В г. Халф-Мун-Бэй (шт. Калифорния, США) с 10 по 15 января 2020 г. прошел ежегодный Симпозиум по промышленной стратегии электронной отрасли (Industry Strategy Symposium, ISS‑2020). Мероприятие проводится Международной организацией поставщиков материалов и оборудования для полупроводниковой промышленности (Semiconductor Equipment and Materials International, SEMI) уже около 30 лет. На Симпозиуме работали пять секций: экономические тенденции развития, возможности и проблемы рынка КНР, автомобильная и потребительская электроника, EUV-литография. В центре внимания оказались вопросы, связанные с распространением Интернета вещей и новых приложений, таких как искусственный интеллект (ИИ), виртуальная реальность (VR), дополненная реальность (AR) и пятое поколение (5G) мобильных сетей.

В работе ISS‑2020 – ​по сути, трехдневной конференции отраслевых топ-менеджеров (членов советов директоров и их прямых подчиненных), – ​проходившей под девизом «Инновации и рост, управляемые данными», принимало участие около 300 приглашенных. Результаты Симпозиума можно считать первым в 2020 г. всеобъемлющим обзором мировой электронной промышленности. Первый день был посвящен рыночным и технологическим возможностям, размышлениям о проблемах ценообразования и международной торговли, с которыми столкнулась цепочка поставок полупроводниковой промышленности в 2019 г. Во второй день состоялись углубленные дискуссии о технологических сбоях, будущем мобильности и технологий 5G, а также о перспективах полупроводниковой промышленности в Азии. Третий день ознаменовался докладами о влиянии перспективных вычислительных сред на полупроводниковую промышленность и заседанием экспертной группы по теме: «Биржевые войны: рост капиталовложений в полупроводниковой промышленности», проводимом для «первых лиц» отрасли.

Во вступительной речи исполнительный вице-президент и главный технический директор корпорации Lam Research Ричард Готтшо назвал усовершенствованные вычислительные методики и среды одним из ключевых факторов развития полупроводниковой промышленности. Их применение, отметил докладчик, простирается от сравнительно небольших объемов, с которыми по несколько месяцев работают специалисты в области травления пластин, до использования методик больших данных для быстрого и эффективного решения наиболее существенных проблем производства полупроводниковых приборов. По мере того как процессы и средства травления пластин становятся все более сложными, полупроводниковая промышленность все в большей мере нуждается в прорывных методиках метрологии, способствующих ускорению развития перспективных технологий за счет положительной экспоненциальной обратной связи. Готтшо сравнил потенциальное использование метрологических инструментальных средств, собирающих данные по всем этапам технологического процесса с целью повышения эффективности работы заводов по обработке пластин и избежания незапланированных простоев оборудования, со сбором данных носимыми устройствами медицинской электроники, позволяющими осуществлять мониторинг состояния здоровья человека. Ограничения по затратам и времени все еще остаются одной из существенных проблем отрасли, но перспективные вычислительные методики и среды приближают ее разрешение.

В выступлениях первого дня Симпозиума до полудня рассматривались вопросы перспектив развития рынка (макроэкономические и детализированные отраслевые прогнозы), а после полудня – ​вопросы интеллектуальной хирургии, биомедицинской 3D-печати, технологических инноваций (см. таблицу).

Таблица

Краткое содержание докладов первого дня Симпозиума

* PEKK (polyetherketoneketone) – ​армированный углеродным волокном полиэфиркетонкетон c рабочими характеристиками аэрокосмического класса. Для наполнения PEKK используется углеродное волокно Toray® T800 24K. Этот композит создавался для экстремальных применений, где требуется исключительная тепловая, механическая и химическая стойкость.

Второй и третий день Симпозиума были посвящены отраслевым вопросам. В рамках проходивших обсуждений свои презентации провели производственные корпорации и научно-исследовательские организации, такие как Western Digital, ASML, JCET Group, Ford Motor Company, Bosch, Lyft, ASE, Qualcomm, Qorvo, Ericsson, International Business Strategies (IBS), Stratfor, Cabot Microelectronics, Arm, Entegris, Intel и Headgate Partners [1].

Корпорация Gartner об экономических тенденциях развития

По данным корпорации Gartner, в 2020–2021 гг. ожидается рост продаж полупроводниковых приборов после существенного их падения в 2019 г., которое было вызвано резким снижением спроса на схемы памяти и, соответственно, снижением цен на них. Перед этим, в 2017–2018 гг., наблюдались необычно высокие темпы роста, обусловленные аномальным спросом на схемы памяти, вызванным развитием сектора ЦОД, появлением и быстрым распространением новых технологий, таких как ИИ, машинное и глубокое обучение, виртуальная, дополненная и смешанная реальности и т. д. После того как первая волна спроса в этих секторах была удовлетворена, началась столь же аномальная, как предшествующий рост, коррекция. В результате в 2019 г. доходы от продаж полупроводниковых приборов упали примерно на 12% (рис. 1).

Источник: Gartner

Рисунок 1. Динамика доходов от продаж полупроводниковых приборов (2017–2018 гг. – фактические данные, 2019 г. – оценка на основе данных IV кв., 2020–2023 гг. – прогноз)

Аномальность последнего цикла памяти заключалась в том, что спрос смещался от приложений, чувствительных к цене (таких как ПК), к приборам и системам, относительно нечувствительным к цене (смартфоны и ЦОД) и способным поглотить избыточное предложение. На эти два сегмента приходилось около 95% спроса на ДОЗУ. К удивлению отраслевых аналитиков, когда цены на схемы памяти (ДОЗУ и флэш-память NAND-типа) начали расти, спрос не пошел вниз, как это было раньше. Отмечается, что в 2014 г. рынок ДОЗУ миновал отметку в 40 млрд долл., повторив рекорд 1996 г., а в 2018-м превысил 100 млрд долл.

Бум спроса на схемы памяти спровоцировал также миллиардные инвестиции сначала в строительство заводов по производству 3D-NAND-флэш, а затем и собственно в производство – ​т. е. была продублирована ситуация развития рынка ДОЗУ (где тоже происходило освоение 3D-приборов). Это, в свою очередь, вызвало избыток предложения, результатом чего стало новое падение продаж на рынках схем памяти. В 2020 г. начинается новый типичный цикл этого сегмента, который продлится до 2023 г.

Gartner предсказывает, что примерно в середине 2021 г. общий объем продаж полупроводниковых приборов перевалит за 500 млрд долл. – ​важная веха в развитии отрасли. На рис. 2 приведен прогноз структуры продаж полупроводниковых приборов в разбивке на логику, схемы памяти и другие типы изделий.

Источник: Gartner

Рисунок 2. Структура доходов от продаж полупроводниковых приборов в период 2017–2023 гг. (2017–2018 гг. – фактические данные, 2019 г. – оценка на основе данных IV кв., 2020–2023 гг. – прогноз)

В секторе логических приборов одним из основных факторов, определяющих рост, станет внедрение технологий 5G: насколько быстро и масштабно оно произойдет и какое влияние окажет на рынок смартфонов. Первоначальная реакция пользователей на 5G-трубки была теплой, и отраслевые аналитики ожидают существенных подвижек. В частности, компания TSMC в конце 2019 г. объявила о дополнительных капиталовложениях в 2 млрд долл., ориентированных на удовлетворение большого спроса на ИС для сетей и смартфонов 5G, в частности на перспективные ИС, реализуемые по 5-нм технологии. Корпорация Apple еще не представила свой 5G-телефон, но когда эта презентация состоится, она, безусловно, в огромной степени повлияет на спрос на смартфоны.

Недавно корпорация Gartner пересмотрела свой прогноз по смартфонам на 2020 г. в сторону увеличения – ​в прогнозе за III кв. 2019 г. указывалось 180 млн смартфонов, а в пересмотренном варианте IV кв. это значение увеличилось до 220 млн шт., в основном за счет 5G-трубок (рис. 3). Доля полупроводниковых приборов для смартфонов в общих продажах достигнет пика в 2021 г. на уровне примерно 27%. Большая часть этого роста будет вызвана переходом к 5G-телефонам.

Источник: Gartner

Рисунок 3. Структура отгрузок смартфонов в период 2018–2023 гг. (2018 г. – фактические данные, 2019 г. – оценка на основе данных IV кв., 2020–2023 гг. – прогноз)

Примечание: в 2019 г. отгрузки 5G-смартфонов составили около 18 млн шт., в 2020-м они увеличатся до 220 млн шт.

Большой интерес участники ISS‑2020 проявили к теме капиталовложений, так как многие из них представляют поставщиков оборудования и материалов для производства полупроводниковых приборов. Корпорация Gartner представила три различных сценария развития событий. Как показано на рис. 4, наиболее вероятным сценарием представляется снижение ассигнований на оборудование в пределах 1%. Этот сценарий предполагает устойчивый спрос на 5G-смартфоны, продолжение инвестиций TSMC в 5-нм технологии и производственные мощности в первом полугодии 2020 г. для обеспечения выхода на мощность в 90,0 тыс. обрабатываемых пластин. Также этот сценарий предполагает, что корпорации Intel и Samsung продолжат вкладывать значительные средства в производство логических приборов, а инвестиции в секторе схем памяти возобновятся во второй половине 2020 г.

Источник: Gartner

Рисунок 4. Поквартальные ассигнования на оборудование заводов по обработке пластин в 2017–2020 гг.

Более негативная ситуация, «Альтернатива 1», предполагает смягчение спроса на ИС для 4G-смартфонов (из-за того, что их продажи окажутся ниже ожидаемых), замедление темпов освоения 5-нм технологии корпорацией TSMC, переход корпораций Intel и Samsung на консервативный подход к инвестициям, начало сокращения капиталовложений в секторе схем памяти к IV кв. 2020 или I кв. 2021 г.

Более позитивная «Альтернатива 2» предполагает:

устойчивый спрос на 5G-телефонию;

вывод на рынок 5G-телефонов корпорации Apple и 5G-ИС миллиметрового диапазона, что окажет давление на капиталовложения в 5-нм производственные линии в сторону повышения;

начало роста инвестиций в сектор схем памяти в конце II или начале III кв. 2020 г.;

устойчивый рост на полупроводниковые приборы спроса со стороны рынка КНР вызовет бум инвестиций в заводы по обработке пластин [2].

Корпорация IBS о возможностях и проблемах рынка КНР

Специалисты корпорации International Business Strategies (IBS) ожидают, что продажи полупроводниковых приборов в 2020 г. вырастут примерно на 8%, а уровень в 1,0 трлн долл. будет превышен в 2030 г. Правда, в период до 2030 г. на рынке будут наблюдаться колебания спроса, но когда это случится, еще не ясно. Как и аналитики Gartner, эксперты IBS отметили, что падение продаж в 2019 г. было в первую очередь связано с циклом схем памяти. По их данным, рынок ДОЗУ в 2019 г. сократился на 38%, а в 2020 вырастет примерно на 19%. Продажи на рынке флэш-памяти NAND-типа в 2019 г. снизились на 27%, а в 2020 г. увеличатся примерно на 17%. И, конечно, большое отличие 2019 и 2020 гг. заключается в уровне заказов на поставку и факторах, влияющих на ценообразование. Так, снижение объемов отгрузок смартфонов в 2019 г. стало одним из факторов, повлиявших на спрос на полупроводниковые приборы. В 2020 г. рынок смартфонов, по прогнозам, вырастет благодаря ожидаемому росту спроса на 5G-модели.

Гендель Джонс, основатель и президент IBS, считается ведущим экспертом по Китаю. В его книге «Глобализация по-китайски: Как Китай становится № 1» содержится ряд глубоких замечаний о развитии полупроводниковой промышленности в КНР. На рис. 5 видно, что на Китай в 2019 г. пришлось около 53% мировых продаж полупроводниковых приборов, а в 2030 г. этот показатель увеличится до 58%. «Китай – ​огромный рынок полупроводниковых приборов, и вполне естественно, что он также старается нарастить собственные производственные мощности», – ​отмечает Джонс.

Источник: IBS

Рисунок 5. Географическая структура потребления полупроводниковых приборов в 2018–2027 гг. (2018 г. – фактические данные, 2019 г. – оценка, 2020–2027 гг. – прогноз)

Указывается на изменение характера потребления полупроводниковых приборов. Так, в 2006 г. 11,5% их продаж приходилось на китайские компании, производящие конечные системы, реализуемые на местном рынке. Остальное в составе конечных систем (например, в ПК) шло на экспорт. В 2019 г. 43% потребляемых китайскими фирмами полупроводниковых приборов реализовывалось в продукции для внутреннего использования, при этом значительная часть – ​в смартфонах, ЦОДах и автомобилях. По прогнозам, в 2030 г. китайские фирмы будут поглощать около 69% полупроводниковых приборов, доступных на рынке КНР. Это серьезное изменение, произошедшее за достаточно короткое время, и китайский рынок будет продолжать меняться.

Одна из ключевых инициатив, реализуемых в Китае, ведет к увеличению уровня потребления полупроводниковых приборов – ​это освоение технологий 5G. Именно в КНР реализована первая национальная сеть 5G, правда, еще не в полном объеме. Технологии 5G делятся на два частотных сектора – ​миллиметровый и суб‑6-ГГц диапазоны. Миллиметровый диапазон обеспечивает высокую пропускную способность, но он достаточно ограничен, из-за чего ограничен и круг его применения. Суб‑6‑ГГц диапазон подходит для более широкого спектра применений. Он будет использоваться, в частности, для автономного вождения, медицинских приложений и т. д.

В 2020 г. в КНР заработают около 1,0 млн базовых станций 5G. Планы страны в этом направлении впечатляют – ​на развертывание и совершенствование общенациональной сети 5G выделено 100 млрд долл. Разумеется, помимо инфраструктуры 5G погоду делают и собственно 5G-смартфоны. В 2020 г. их продажи превысят 200 млн шт., причем 65–70% из них, вероятно, будут производить китайские компании. В прошлом китайские производители смартфонов числились среди отстающих, но поскольку сегодня самый большой рынок находится в Китае, крупнейшие поставщики также будут там. Все это приведет к росту потребления полупроводниковых приборов в будущем.

На рис. 6 показана структура поставок полупроводниковых приборов в КНР с учетом доли китайских и иностранных фирм. Предполагается, что даже в 2030 г. 60% поставок по-прежнему будут приходиться на импорт.

Источник: IBS

Рисунок 6. Структура рынка полупроводниковых приборов в КНР 2006–2030 гг. (2006–2018 гг. – фактические данные, 2020–2027 гг. – прогноз)

Еще один важный сектор рынка КНР, который будет стимулировать рост потребления полупроводниковых приборов, – ​электромобили. Расширение их использования позволит сократить потребление (а следовательно, и импорт) нефти, уменьшить загрязнение окружающей среды. Электромобили изменят глобальную цепочку поставок автомобилей. Их производство и обслуживание требуют значительно меньше рабочей силы, чем производство и обслуживание машин с двигателями внутреннего сгорания. Вероятно, в перспективе можно ожидать банкротства автопроизводителей, не имеющих ресурсов для перехода от транспортных средств на двигателях внутреннего сгорания к электромобилям. Для США и Европы это вопрос 10–15 лет, а для Китая – ​5–10 лет. В КНР инвестируются значительные средства в работы по увеличению емкости аккумуляторных батарей электромобилей, большие усилия прилагаются к совершенствованию цепочек поставок необходимого сырья и материалов – ​в частности, кобальта и лития.

С развитием электромобилей тесно связаны вопросы автономного вождения и автономных транспортных средств. Недавно в Китае был запущен новый скоростной поезд от Пекина за пределы Великой Китайской стены, его скорость превышает 400 км/ч. При этом посадка в поезд для китайских граждан осуществляется с использованием технологии 3D-распознавания лиц – ​бумажные билеты им не нужны.

Конкурентоспособность китайских фирм быстро растет. Так, fabless-фирма HiSilicon приступила к проектированию 5-нм ИС совместно с TSMC, а 7-нм ИС уже производятся на мощностях этого тайваньского кремниевого завода. Китайская VeriSilicon также начинает проектировать 7-нм ИС. Остальные местные фирмы пока значительно отстают, но изменения наверняка не за горами.

Почему КНР стремится проектировать и производить полупроводниковые приборы? Это не просто соревнование с США – ​причины намного глубже. Сегодня численность среднего класса в стране составляет около 400 млн человек, численность занятых – ​700 млн, ежегодная численность выпускников – ​порядка 10 млн, при этом население стареет (последствия политики «одна семья – ​один ребенок»). Что сможет радикально изменить этот сценарий? Искусственный интеллект, использование которого позволит автоматизировать большинство рабочих мест (основных и вспомогательных) на производстве. Если властям КНР удастся при помощи электроники создавать новые рабочие места, страна по-прежнему будет оставаться экономически (и политически) стабильной. И наоборот, отсутствие возможности перейти в эпоху искусственного интеллекта с созданием новых рабочих мест и новых отраслей промышленности потенциально грозит высоким уровнем нестабильности из-за высокой безработицы (куда девать 10 млн выпускников ежегодно?), а это существенная проблема.

В настоящий момент можно видеть, что результат антикитайских ограничений со стороны США противоположен желаемому – ​в КНР формируется осознание «теперь у нас есть враг, поэтому мы должны максимально ускорить достижение самодостаточности». Сейчас это одна из действенных мотиваций как китайских граждан, так и местных фирм. По оценкам IBS, по большинству направлений КНР будет продолжать развиваться независимо от действий США. Нетрудно сделать вывод, что гораздо выгоднее грамотное сотрудничество, а отказ от него и попытки замедлить развитие Поднебесной попросту не сработают [3].

Продолжение следует…

1. SEMI ISS2020: Data Driven Innovation and Growth. SEMI, January 14, 2020: https://www.semi.org/en/news-resources/press/iss‑2020

2. Singer Pete. ISS: The 2020 Market Outlook. Semiconductor Digest Daily, January 28, 2020: https://www.semiconductor-digest.com/2020/01/28/iss-the‑2020-market-outlook

3. Singer Pete. ISS: The 2020 China Outlook. Semiconductor Digest Daily, January 28, 2020: https://www.semiconductor-digest.com/2020/01/28/iss-the‑2020-china-outlook/