Триллионы долларов в чипы: почему весь мир инвестирует в полупро­водниковую индустрию

В ближайшие годы в мире будут построены десятки новых заводов по производству микрочипов.

По данным Ассоциации полупроводниковой промышленности, с 2024 по 2032 год крупнейшие производители планируют капитальные инвестиции на 2,3 трлн долларов. Это сопоставимо с российским годовым ВВП. Еще 380 млрд потратят правительства стран, где сосредоточены основные мировые мощности.

В США, Азии и Европе хотят построить десятки новых заводов по производству полупроводников. И даже осторожный по отношению к инновациям Уоррен Баффетт вложился в чипмейкеров на крупную сумму.

Разбираемся, почему всем так нужны микрочипы, как инвестиционный бум меняет мировой рынок и какая роль на нем отведена России.

Если коротко — потому, что они составляют основу современной мировой экономики.

Где используют микрочипы. Чипы используют практически во всех предметах и устройствах, где есть электроника: от симкарт, детских игрушек и микроволновок до аппаратов МРТ, авиалайнеров и промышленных роботов. Функция чипа — обрабатывать информацию для выполнения определенной задачи. Поэтому чем больше цифровых услуг, сервисов и умных устройств использует человек, тем больше нужно микрочипов.

Мировой объем продукции, которую производят с использованием чипов, исчисляется десятками триллионов долларов. И это постоянно растущий рынок. Если на нем случается сбой, страдает вся глобальная экономика. Так было в пандемию, когда из-за введенных ограничений и разрыва логистических цепочек мир столкнулся с острым дефицитом полупроводников. Объем их выпуска упал, а спрос, наоборот, вырос на фоне ускорившегося перехода экономики в онлайн. Нехватка чипов сказалась на производстве электроники, бытовой техники и особенно машин. Автоконцерны останавливали целые заводы, что привело к повсеместному росту цен. Например, в США автомобили за год подорожали на 17%.

Почему растет спрос на микрочипы. Чем более технически сложными становятся окружающие нас устройства, тем больше чипов нужно для их производства. Те же автомобили комплектуют все более развитыми системами помощи водителю и информационно-развлекательным оборудованием. Новые модели смартфонов и ноутбуков требуют более производительных процессоров. Миру нужны все более мощные датацентры для облачных сервисов. Переход на 5G требует модернизации сетей и внедрения оборудования нового поколения. А для обучения систем искусственного интеллекта используют сложные языковые модели и колоссальные вычислительные мощности.

А еще рост индустрии подпитывают политические разногласия и торговые ограничения. В попытке добиться технологической независимости и увеличить долю на мировом рынке крупнейшие экономики вкладываются в полупроводники и всячески стимулируют бизнес. Например, в ближайшие несколько лет Китай планирует потратить на инвестиции в микрочипы 142 млрд долларов, а США — 75 млрд. В сумме это больше, чем собираются вложить все остальные страны, вместе взятые.

Современная полупроводниковая индустрия — это затратное, трудоемкое и высокотехнологичное производство. Оборудование, работающее с материалами на атомном уровне, стоит десятки миллионов долларов. А строительство современных заводов требует многомиллиардных инвестиций. Очень немногие компании могут себе позволить подобные расходы и располагают необходимыми технологическими компетенциями.

Если очень упрощенно, технологический прогресс в полупроводниковой индустрии сводится к постоянному уменьшению размеров чипов и увеличению их производительности. Чем больше транзисторов удается разместить на единице площади чипа, тем выше его вычислительная мощность при сопоставимом энергопотреблении. Технологический процесс измеряют в нанометрах. По семинанометровому техпроцессу — на сегодняшний день одному из самых передовых — на чипе, равном по площади срезу человеческого волоса, можно разместить до 1,5 млн транзисторов.

Чем более продвинутыми становятся чипы, тем дороже обходится их производство. Это предопределило концентрацию рынка. Если еще в начале 2000-х самые передовые микросхемы выпускало два десятка компаний, то сегодня их только три: тайваньская TSMC, южнокорейский Samsung и американский Intel.

Существенно изменилась и география мировой индустрии. 30 лет назад главные полупроводниковые мощности были сконцентрированы в США, Европе и Японии. А по итогам 2022 года почти 60% производства чипов пришлось на Китай, Тайвань и Южную Корею. Доля США с 1990 года упала с 37 до 10%, а доля Европы — с 44 до 8%.

Бесспорный лидер в производстве самых современных чипов сейчас — Тайвань. На долю острова приходится 69% мирового производства чипов по техпроцессу менее 10 нм. При этом для большей части выпускаемой в мире техники такие чипы не нужны — на них приходится лишь 2% мировых продаж. Но есть системы, где они незаменимы, — например, в искусственном интеллекте, где требуются мощные процессоры.

В 2023 году 11% выручки TSMC пришлось на заказы от Nvidia — мирового лидера в производстве процессоров для ИИ. А крупнейшим заказчиком уже много лет остается Apple: на нее приходится четверть всех продаж тайваньского чипмейкера. Производитель Айфонов и Макбуков использует самые высокопроизводительные чипы во флагманских моделях своей потребительской электроники.

Американский профессор международной истории Крис Миллер в своей книге «Война чипов: борьба за самую важную технологию в мире» отмечает, что вместо глобализации производства чипов произошла его «тайванизация». TSMC за последнее десятилетие превратилась в незаменимого игрока на рынке полупроводников. Если компания остановит производство, мир лишится 40% производимых вычислительных мощностей, выпуск процессоров для персональных компьютеров упадет на 30%, а развертывание сетей 5G будет остановлено почти полностью.

TSMC и другие производители готовых микрочипов — это лишь верхушка пирамиды, из которой складывается полупроводниковая отрасль. В целом она сильно фрагментирована: в мире нет ни одной компании, производящей все компоненты готового чипа. В индустрии выделяют шесть основных сегментов.

Materials — производство материалов для изготовления полупроводников. Мировой лидер здесь — Япония с долей рынка около 60%. Наиболее часто используемые материалы — кремний, германий и арсенид галлия. При этом добыча и обработка редкоземельных металлов для полупроводников на 60% сосредоточена в Китае.

Equipment — оборудование, одно из самых сложных и дорогих в мире. В этом сегменте лидируют США, Япония и Европа. Самая известная и крупная компания, изготавливающая станки для производства чипов, — нидерландская ASML.

Fabless — проектирование и разработка. Здесь первенство у США с долей рынка 60%. Компании фокусируются на исследованиях с дальнейшей передачей готовых технологий производителям.

OSAT — сборка и тестирование полупроводников. В этом направлении лидируют Китай и Тайвань, на долю которых приходится 80% рынка. Разные производители чипов или оборудования передают заказы на отдельные компоненты OSAT-компаниям. Это самый низкозатратный и самый простой сегмент полупроводниковой промышленности.

IDM — разработка, производство и продажа интегральных схем. Лидеры в этом сегменте — США и Южная Корея, а самые крупные компании — Intel и Samsung.

Foundry — производство готовых полупроводников на заказ. Первое место занимает Тайвань с долей более 60%. Foundry-компании, как правило, не занимаются собственной разработкой, а предоставляют свои производственные мощности для сторонних заказчиков. Самый крупный представитель сегмента — TSMC.

Главный тренд на мировом рынке полупроводников — это его деглобализация. Конкурирующие страны стремятся создавать собственные производственные цепочки, чтобы не зависеть от поставок извне. А это требует огромных инвестиций в развитие технологий и наращивание мощностей.

Обострение торговой войны между КНР и США с их союзниками многие связывают как раз с ростом китайского влияния на технологических рынках. Концентрация производства чипов в Китае и Тайване тревожит западных политических лидеров. И главные торговые санкции американцев направлены как раз на то, чтобы ограничить доступ Китая к передовым технологиям производства полупроводников.

В 2019 году китайская Huawei была внесена в «черный список» правительства США: американцы и их союзники не могут покупать у компании оборудование и продавать ей материалы и компоненты для производства потребительской электроники и сетевого оборудования. В 2020 в этот список был внесен крупнейший производитель чипов в Китае — компания SMIC. А в 2022 США дополнительно ввели так называемый экспортный контроль, чтобы еще сильнее ограничить доступ Китая к технологиям.

Ограничения ударили по китайским компаниям, но вместе с тем сработали и в обратную сторону: власти и бизнес КНР кратно увеличили инвестиции в развитие полупроводниковой промышленности. А производители научились делать то, чего не умели раньше.

Например, в 2023 году Huawei презентовала смартфон Mate 60 Pro с процессором, разработанным совместно со SMIC и изготовленным по одной из самых продвинутых технологий, 7 нм. До этого ее массово применяли только TSMC, Samsung и Intel.

Что любопытно, скачок с 14 на 7 нм занял у SMIC всего лишь два года. Для сравнения, у Samsung на это ушло пять лет. Более того, в экспертном сообществе говорят, что китайская SMIC уже освоила производство по технологии 5 нм и готовится к запуску массового производства.

Успех китайских чипмейкеров во многом связан с удачной работой по привлечению ведущих в индустрии специалистов. И здесь санкции работают слабо: если поставки оборудования можно запретить, то переезд сотрудников — уже сложнее. Еще в 2017 году SMIC переманила к себе Лян Монг-Суна, который до этого 20 лет проработал в TSMC и считается одним из лучших в мире инженеров в отрасли полупроводников. Вместе с ним в Китай приехали еще двести специалистов, которые и помогли SMIC внедрить семинанометровый техпроцесс, а теперь осваивают 5 нм и 3 нм.

Заметных успехов Китай также добился в таком критически важном сегменте рынка, как чипы для искусственного интеллекта. В начале июня китайская фирма High-Flyer Capital Management представила собственную модель ИИ с открытым исходным кодом DeepSeek-Coder-V2, которая произвела впечатление на мировое технологическое сообщество. Эта модель дешевле западных аналогов, а ее функциональные возможности по написанию кода и математическим вычислениям эффективнее в сравнении с конкурентами.

А Huawei в середине июня представила собственные процессоры для обучения систем искусственного интеллекта, которые оказались на 10% эффективнее аналогичных американских. Операционная инфраструктура для управления такими системами Ascend от Huawei стала второй по популярности после Nvidia.

США, в свою очередь, также заняты активным стимулированием отрасли. В 2022 году в стране приняли закон о чипах, который должен активизировать развитие внутреннего производства полупроводников и подразумевает прямое выделение финансирования, гранты и налоговые льготы для исследователей и производителей.

На конец мая в рамках закона о чипах было согласовано выделение 29 млрд долларов в виде грантов и 25 млрд в виде кредитов полупроводниковым компаниям. Самые крупные гранты и кредиты получат Intel — 19,5 млрд долларов, Micron — 13,6 млрд, TSMC — 11,6 млрд, а также Samsung — 6,4 млрд.

В ближайшие восемь лет в США, Азии и Европе построят несколько десятков заводов по производству полупроводников. Наибольшую активность в запуске новых предприятий планируют проявить США: согласно прогнозам, к 2032 году их мощности по производству чипов вырастут на 203%, и это самые высокие темпы роста в сравнении с другими странами. Например, в Южной Корее мощности увеличатся на 129%, в Тайване — на 97%, в Китае — на 86%.

В результате доля США на мировом рынке полупроводников к 2032 году может вырасти с текущих 10 до 14%. При этом американцы планируют сконцентрироваться на производстве самых современных чипов по технологическому процессу 10 нм и менее. Если по итогам 2022 года доля Штатов в этом сегменте была равна нулю, то к 2032 году страна намерена занять 28% рынка, потеснив Тайвань и Южную Корею.

Ожидается, что в следующие 20 лет полупроводниковые компании инвестируют в новые проекты на территории США не менее 348 млрд долларов. Intel потратит 40 млрд на четыре завода в Аризоне и Огайо. Примерно столько же хочет вложить TSMC — и тоже в Аризоне. А Samsung намерен инвестировать 17 млрд долларов в новое производство в Техасе.

В других странах также стимулируют развитие производства. В Германии правительство договорилось с Intel об инвестициях в размере 30 млрд евро на строительство заводов по производству полупроводников. При этом власти обещают выделить треть от этой суммы. TSMC, также рассчитывающая на весомую поддержку немецкого правительства, хочет построить завод по производству микросхем в Дрездене стоимостью 10 млрд евро. Половину этой суммы субсидирует государство.

В Японии с апреля 2024 года действует система налоговых льгот для стимулирования производства полупроводников. Послабления по корпоративному налогу могут достигать 40% от его объема. TSMC планирует построить второй завод по производству микросхем на юге Японии, а общий объем инвестиций в стране превысит 20 млрд долларов.

Но самые большие инвестиции в развитие производства планирует Китай — 1 трлн юаней, или 143 млрд долларов, в течение следующих пяти лет. Согласно принятой программе, полупроводниковые компании получат налоговые льготы и субсидии, направленные на развитие собственного производства оборудования и материалов для изготовления полупроводников.

Совсем не факт, что все задуманные проекты будут в итоге реализованы. Есть немало сложностей, которые способны этому помешать.

Например, TSMC уже усомнилась в экономической целесообразности заявленных инвестиций в США. После подписания американского закона о чипах компания анонсировала строительство второго завода в Аризоне и увеличение инвестиций в этом штате с 12 до 40 млрд долларов. Первый завод изначально должен был открыться в конце 2024 года и выпускать чипы по технологии 5 нм, а запуск второго завода с техпроцессом 3 нм планировали на 2026 год.

Но в прошлом году в компании заявили, что строительство подобных заводов в США обходится в 4—5 раз дороже, чем на Тайване, а само производство чипов в итоге будет дороже на 50%. Кроме того, компания столкнулась с нехваткой квалифицированного персонала, бюрократическими сложностями и необходимостью нанимать субподрядчиков, входящих в профсоюз. В итоге открытие первого завода сдвинули на 2025 год, а второго — на 2028, при этом чипы 3 нм на нем производить уже не собираются.

В феврале Intel объявила, что откладывает запуск нового завода в Огайо, на строительство которого компания собирается потратить 20 млрд долларов. Планировалось, что завод заработает в 2025 году, но теперь сроки смещаются как минимум на конец 2026.

Samsung, которая должна была запустить производство в Техасе во второй половине 2024, переносит сроки на 2025 год. Главные причины задержек — нехватка квалифицированных кадров, противостояние с профсоюзами и задержки в финансировании от правительства США.

Другой проблемой эксперты и производители называют нормы «инклюзивности и разнообразия», прописанные в законе о чипах. TSMC для запуска завода в Аризоне планировала перевести 500 сотрудников из Тайваня, но столкнулась с жестким сопротивлением профсоюзов.

В 2022—2023 годах торговые ограничения привели к ажиотажному спросу на микроэлектронику в РФ. В результате российский рынок вышел на пик потребления. Согласно исследованию аудиторской фирмы Kept, в 2023 году его объем вырос на 38% — до 289 млрд рублей. Впрочем, и в 2020—2022 годах среднегодовой темп роста рынка вдвое превышал общемировой и составлял около 27%.

Объем продукции российских производителей в 2023 году вырос на 30%, до 59 млрд рублей. При этом доля отечественной микроэлектроники не превышала 20% в общей структуре российского рынка, а 80% пришлось на импорт.

Санкции и запреты производителей затруднили поставки чипов в Россию, но не смогли их ни остановить, ни сократить. После небольшого спада в первой половине 2022 года импорт полностью восстановился до уровней 2021 года благодаря перестройке логистики: до 50% объема стал занимать Китай. В декабре 2022 года агентство Reuters опубликовало расследование о том, что отгрузки чипов Intel в Россию с апреля по октябрь 2022 года выросли в три раза, несмотря на запрет самой компании. И вместе с тем подобные схемы обхода санкций становятся для россиян все дороже и сложнее.

По прогнозам аналитиков, российский рынок будет расти на 15% в год и достигнет 780 млрд рублей к 2030 году. При этом большую часть роста обеспечит внутреннее производство, а доля импорта за семь лет сократится до 55%.

Крупнейший в России производитель полупроводников — компания «Элемент», которая в конце мая разместила акции на СПб-бирже. «Элемент» контролирует 51% российского рынка полупроводников. Это единственная российская компания полного цикла с собственной разработкой и производством готовых микрочипов.

Но в плане технологического развития компания, как и весь российский рынок, сильно отстает от продвинутых представителей индустрии. «Элемент» способен производить собственными силами чипы по технологии 90 нм — этот технологический процесс был освоен в мире еще в 2002 году. Компания умеет разрабатывать 22-нанометровые чипы, но производить их собственными силами не может из-за отсутствия необходимого оборудования.

Для большей части промышленного оборудования и не самых новых систем в оборонной и космической промышленности 90 нм вполне достаточно. Но для современных систем искусственного интеллекта у этих чипов катастрофически низкая производительность. Например, процессоры Intel на базе 90-нанометрового технологического процесса в специализированном тесте на производительность SPECfp 2006 набрали 11,5 балла, а современные процессоры на базе технологии 10 нм — 220 баллов, то есть почти в 20 раз больше.

Понимая отставание в технологиях, власти страны стимулируют исследования и разработки в микроэлектронике. Меры господдержки — один из ключевых факторов развития этой индустрии в России. Правительство РФ заявляет своей целью снижение уровня зависимости от зарубежных продуктов, технологий, материалов и оборудования за счет развития внутреннего производства.

По оценке Минпромторга, в 2023 году государство выделило 147 млрд рублей на развитие отрасли микроэлектроники — это в пять раз больше, чем аналогичные затраты в 2020 году. В 2024 объем прямой господдержки вырастет до 211 млрд рублей.

Кроме того, действует множество других программ в виде налоговых льгот, грантов и субсидий на исследования и применение отечественных разработок. До 2026 года в рамках государственных программ, которые направлены на развитие отраслей промышленности, формирующих спрос на микроэлектронику в России, будет потрачено 8 трлн рублей. Часть этих денег должна обеспечить повышение кадрового и научного потенциала.

Результаты исследований в этой области могут скоро стать осязаемыми. В Институте прикладной физики Российской академии наук разрабатывают первую отечественную установку литографии для производства микроэлектроники по современным технологическим процессам. Вместо копирования уже существующих технологий ультрафиолетовой литографии российские физики создают литограф на базе рентгеновского излучения, который должен давать более эффективные результаты при меньших затратах на производство. Ожидается, что первые рабочие образцы оборудования появятся уже в этом году.

Но рассчитывать на то, что у России получится быстро отыграть отставание от мировых лидеров в технологическом процессе, пока не приходится. Согласно дорожной карте развития микроэлектронной промышленности в России, к 2030 году с учетом всех масштабных инвестиций будет запущен массовый выпуск процессоров лишь по технологии 14 нм — мировые лидеры индустрии освоили его еще в 2009 году.

Это значит, что потребности в современных чипах Россия будет и дальше закрывать за счет импорта, а о полноценном технологическом суверенитете речи пока не идет.

Единственная компания, акции которой доступны россиянам без ограничений, — «Элемент» (SPBE: ELMT, MOEX: ELMT), на СПб-бирже ее бумаги торгуются с конца мая, а на Мосбирже — с начала июня. Но рынок встретил компанию прохладно: размещение прошло по нижней границе ценового диапазона, а спустя месяц после начала торгов акции стоят на 15% ниже цены размещения.

Российские инвесторы, имеющие доступ к иностранным рынкам, могут инвестировать как в акции отдельных производителей, так и в весь сектор через покупку тематического ETF — например, iShares Semiconductor ETF (NASDAQ: SOXX).

Уже упомянутый выше Крис Миллер называет чипы новой нефтью, и у него для этого есть как минимум две причины. Как и нефть, чипы обеспечивают экономический рост: они лежат в основе производства всей современной электроники, и чем более производительными становятся чипы, тем более весомого технологического прогресса они позволяют добиваться.

А во-вторых, полупроводники, как и сырье, — это мощный инструмент влияния. Создание современных производств чипов — самый сложный технологический процесс из всех известных человечеству. И тот, кто освоил его лучше других, не только получает конкурентное экономическое преимущество, но и может диктовать свою политическую волю. Например, нидерландская ASML — крупнейший производитель самого современного оборудования для производства чипов — заявила, что готова удаленно отключить свои машины, работающие на заводах TSMC, если Китай когда-нибудь решит «захватить» производство.

В попытках обезопасить себя от подобных рисков правительства США, Китая и Европы стремятся создать у себя независимую индустрию и контролировать цепочки поставок полупроводников. Это приводит к стимулирующей политике в отношении чипмейкеров и привлекает в отрасль гигантстские инвестиции, измеряемые сотнями миллиардов долларов.

Россия за этой технологической гонкой пока наблюдает со стороны.