Некоторые аспекты развития производственной базы микроэлектроники

Некоторые аспекты развития производственной базы микроэлектроники

Выпуск 21(6745) от 28 октября 2021 г.
РУБРИКА: ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА

Развитие производственной базы микроэлектроники находится под воздействием общеэкономических и геополитических факторов. Например, возможное присоединение Тайваня к КНР вызывает опасения и Тайбэя, и Вашингтона. Они уже приступили к расширению современной производственной базы TSMC в Аризоне и подготовке к вывозу туда наиболее ценных тайваньских специалистов. С другой стороны, дефицит ИС стимулирует развитие производственных мощностей – ​в частности, по производству мощных полупроводниковых приборов. Наконец TSMC и Samsung продолжают двигаться к освоению производства 3/2‑нм ИС.


IC Insights: взгляд на воссоединение КНР и Тайваня

Корпорация IC Insights выпустила октябрьское обновление своего периодического издания The McClean Report, касающееся установленных мощностей по обработке пластин и их ожидаемой динамике на период 2021–2025 гг. Приводимые данные касаются как географической структуры производственных мощностей, так и их структуры с точки зрения проектных норм выпускаемых ИС. В материале отмечается, что в совокупности на КНР и Тайвань приходится около 37 % мировых мощностей по производству ИС, что почти в 3 раза больше, чем в С. Америке. Поэтому возможный конфликт КНР и Тайваня окажет огромное воздействие на мировую микроэлектронику, усугубив дефицит ИС.

Устойчивость роста мировой экономики все больше зависит от дальнейшего внедрения перспективных электронных систем. Важнейшими компонентами этих систем являются интегральные схемы (ИС), без которых невозможно их производство. В последние два года торговые и технологические противоречия между США и КНР обострились. По мнению IC Insights, серьезные торговые санкции, особенно в области технологий микроэлектроники, которые США ввели в отношении Huawei, крупнейшей китайской электронной компании, и в отношении SMIC, крупнейшего китайского кремниевого завода1, заставили «Поднебесную» задуматься о сохранении конкурентоспособности в сфере микроэлектроники и электроники. Становится все более очевидным, что ответ Китая на этот вопрос сосредоточен на воссоединении с ним Тайваня.

Насколько важно маленькое островное государство с населением 24 миллиона человек для индустрии микроэлектроники? Рассмотрим извлечения из исследований IC Insights о мировом парке установленного оборудования по обработке пластин на 2021–2025 годы (Global Wafer Capacity 2021–2025 report) и о состоянии полупроводниковой промышленности в 2021 г. (2021 McClean Report):

По состоянию на декабрь 2020 г. Тайвань располагал самым большим парком установленного оборудования по обработке пластин (и, соответственно формированию кристаллов ИС на них) среди всех стран и регионов мира. Более того, в совокупности доля этих мощностей, расположенных в пределах границ КНР и Тайваня составляет около 37 % от мирового парка, что примерно в 3 раза превышает объем аналогичных мощностей, расположенных в С. Америке.

Крупнейший в мире кремниевый завод, тайваньская корпорация TSMC сейчас обладает наибольшей долей мощностей по изготовлению ИС с наиболее перспективными проектными нормами – ​менее 10 нм (рис. 1). Единственной корпорацией, оставляющей ей конкуренцию в данной области, является южнокорейская Samsung (37 %).



Источник: IC Insights

Доля в установленных мощностях по обработке пластин (млн шт. в месяц)


Почти 90 % общего объема мощностей по производству ИС, расположенных на острове, принадлежат тайваньским производителям. Единственными иностранными изготовителями ИС на Тайване являются небольшой завод по обработке 150‑мм пластин корпорации Diodes (Плано, шт. Техас), и два модернизированных завода по обработке 300‑мм пластин корпорации Micron Technology (Бойсе, шт. Айдахо) – ​FAB 11 в г. Таоюань (108 тыс. пластин в месяц) и Fab 16 в г. Тайчжун (100 тыс. пластин в месяц).

На острове расположено 22 % мировых мощностей по обработке 300‑мм пластин – ​по этому показателю Тайвань уступает только Ю. Корее, доля которой составляет 25 %. При этом на С. Америку приходится лишь 11 % мощностей по обработке 300‑мм пластин.

Около 80 % всех мощностей по производству ИС на Тайване представлено кремниевыми заводами. Более того, по прогнозам, тайваньские «чистые» кремниевые заводы (TSMC, UMC, Powerchip, Vanguard и т. д.) в 2021 г. обеспечат почти 80 % общих доходов мировой индустрии «чистых» кремниевых заводов.

Суть дела в том, что в настоящее время Тайвань является наиболее важной частью мирового парка установленных мощностей по обработке пластин и производству ИС. В тоже самое время наиболее острой проблемой КНР являются трудности с массовым производством ИС, реализованных по современным и перспективным проектным нормам для своих ожидаемых потребностей в электронных системах. Эту проблему, по мнению Пекина, можно решить путем воссоединения с Тайванем любыми необходимыми средствами.

Если Китай попытается осуществить военный захват острова, экономика Тайваня может рухнуть, экономика КНР также сильно пострадает. Вопрос в том, готов ли Пекин смириться с относительно краткосрочными экономическими трудностями ради долгосрочной выгоды от приобретения контроля над существенной долей современных мировых производственных мощностей по изготовлению ИС [1].


США и Тайвань страхуются от «китайской угрозы»

Власти г. Финикс и представители штата Аризона заключили сделку с Управлением содействия промышленному сотрудничеству между Тайванем и США (поддерживается Министерством экономики Тайваня) с целью сделать этот штат более привлекательным для микроэлектроники Тайваня на фоне планов TSMC построить в Финиксе завод по обработке пластин и выпуску 5‑нм ИС стоимостью 12 млрд долл. Известно, что TSMC может построить в этом районе до шести заводов, некоторые из которых могли бы использовать ее самые передовые технологии Важно отметить, что еще год назад США принуждали TSMC согласиться на создание двух заводов по обработке 300‑мм пластин на территории одного из штатов, а сегодня уже сама TSMC говорит о возможности создания шести производств.

В районе Феникса уже находятся крупные заводы по производству ИС корпораций Intel, NXP Semiconductors и ON Semiconductor. Цель американцев – ​разместить как можно больше поставщиков TSMC и других связанных с ними компаний в этом районе. Около 40 фирм уже оценивают Аризону как место возможных инвестиций. Власти Финикса работают со школами и местными органами власти с целью облегчения процесса переселения семей тайваньских специалистов, переезжающих в этот район [2].


Samsung создает мощности по производству 3нм и 2нм ИС

Недавно корпорация Samsung подтвердила февральское сообщение о намерении своего автономного foundry-подразделения (контрактное производство ИС), Samsung Foundry, построить в Остине (шт. Техас) в конце 2023 г. новый завод по обработке пластин стоимостью 17 млрд долл. Помимо этого было сообщено, корпорация осваивает 3‑нм и 2‑нм ИС на транзисторах с круговым затвором (Gate-All-Around, GAA). В первой половине 2022 г. начнется выпуск первого поколения 3‑нм ИС (3GAE), а начало производства 3‑нм второго поколения (3GAP) ожидается в 2023 г. Кроме того, на ранних стадиях разработки находится создание 2‑нм ИС (2GAP), массовое производство которых запланировано на 2025 г.

Первый 3‑нм GAA процесс на MBCFET-транзисторах, обеспечит уменьшение площади кристалла на 35 % при повышении производительности на 30 % или снижении потребляемой мощности на 50 % (по сравнению с 5‑нм процессом) [3].


Расширение мощностей по выпуску мощных полупроводниковых приборов и приборов на сложных полупроводниках

Неудовлетворенный спрос на автомобильную электронику из-за дефицита в цепочке поставок мощных полупроводниковых приборов и приборов на составных (сложных) полупроводниках стимулирует их производителей расширять производственные мощности. По данным SEMI общая установленная мощность таких производств в 2023 г. впервые превысит 10 млн пластин в месяц (в эквиваленте 200‑мм пластин) и достигнет 10,24 млн пластин/месяц. В 2024 г. этот показатель увеличится до 10,6 млн пластин/месяц (рис. 2).



Источник: SEMI

Рисунок 2. Динамика и прогноз динамики развития мощностей по выпуску мощных полупроводниковых приборов и приборов на сложных полупроводниках

Динамика рассчитана по заявлениям о проектах с вероятностью реализации более 50 %

При расчете мощностей учитываются мощности по обработке эпитаксиальных пластин


Наибольшая доля установленных мощностей по обработке пластин и выпуску мощных полупроводниковых приборов и приборов на сложных полупроводниках в 2023 г. придется на КНР – ​33 %, за ней будут следовать Япония (17 %), Европа и Ближний Восток (16 %) и Тайвань (11 %).

SEMI отмечает, что в целом на 2 млн пластин в месяц с 2021 г. по 2024 г. нарастят свои мощности 63 фирмы. При на Infineon, Hua Hong Semiconductor, STMicroelectronics и Silan Microelectronics придется прирост в 700,0 тыс. пластин в месяц [4].


1. IC Industry at Heart of Possible China Takeover of Taiwan. IC Insights. Research Bulletin, October 13, 2021 https://www.icinsights.com/news/bulletins/IC–Industry-At-Heart-Of-Possible-China-Takeover-Of-Taiwan/ 

2. Arizona group courts Taiwanese chip companies with new agreement following TSMC’s investment in the state. South China Morning Post, 25 Aug, 2021 https://www.scmp.com/tech/big-tech/article/3146266/arizona-group-courts-taiwanese-chip-companies-new

3. Matt Hamblen. Samsung Foundry touts new U.S. fab, chips on 3nm in ‘22 and 2nm in ’25. Fierce Electronics, Oct 6, 2021 https://www.fierceelectronics.com/electronics/samsung-foundry-touts-new-u-s-fab-chips-3nm-22-and-2nm

4. Power and Compound Fab Capacity Projected to Top Record 10 Million Wafers Per Month in 2023, SEMI Reports. Semiconductor Digest, October 14, 2021 https://www.semiconductor-digest.com/power-and-compound-fab-capacity-projected-to-top-record


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 23(6747) от 25 ноября 2021 г. г.
Выпуск 17(6741) от 02 сентября 2021 г. г.
Выпуск 16(6740) от 19 августа 2021 г. г.