Почему производители не увеличивают производство микросхем, ведь нехватка полупроводников бьет по техногигантам и автопроизводителям? Ответ банально прост: на строительство предприятий по производству полупроводников уходят годы и миллиарды инвестиций.
Даже при наличии ресурсов никто не может гарантировать бизнесу успех: в этой отрасли экономика настолько жестока, что в ней можно проиграть, если ваш производственный опыт будет даже незначительно отставать от опыта конкурентов. Бывший глава корпорации Intel Крейг Барретт назвал микропроцессоры своей компании самыми сложными устройствами, когда-либо созданными человеком.
Именно поэтому страны сталкиваются с такими трудностями в достижении полупроводниковой самодостаточности. Китай назвал независимость в области производства микросхем главным приоритетом национальной политики в своем последнем пятилетнем плане, а президент США Джо Байден пообещал построить защищенную американскую цепочку поставок за счет возрождения отечественного производства. Даже Евросоюз обдумывает меры по производству собственных чипов. Но успех не гарантирован не для кого.
На производство одного чипа обычно уходит более трех месяцев. В нем задействованы гигантские фабрики, стерильные помещения, машины стоимостью в несколько миллионов долларов, расплавленное олово и лазеры. Конечная цель состоит в том, чтобы превратить кремниевые пластины - элемент, извлекаемый из простого песка - в сеть из миллиардов крошечных переключателей, называемых транзисторами. Они, свою очередь, образуют основу схемы, которая в итоге обеспечит критически важные функции для телефона, компьютера, автомобиля, стиральной машины или спутника.
Маленькая, но сложная
Большинство микросхем - это группы схем, которые запускают программное обеспечение, манипулируют данными и управляют функциями электронных устройств.
Производители микросхем стремятся поместить как миксимально возможное число транзисторов в микросхемы, повышая тем самым производительность и делая устройства более энергоэффективными. Первый микропроцессор Intel - серия 4004 - был выпущен в 1971 году и содержал всего 2300 транзисторов с размером узла 10 микрон, или 10 миллионных долей метра. Однако бесспорное лидерство Intel в последующие десятилетия закончилось в период между 2015 и 2020 годами, когда конкуренты компании - Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. и Samsung Electronics Co. - начали создавать чипы с более совершенными транзисторами, размером до 5 нанометров (т.е. 5 миллиардных долей метра). Для сравнения, средний человеческий волос имеет толщину 100 000 нанометров.
Как в операционной
Прежде чем перейти к переработке кремния в микросхемы, нужно создать стерильные помещения.
Отдельные транзисторы могут быть во много раз меньше вируса. Всего одна пылинка грозит спровоцировать хаос и многомиллионные убытки. Чтобы снизить этот риск, производители микросхем размещают свои производственные машины в помещениях, в которых практически нет пыли.
Чтобы поддерживать такую среду, воздух подвергается постоянной фильтрации, а в помещение допускается заходить очень ограниченному числу людей. Если на линии по производству чипов появляется более одного или двух рабочих, с ног до головы закутанных в защитное снаряжение, скорее всего, что-то пошло не так. Настоящие гении, стоящие за дизайном и разработкой полупроводников, работают за много миль от производственной площадки.
Даже при соблюдении всех мер предосторожности к кремниевым пластинам ни в коем случае нельзя прикасаться или подвергать их воздействию воздуха. Они перемещаются между машинами в специальных картриджах, которые переносят роботы, бегущие по рельсам в потолке.
Затратная экономика
Заводы по производству чипов работают 24 часа в сутки, семь дней в неделю. Тому есть одна причина: стоимость. Строительство фабрики начального уровня, производящей 50 000 пластин в месяц, обходится в примерно $15 млрд. Большая часть этой суммы уйдет на специализированное оборудование. Продажи на этом рынке в 2020 году впервые превысили $60 млрд.
Большая часть таких инвестиций пришлась на три компании - Intel, Samsung и TSMC. Их фабрики наиболее современные и стоят более $20 млрд каждая. В этом году TSMC планирует потратить на новые заводы и оборудование целых $28 млрд.
Чтобы бизнес был рентабельным, производители микросхем должны получать $3 млрд прибыли с каждого завода. Но сегодня только крупнейшие компании, в частности тройка лидеров, совокупная выручка которых в прошлом году составила $188 млрд, могут позволить себе построить несколько заводов.
