в обоих случаях.

Между производительностью и энергоэффективностью придётся выбирать. Если делать ставку на скорость вычислений, прирост от перехода на 2-нм наностраничные транзисторы составит 15 %, а если выбрать низкое потребление, то выигрыш достигнет впечатляющих 30 %. Но это не вся польза от наностраничных каналов. Для FinFET транзисторов нельзя создать транзисторы с 1,5 рёбрами — это как полтора землекопа из известной сказки. Зато в случае наностраничных каналов можно менять их ширину, не говоря о количестве, и проектировать схемы с разнообразными и точно требуемыми параметрами.

В компании TSMC технологию изменения ширины наностраниц назвали Nanoflex. Это позволит выпускать на одном кристалле логику с узкими наностраницами, что ограничит их потребление, и вычислительное ядро с транзисторами с широкими наностраницами для пропускания больших токов, что обеспечит производительность, несмотря ни на что.

Но особенно заметно от перехода на наностраничные транзисторные каналы выиграет SRAM. При переходе с 4-нм на 3-нм техпроцесс плотность ячеек памяти SRAM выросла всего на 6 %. В случае технологии Nanoflex при переходе от 3-нм на 2-нм техпроцесс плотность ячеек SRAM вырастет на 11 %. Это даст повсеместный выигрыш, утверждают в TSMC.

Источник изображения: Intel

Интересно добавить, что на этой же конференции прозвучал доклад компании Intel, которая очертила границы будущего для классических транзисторов и, конкретно, в наностраничном исполнении.

«Архитектура наностраниц на самом деле является последним рубежом транзисторной архитектуры, — сказал Ашиш Агравал (Ashish Agrawal), специалист по кремниевым технологиям в исследовательской группе Intel по компонентам схем. — Даже будущие комплементарные FET (CFET) устройства, которые, возможно, появятся в середине 2030-х годов, будут построены из нанолистов. Поэтому важно, чтобы исследователи понимали свои ограничения».

Чтобы изучить границы возможного, в Intel создали экспериментальную транзисторную структуру с каналом длиной 6 нм. Чем короче канал, тем выше вероятность утечек через него и тем менее управляемым становится транзистор. Эксперимент показал, что транзисторы с каналами длиной 6 нм и шириной наностраницы 2 нм полностью работоспособны. Это позволит наностраничной транзисторной архитектуре существовать ещё долго, отодвинув переход на двумерные материалы и транзисторы на принципиально иной архитектуре далеко в будущее.

Возвращаясь к 2-нм техпроцессу TSMC (а также Samsung и Intel), напомним, что цифра в его названии ничего не говорит о физических размерах транзисторов. В рамках 2-нм техпроцесса транзисторы и транзисторные каналы измеряются десятками нанометров. Поэтому до выставленных Intel границ в эксперименте индустрия будет идти не одну пятилетку.

После отставки Патрика Гелсингера (Patrick Gelsinger) в начале месяца компанией Intel временно руководят финансовый директор Дэвид Зинснер (David Zinsner) и глава продуктового направления Мишель Джонстон Холтхаус (Michell Johnston Holthaus). Первый недавно признал, что дальнейшую судьбу компании как единого целого должен будет решить следующий постоянно действующий генеральный директор.

Прежде всего, как отмечает Bloomberg, Зинснер дал понять, что витавшая в воздухе ещё при Гелсингере идея разделения производственного бизнеса и направления разработки процессоров до сих пор актуальна, и никто не ставит на ней крест. Оба временно исполняющих обязанности руководителя Intel выступили на этой неделе на технологической конференции Barclays для инвесторов. Отвечая на вопрос аналитика о разделении компании, Зинснер пояснил: «Это открытый вопрос, на который предстоит ответить в другой день». При этом он отмечает, что работа по превращению Intel Foundry в самостоятельное подразделение продолжается. Зинснер добавил, что он и его коллега больше ориентированы делиться с общественностью состоявшимися свершениями, а не планами, поэтому совет директоров и поручил им возглавить Intel.

Уже в качестве финансового директора он добавил, что два подразделения Intel уже обособлены на операционном уровне, у них разное руководство и собственные счета. Как известно, Гелсингер не приветствовал идею окончательного разделения этих двух структур внутри компании. Мишель Джонстон Холтхаус добавила, что доступ к передовым техпроцессам для Intel является залогом преимущества продукции этой марки. «Прагматично рассуждая, считаю ли я, что имеет смысл разделить их окончательно, не оставив никаких связей? Я так не думаю, но решать это будет кто-то другой», — заявила она.

Источник изображения: Intel

Комментируя необходимость сотрудничества с TSMC в сфере производства чипов, Холтхаус назвала тайваньскую компанию фантастическим партнёром и образцом для всей отрасли, но подчеркнула, что временами имеет смысл пользоваться услугами собственного производственного подразделения. Техпроцесс Intel 18A является первым шагом компании на пути восстановления технологического лидерства, и выпущенные с его использованием процессоры Panther Lake в виде инженерных образцов уже поставляются восьми партнёрам Intel. Она также добавила, что Intel нуждается в укреплении своих позиций на серверном рынке, и эта работа будет проводиться в следующем году. Холтхаус признала, что в этом сегменте AMD оказалась более успешной. Признав, что ускорители Gaudi остаются сложными для использования, она добавила, что Intel сейчас концентрируется на совершенствовании графических процессоров общего назначения, и постепенно надеется сделать их более конкурентоспособными.

По поводу судьбы Mobileye было сказано, что Intel стремится продать некоторую часть принадлежащих ей акций этой дочерней компании, чтобы выручить денежные средства, но хотела бы сохранить за собой крупный пакет. Для Altera компания Intel сейчас ищет финансового партнёра, а в дальнейшем хотела бы вывести её акции на биржу. Сократив в этом году около 15 000 человек, Intel на текущий момент выполнила план в этой сфере. При этом анализ организационной структуры и её оптимизация продолжаются.

Уменьшение техпроцессов для производства чипов почти достигло физических ограничений. Отлично показавшая себя в качестве разводки между транзисторами медь при дальнейшем уменьшении сечения проводов начала оказывать току растущее сопротивление. Потенциально её можно заменить графеном. Проблема в том, что современные технологии нанесения графена на чипы несовместимы с КМОП-процессами, применяемыми для массового выпуска чипов. Возможно, решение этой проблемы найдено.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Предложенные ранее технологии осаждения углерода на микросхемы (транзисторы) для создания графеновых проводящих линий предполагают использование высоких температур — от 400 °C и выше. Такие температуры губительны для кремниевых транзисторов, изготовленных с применением КМОП-технологий. Необходим иной способ нанесения графена на чип, и такой способ придумали в американской компании Destination 2D. Стоит отметить, что научным консультантом Destination 2D является Константин Новосёлов — один из лауреатов Нобелевской премии по физике за 2010 год и соавтор исследования, приведшего к открытию графена в 2004 году.

Предложенная компанией Destination 2D технология нанесения графена на чипы осуществляется в газовой среде под давлением от 410 до 550 кПа. Осаждение происходит не на «голый» чип, а на предварительно нанесённую на кристалл плёнку никеля. Никель выполняет роль расходного материала и впоследствии удаляется с поверхности кристалла. Внесение этого этапа в техпроцесс позволило снизить температуру осаждения графена до приемлемых для КМОП 300 °C. При такой температуре транзисторные структуры на кристалле не разрушаются, а рисунок соединений формируется с использованием графена.

Также исследователи из Destination 2D решили проблему повышения проводящих свойств графена. Утверждается, что предложенный компанией особый метод легирования графена — методом интеркаляции — делает его в 100 раз более проводящим, чем медь. Это позволяет сохранить и даже увеличить плотность тока по мере уменьшения размеров транзисторов, а значит, остаётся возможность повышать плотность их размещения на кристалле. Более того, разработчики утверждают, что благодаря интеркаляции проводимость графена увеличивается по мере уменьшения размеров элементов, что даёт шанс продлить действие закона Мура ещё на несколько лет.

Руководство Destination 2D верит, что пройдёт немного времени, и предложенный ими графеновый техпроцесс будет внедрён в производство передовых микросхем. Компания активно сотрудничает с рядом производителей чипов, чтобы приблизить этот момент.

Ассоциация SEMI ожидает, что в период с 2025 по 2027 годы включительно производителями чипов будет потрачено $400 млрд на оснащение предприятий, использующих кремниевые пластины типоразмера 300 мм. По итогам текущего года затраты на эти цели вырастут на 4 % до $99,3 млрд, но в следующем подскочат сразу на 24 % до $123,2 млрд.

Источник изображения: Micron Technology

По данным SEMI, следующий год станет первым периодом в истории полупроводниковой отрасли, демонстрирующим превышение расходами на покупку оборудования для производства чипов суммы в $100 млрд. В 2026 году они увеличатся ещё на 11% до $136,2 млрд, а к 2027 году темпы роста замедлятся до 3 %, но это всё равно обеспечит увеличение суммы до $140,8 млрд. По секторам промышленности основными источниками роста спроса на чипы будут искусственный интеллект и машинное обучение, облачные вычисления и центры обработки данных, автомобильный сектор и Интернет вещей. Своё стимулирующие влияние окажет и геополитический фактор — пандемия обнажила уязвимость цепочек поставок к высокой степени концентрации производственных мощностей в Азии, поэтому прочие регионы теперь стараются развивать собственную полупроводниковую промышленность. Даже экологический фактор стимулирует рост спроса на новое оборудование для производства чипов, поскольку компании стараются соответствовать «зелёной повестке».

Источник изображения: SEMI

Значительная часть трёхлетних затрат производителей на закупку оборудования для производства чипов из 300-мм кремниевых пластин, а именно $230 млрд, придётся на сегмент контрактного производства. Переход на более прогрессивные технологии типа того же 3-нм техпроцесса потребует соответствующего обновления парка оборудования. Попутно будут внедряться новые материалы и компоненты, для выпуска и обработки которых также нужно новое оборудование. Исследовательские работы в сегменте передовой литографии тоже потребуют серьёзных инвестиций. Попутно будет расти потребность и в чипах, выпускаемых по зрелым техпроцессам, под эти нужды также будет закупаться оборудование.

В сегменте логических компонентов трёхлетние затраты на закупку оборудования для выпуска чипов достигнут $173 млрд, по прогнозам SEMI. Во многом это будет происходить благодаря бурному росту серверной инфраструктуры, необходимой для развития систем искусственного интеллекта. В этой сфере требуются чипы, выпущенные по передовым техпроцессам, поэтому затраты на покупку профильного оборудования достаточно велики. Одновременно будет развиваться инфраструктура сетей связи 5G, которой также нужны новые чипы. Конечные устройства также выигрывают от перехода на более современные техпроцессы, которые обеспечивают снижение энергопотребления.

Развитие систем ИИ невольно стимулирует и спрос на память, особенно если говорить об HBM. В этой сфере в ближайшие три года будет потрачено $120 млрд на оснащение предприятий новым оборудованием. Прогресс в развитии памяти типа 3D NAND позволяет оснащать смартфоны и центры обработки данных более вместительными хранилищами данных.

Наконец, в сфере производства силовой электроники инвестиции в оборудование в ближайшие три года достигнут $30 млрд, аналоговые и комбинированные чипы потребуют вложений в размере до $23 млрд. Не в последнюю очередь это будет происходить благодаря экспансии электромобилей и развитию альтернативной энергетики в целом. Кроме того, в производственном секторе востребованы решения для автоматизации.

В региональном срезе крупнейшим покупателем оборудования для производства чипов из 300-мм кремниевых пластин до 2027 года останется Китай, который потратит на эти нужды более $100 млрд. Только в этом году на эти цели будет потрачено $45 млрд, а в 2027 году их величина ограничится $31 млрд.

Концентрация производств памяти в Южной Корее вынудит эту страну потратить $81 млрд на соответствующие нужды. Крупнейшие контрактные производители чипов расположены на Тайване, и этот остров собирается за три года направить на закупку оборудования для выпуска чипов $75 млрд, хотя часть этих средств будет израсходована на поставку оборудования для зарубежных предприятий той же TSMC. Наконец, обе Америки ограничатся расходами в размере $63 млрд, причём с предсказуемым перекосом в пользу США. Япония, Европа, страны Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии ограничатся более скромными суммами.

Компании IBM и Rapidus для конференции IEDM 2024 подготовили доклад, в котором сообщили о продвижении к массовому производству 2-нм чипов. Партнёры разработали метод выпуска как высокопроизводительных, так и малопотребляющих модификаций 2-нм чипов. Оба техпроцесса полностью управляемы и до конца десятилетия будут реализованы на практике в Японии на заводе компании Rapidus.

Источник изображения: IBM

Компания IBM начала разрабатывать транзисторы с круговым затвором (GAA, Gate-All-Around) на основе стопки транзисторных каналов из наностраниц более 10 лет назад совместно с компанией Samsung. Затем их пути разошлись. Компания Samsung начала самостоятельно развивать идею GAA-транзисторов, а компания IBM два года назад взяла в партнёры японскую компанию Rapidus, которую создали в качестве японского ответа TSMC. Партнёры стремятся к тому, что с 2027 года Rapidus станет центром мирового контрактного производства полупроводников. Такое вполне возможно, если с TSMC вдруг случится что-то непоправимое, а в Тихоокеанском регионе в ближайшие пять лет может произойти много изменений.

При переходе на выпуск 2-нм транзисторов все производители, включая IBM и Rapidus, отказались от «плавниковых» транзисторов FinFET. Каналы транзисторов вернули из вертикального положения в горизонтальное и представили их в виде нескольких уровней нанопроводов или наностраниц, расположенных друг над другом в рамках одного транзистора. Каналы получились в виде наноструктур, полностью окружённых затворами. Это позволило сохранить рабочие токи, хотя сами транзисторы стали ещё мельче.

Перед компаниями стояла задача массового производства маленьких транзисторов, так, чтобы отдельные компоненты не загрязнялись материалами, предназначенными для других. Компании IBM и Rapidus во многом справились с этой проблемой, а также показали возможность выпускать GAA-транзисторы с несколькими пороговыми напряжениями в каналах: с высокими для малопотребляющей электроники и с низкими для высокопроизводительной.

На конференции IEDM 2024 IBM и Rapidus представили технологию выборочного уменьшения слоя (selective layer reductions) — пространства между полупроводниковыми каналами n-типа и p-типа. В зависимости от толщины этого пространства пороговое напряжение будет изменяться от большего к меньшему. Толщина задаётся на этапе производства транзисторов и определяет, каким будет чип — производительным или энергоэффективным. Партнёры представили два варианта техпроцесса: SLR1 и SLR2. Техпроцесс SLR1 обеспечивает высокое значение порогового напряжения, а SLR2 — низкое.

Также компании IBM и Rapidus смогли значительно снизить загрязнение изолирующей подложки под транзисторами ионами в процессе плазменной обработки чипов в процессе производства — травления.

Кадзуюки Томида (Kazuyuki Tomida), генеральный менеджер Rapidus US, также отметил: «Технология Multi-Vt [мультипороговых напряжений] является важнейшим компонентом нашей архитектуры наностраниц. Совместная публикация этого исследовательского документа с IBM Research на конференции IEDM представляет собой важную веху для Rapidus. Это достижение укрепляет нашу уверенность в реализации нашей цели — производстве на Хоккайдо на нашем передовом полупроводниковом заводе IIM».

Тайваньский контрактный производитель чипов TSMC уже отчитался об итогах ноября в денежных показателях. Выручка компании увеличилась год к году на 34 % до $8,5 млрд, хотя последовательно она снизилась на 12,2 %. Всего с начала года TSMC смогла увеличить выручку на 31,8 % до $80,6 млрд.

Источник изображения: TSMC

Как отмечает Bloomberg, два первых месяца четвёртого квартала в совокупности позволили TSMC увеличить выручку на 31,4 %, а всего по итогам трёхмесячного периода она может увеличиться на 36,3 %, если опираться на прогнозы аналитиков. Акции TSMC с начала этого года выросли в цене примерно на 80 %, поскольку инвесторы признали в компании одного из бенефициаров так называемого бума систем искусственного интеллекта. Компания выпускает компоненты для ускорителей вычислений той же Nvidia, которая стремительно наращивает выручку и прибыль благодаря такой конъюнктуре спроса.

Впрочем, на контрактном рынке доля TSMC оценивается специалистами TrendForce примерно в 65 %, поэтому доминированию компании в этом сегменте пока ничего не угрожает. Попытки Intel и Samsung к концу десятилетия войти в двойку крупнейших контрактных производителей чипов в мире пока не достигают цели, поскольку первая сейчас находится в сложной фазе реструктуризации бизнеса и недавно лишилась генерального директора, а вторая сокращает выручку от оказания профильных услуг даже при сохранении общей благоприятной конъюнктуры рынка.

Локализация полупроводниковой отрасли в Китае стремительно набирает обороты, превращаясь в одну из важнейших стратегических целей страны. За первые шесть месяцев 2024 года Китай потратил рекордные $25 млрд на закупку оборудования для производства микросхем, превысив суммарные расходы Тайваня, Южной Кореи и США. Эти инвестиции подчёркивают стремление Китая ускорить обретение технологической независимости, что особенно актуально на фоне обострения санкций США.

Источник изображения: Laura Ockel / Unsplash

На сегодняшний день китайские компании обеспечивают производство микросхем практически на всех этапах технологической цепочки, за исключением литографического оборудования, где у Китая пока сохраняется зависимость от западных технологий. В то же время китайские производители активно развивают сегмент памяти DRAM, сосредотачивая усилия на выпуске DDR4 и LPDDR4. Растущий спрос на память, обусловленный развитием ИИ, предоставляет уникальные возможности для китайских компаний конкурировать с международными лидерами, которые уже работают над технологиями нового поколения, такими как DDR5 и HBM. Переход к новым стандартам становится ключевым приоритетом для Китая в ближайшие годы.

Китай добился значительного прогресса в производстве современных микросхем их карбида кремния (SiC), который стал основой для новых технологий. За последние два года более 100 китайских компаний вошли в этот сектор, а 50 новых проектов, по данным ресурса DRAMeXchange, ожидают завершения в 2024 году. Уже построены две производственные линии для обработки 200-мм SiC-пластин: первая, созданная компанией UNT, располагается в Шаосине, а вторая принадлежит компании Silan Microelectronics. Последний проект, запущенный 18 июня, привлёк инвестиции в размере 12 млрд юаней и стал первой в стране линией по производству чипов на основе 200-мм SiC-пластин для силовой электроники.

Уровень локализации производства полупроводникового оборудования в Китае, доля внутреннего производства и ключевые производители в различных технологических сегментах. Источник изображения: TrendForce

Китайские фабрики продолжают занимать лидирующие позиции в производстве чипов по зрелым техпроцессам. Согласно отчёту TrendForce, к 2025 году их доля в общем объёме мощностей десяти крупнейших мировых производителей достигнет более 25 %. Основной прирост мощности придётся на узлы 28/22 нм, а общий рост мощностей в сегменте составит 6 %. Тем не менее, усиление конкуренции на этом рынке может привести к снижению цен. Помимо этого, китайские предприятия совершенствуют специализированные технологии, такие как HV-платформы, где массовое производство 28-нм решений намечено было на 2024 год.

Развитие продвинутых технологий упаковки, таких как 2.5D, 3D, WL-CSP, CoWoS и SiP, открывает перед китайской индустрией микросхем новые горизонты. Компании JCET, Tongfu Microelectronics и HT-Tech активно инвестируют в эти направления. Особое внимание уделяется FOPLP-технологиям, где HT-Tech, ECHINT, MIIC и SiPTORY демонстрируют значительный прогресс. Одновременно китайские производители работают над внедрением технологий чиплетной и 2.5D-упаковки, которые позволяют удовлетворить растущий спрос на высокопроизводительные чипы для ИИ.

Китайская индустрия ИИ также развивается впечатляющими темпами. Согласно данным за 2022 год, на долю Китая пришлось 61,1 % всех зарегистрированных патентов в этой области. Среди крупнейших игроков рынка можно выделить Infinigence AI, Alibaba Cloud, Baidu, Vastai Technologies и BIRENTECH. Однако отрасль сталкивается с серьёзными вызовами: нехватка вычислительных мощностей, отставание в разработке высокопроизводительных графических процессоров (GPU) и трудности в создании передовых ИИ-моделей остаются главными препятствиями на пути к технологическому лидерству. Успешное преодоление этих вызовов не только укрепит позиции Китая в глобальной индустрии, но и определит новые ориентиры для развития мировой полупроводниковой отрасли.