Геоэкономические вопросы размещения предприятий полупроводниковой промышленности Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 911.3:33 Е. Б. Яблоков

ГЕОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ РАЗМЕЩЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Динамика развития информационных технологий, являющихся основным двигателем модернизации мировой экономики на современном этапе, во многом определяется прогрессом в области создания и совершенствования интегральных микросхем. Полупроводниковые устройства, пришедшие на смену электронным лампам в вычислительной технике, обеспечили прогресс в информатике и геоинформатике, автоматизированных системах управления, системах связи, что в конечном итоге привело к кардинальным изменениям в производстве, коммуникациях, социальной сфере и жизнеобеспечении. Именно развитие полупроводниковых технологий обеспечило экспоненциальный рост производительности вычислительной техники, колоссальное ускорение информационных магистралей, опутавших весь мир и соединивших города и страны на разных континентах, обеспечив возможность мгновенного сообщения между людьми и передачи огромных массивов информации.

Сегодня производство полупроводниковых компонент является одной из наиболее динамичных индустрий сферы информационных технологий. Ее динамизм проявляется как в постоянном увеличении объемов производства полупроводниковых устройств во всем мире (с 1994 по 2005 г. мировые объемы производства полупроводниковой микроэлектроники возросли со 100 до 227 млрд долл.) [1], так и в непрерывном процессе совершенствования технологий. Сформулированный одним из основателей 1Пе1 Гордоном Муром одноименный закон (строго говоря, «закон Мура» является не законом, а, скорее, эмпирической закономерностью), согласно которому количество транзисторов, которое может быть размещено на полупроводниковой микросхеме удваивается каждые полтора или два года при соответствующем снижении себестоимости, определяет развитие отрасли в течение уже более чем четырех десятилетий. В результате с 60-х годов XX века по начало XXI века существенно усложнилась архитектура микросхем, а число транзисторов в процессорах, являющихся наиболее сложным видом интегральной микроэлектроники, возросло с тысяч до десятков и сотен миллионов единиц. [1] Увеличение числа транзисторов на микросхеме без увеличения ее размеров возможно только за счет уменьшения топологического размера элементарных единиц — транзисторов. Это в свою очередь требует совершенствования технологического процесса литографического производства, точность которого в настоящее время измеряется десятками нанометров, т. е. миллиардными долями метров.

Технологическая специфика полупроводниковой промышленности обусловливает ее экономические характеристики. Постоянное совершенствование технологического процесса производства столь малых элементов, при формировании которых работа идет уже почти с субатомными величинами, требует значительных расходов на научноисследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР). Ежегодные расходы

© Е. Б. Яблоков, 2009

на НИОКР ведущих полупроводниковых компаний мира достигают миллиардов долларов (так Intel в 2005 г. потратила на эти цели 5,1 млрд долл., IBM — 5,8 млрд долл., AMD — 1,1 млрд долл., TSMC — 0,4 млрд долл.). [2, 3, 4, 5] Постоянное усложнение технологии производства приводит к усложнению полупроводниковых предприятий: для работы с субатомными величинами необходимо высокоавтоматизированное дорогостоящее оборудование высочайшей точности и соблюдение большого числа критически важных производственных условий. В результате, по мере усложнения технологического процесса стоимость возведения одного завода по производству интегральной микроэлектроники постоянно увеличивается и сегодня достигает 3 млрд долл., а полный объем инвестиций в развертывание нового полупроводникового производства, включающий затраты на НИОКР, стоимость возведения зданий и сооружений, поставку и настройку технологического оборудования, перешагнул отметку в 5 млрд долл. [6]

Критическая значимость конкретной применяемой технологии производства для полупроводниковой промышленности определяется, прежде всего, экономическими факторами, главным из которых является себестоимость конечного продукта — того или иного типа полупроводникового устройства.

В первом приближении, если не рассматривать затраты на НИОКР, перекладываемые на стоимость готового изделия, себестоимость производства на конкретном предприятии обусловливается двумя факторами — применяемым технологическим процессом (т. е. топологическим размером элементов микроэлектронного устройства) и размером обрабатываемых кремниевых пластин. Кремниевая пластина или «вафля» (от англ. «wafer») представляет собой круглую заготовку, на которой происходит формирование микросхем и с которой по завершению литографического процесса нанесения слоев микросхемы происходит нарезка чипов для дальнейшего тестирования, создания корпусов и получения конечного микроэлектронного устройства. Фактически, обработка полупроводниковой пластины целиком (а не отдельных чипов) является средством повышения производительности производства за счет автоматизации и снижения удельных затрат на выполнение одной технологической операции (например технологический процесс производства процессоров включает более 3000 технологических операций).

Общей тенденцией развития полупроводниковой промышленности за последние четыре десятилетия является постепенное увеличение размера обрабатываемых кремниевых пластин. Для современного этапа развития отрасли наиболее характерно применение кремниевых пластин диаметром 150, 200 и 300 мм (6, 8 и 12 дюймов соответственно). Чем больше обрабатываемая площадь поверхности кремниевой заготовки, тем больше микросхем может быть размещено на ней и, соответственно, тем ниже удельная стоимость каждой микросхемы на этапе формирования чипов на пластине. Поскольку площадь 300-мм пластины в 2,25 раза превосходит площадь пластины диаметром 200 мм, то выигрыш в себестоимости конечной продукции заставляет производителей микросхем переводить производства на использование все более крупных пластин. Дополнительный экономический эффект достигается за счет уменьшения топологической нормы проектирования микросхемы, т. е. применения более «тонкого» технологического процесса и, как следствие, уменьшения ее геометрических размеров (при неизменности числа транзисторов) [7].

Производство конкурентоспособной на мировом рынке полупроводниковой продукции подталкивает производителей к постоянному совершенствованию технологии производства и увеличению его масштабов — переходу к обработке более крупных кремниевых пластин.

Сегодня компании, занимающиеся производством микроэлектроники, можно разделить на две большие группы. В первую группу входят компании, осуществляющие полный (или почти полный) цикл производства — от проектирования до продажи готовых полупроводниковых устройств, включая формирование микросхем на кремниевых заготовках, тестирование микросхем на кремниевых подложках, разрезание пластин на отдельные чипы, их тестирование и упаковку в готовые микросхемы, которые поставляются на мировой рынок. Ко второй группе относятся компании, которые специализируются на проектировании полупроводниковых устройств, но при этом не воплощают их сами в кремнии, а пользуются услугами контрактных производителей микросхем, поскольку не обладают собственными полупроводниковыми заводами (в англоязычной литературе они именуются «fabless manufacturers»). В свою очередь контрактные производители микроэлектроники не занимаются проектированием устройств, а выступают в роли аутсорсинговых компаний, которые реализуют созданный разработчиком интеллектуальной собственности дизайн микросхем в виде готовых изделий. Эта цепочка (разработка архитектуры микросхемы — формирование ее на кремниевой подложке — разрезание подложки, тестирование и корпусировка микросхем — продажа готового изделия) является основой территориального разделения труда в мировой полупроводниковой промышленности.

Наиболее крупные и известные компании — разработчики микроэлектроники сосредоточены в США (Intel, AMD (теперь включающая и канадскую ATI), IBM, Sun Microsystems, Texas Instruments, NVIDIA, Micron Technology, Freescale Semiconductor, National Semiconductor, Qualcomm и др.), значительно меньше — в Европе (STMicroelectronics, Infineon и др.). Именно разработка микроэлектроники и инновации в области создания и внедрения передовых производственных процессов являются специализацией США на мировом рынке полупроводниковых технологий. Эта специализация выгодна большинству американских полупроводниковых компаний, поскольку именно она позволяет им, даже не будучи реальным производителем готового изделия, получать значительную долю добавленной стоимости конечных полупроводниковых продуктов. В то же время контрактное производство микроэлектроники сосредоточено главным образом в ЮгоВосточной Азии: крупнейшими производителями микросхем по заказу являются тайваньские компании, такие как TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) и UMC (Unified Microelectronics Company), сингапурские ТНК Flextronics International, Chartered Semiconductor, а также компании из Китая (например SMIC). [8, 9]

Полупроводниковая индустрия характеризуется высокой степенью концентрации производства; фактически каждая из отраслей, выпускающая товарную продукцию, представляет собой олигополию производителей. Так, мировой рынок процессоров для персональных компьютеров фактически поделен между двумя американскими ТНК (они контролируют 97 % рынка), на рынке микросхем энергонезависимой флэш-памяти 80 % выпуска приходится на 5 производителей, рынок процессоров цифровой обработки сигнала для проекционного оборудования (DLP, digital light processor) контролируется американской ТНК Texas Instruments. Аналогичная ситуация наблюдается и на рынке услуг контрактного производства микросхем. Две крупнейшие тайваньские ТНК — TSMC и UMC — контролируют до 70 % мирового рынка контрактного производства микросхем.

В целом же, следует отметить, что данные отраслевая и географическая структуры отрасли являются прямым следствием ее технологической специфики — наличие мощной технологической базы и многомиллиардные финансовые вложения не может позволить себе неограниченное число компаний. Тем не менее, полупроводниковая индустрия на данном

этапе развития является высококонкурентной средой, в которой сталкиваются интересы мощных ТНК, базирующихся в различных странах мира. Большое значение здесь имеют диверсифицированность и сегментированность отрасли: различные полупроводниковые устройства могут производиться по разным технологическим нормам, а, значит, есть возможность входа в отрасль не с «mainstream» («основного потока»), а путем занятия ниши, связанной с использованием не самых передовых технологий. Однако наибольшие прибыли в отрасли формируются все же в результате внедрения наиболее передовых технологий, что и вызывает стремление полупроводниковых ТНК из разных стран мира занять лидирующие позиции не только в финансовом отношении, но и добиться лидерства в технологическом плане, которое в конечном итоге определит экономическое могущество корпорации и ее вес в отрасли и на мировом рынке.

Полупроводниковое производство в силу своей технологической сложности и много-стадийности способствует развитию большого числа смежных отраслей и производств. Строительство полупроводникового завода в той или иной стране приводит к появлению новых рабочих мест в смежных производствах на каждого занятого непосредственно на полупроводниковом предприятии (характерен пример предприятия AMD в Саксонии — строительство завода Fab 36, на котором занято около 2000 человек, привело к формированию дополнительных 7000 новых рабочих мест в комплексообразующих и обслуживающих отраслях). [10]

Существующие прогнозы и рекомендации по развитию полупроводниковой промышленности (в англоязычных источниках традиционно именуемые термином «roadmaps»), которые составляются национальными и международными отраслевыми организациями и экспертными группами, такими как SIA (Semiconductor Industry Association), SEMI (Semiconductor Equipment and Materials Institute), ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) и др., задают темпы развития отрасли. Стоит, однако, иметь в виду, что указанные в этих прогнозах целевые показатели и даты являются лишь предполагаемыми временными ориентирами, к которым, по логике развития отрасли и исходя из предполагаемой конъюнктуры рынка, должно наступать время экономически обоснованного внедрения тех или иных технологий в отрасли и перехода на следующие ступени (поколения) технологического прогресса. Это в свою очередь не отменяет для отдельных субъектов экономической деятельности возможность при наличии необходимых технологических и финансовых ресурсов совершить ускоренную конверсию производства с целью оказаться на поколение технологий впереди других, поскольку прогнозы исходят из экономической целесообразности для отрасли (коллективный интерес), но не для отдельной компании (частный интерес). [1, 11]

Согласно существующим рекомендациям упомянутой выше экспертной группы ITRS, внедрение более крупных кремниевых подложек должно начаться с 2012 г. Однако некоторые полупроводниковые ТНК придерживаются в этом вопросе иной позиции. Так, Intel, мировой лидер полупроводниковой промышленности, и Samsung (компания № 2 в мире по объемам продаж микроэлектроники) все более и более активно высказываются в поддержку идеи ускоренной эволюции и значительно более раннего перехода на обработку кремниевых заготовок диаметром 450 мм (18 дюймов). Подобные планы лидеров индустрии порождают конфликт интересов, непосредственно сопряженный с пространственной организацией производства.

Прежде всего, здесь сталкиваются интересы наиболее крупных компаний отрасли (Intel, Samsung, TSMC, UMC) и производителей, имеющих значительно меньший

производственный потенциал и возможности по привлечению финансовых средств. Это обусловливается тем, что даже по самым скромным оценкам предполагаемый объем инвестиций в одно предприятие по обработке 450-мм кремниевых подложек составит 12-15 млрд долл. против существующих 2-3 млрд, необходимых для организации работы с подложками диаметром 300 мм. В результате, количество компаний, которые смогут осуществить ускоренную миграцию на новый типоразмер кремниевых подложек может существенно сократиться, что неизбежно приведет к снижению общего уровня конкуренции в отрасли. Так, если с обработкой 200-мм кремниевых пластин успешно справлялись около 200 компаний из разных стран мира, то переход на использование 300-мм подложек смогли позволить себе лишь около 50 из них. Вопрос о том, сколько компаний сможет привлечь 12-15 млрд долл. для строительства нового предприятия остается открытым. [11]

Несмотря на высокую степень интернационализации мировой экономики, ТНК не существуют в отрыве от стран своего базирования или «материнских» стран, то описанный выше конфликт интересов имеет и пространственное (страновое) выражение. Американская ТНК 1Пе1, компания, безусловно, имеющая огромное влияние в полупроводниковой промышленности (хотя бы потому, что ее годовой оборот формирует примерно шестую часть всего мирового полупроводникового производства), имеет четкую пространственную политику размещения своих предприятий. Центры проведения ключевых НИОКР и наиболее технологически совершенные предприятия, формирующие максимальную добавленную стоимость, традиционно размещаются в США, обеспечивая их технологическое лидерство в мировой полупроводниковой промышленности и информационных технологиях в целом. Лишь после внедрения новой технологии на американском предприятии 1Пе1 переносит ее на заводы по обработке полупроводниковых подложек в других экономически развитых странах (Ирландия, Израиль).

Ускоренный переход лидеров полупроводниковой промышленности на следующую ступень технологического развития не вызывает оптимизма и у большинства тайваньских полупроводниковых компаний (за исключением, пожалуй, таких гигантов как ТБМС и иМС). К середине 2006 г. на Тайване действовало 9 заводов по обработке 300-мм кремниевых пластин и еще 7 планировалось ввести в строй в течение 2007 г. Проблема как для тайваньских компаний, так и для других производителей микросхем во всем мире, заключается в том, что при определенном раскладе сил они рискуют остаться «за бортом» технологического прогресса и переместиться в более низкий эшелон за счет того, что их продукция окажется экономически неконкурентоспособной по сравнению с продукцией гигантов отрасли, произведенной с существенно меньшими удельными затратами [11].

Тайваньская полупроводниковая промышленность пользуется активной поддержкой и находится под пристальным вниманием местного правительства, понимающего значимость этой отрасли как одной из ключевых отраслей международной специализации страны. Возможность снижения конкурентоспособности местных компаний не может не вызывать беспокойства со стороны правительства Тайваня, что порождает дополнительный конфликт интересов ТНК и отдельного государства. Еще одним противоречием является то, что правительство международно непризнанного государства Республика Китай (Тайвань) в вопросе неприсоединения к континентальному Китаю поддерживается США не только из чисто политических соображений, но и исходя опять же из геоэкономических мотивов. Ведь присоединение Тайваня к Китаю означало бы завладение последним огромным количеством передовых инноваций в сфере информационных

технологий и полупроводникового производства в частности, а, следовательно, существенную потерю конкурентных преимуществ США на мировом рынке полупроводников. Именно это в настоящее время сдерживает трансферт технологий полупроводникового производства тайваньскими компаниями в Китай (для этого необходимо получить разрешение правительства Тайваня), куда они стремятся перенести свои производства предыдущих поколений [12].

На технологической основе происходит столкновение корпоративных и страновых интересов. Возникающие в этой сфере противоречия связаны со стремлением отдельных корпораций и стран обладать технологическим контролем над отраслью, дающим непосредственные экономические преимущества перед конкурентами.

Заблуждением было бы предполагать, что все эти противоречия не касаются России. После застоя и упадка в российской промышленности в 1990-е годы, наиболее сильно проявившихся в высокотехнологичных отраслях производства, в настоящее время отмечается некоторый подъем и повышение интереса к высоким технологиям как наиболее перспективному варианту специализации страны в международном разделении труда. В последние несколько лет частные инвесторы обратили внимание на возможности развития в России не только экспортно-ориентированного производства программного обеспечения, но и полупроводниковых производств. Свидетельством тому могут служить такие проекты как реализуемая АФК «Система», постепенная модернизация завода «Микрон» в подмосковном Зеленограде (сумма инвестиций порядка 500 млн долл.) или организация малазийской ТНК Kedah Wafer Emas (KWE) современного полупроводникового производства на базе завода им. Фрунзе в Нижегородской области. Последний проект, предполагающий инвестиции в размере 1,2 млрд долл., обеспечит запуск в России в 2008 г. производства полупроводниковых компонент по 110-130-нм технологическим нормам с перспективным переходом на 65-нм технологический процесс. [13] Действительность, с которой столкнулась Россия в ходе проведения экономических реформ 1990-х годов такова, что без развития собственных (расположенных на территории России, но не обязательно принадлежащих российскому капиталу) полупроводниковых производств конверсия экономики с ориентацией на выпуск наукоемкой продукции с высокой добавленной стоимостью практически невозможна. Наглядной иллюстрацией этого факта является проект компании «Московский Центр SPARC-технологий» (ЗАО «МЦСТ»), возглавляемой проф. Б.А. Бабаяном, которая, имея огромный технический потенциал и перспективные разработки в области процессорной архитектуры, не смогла в полной мере претворить их в жизнь по причине отсутствия в России современных полупроводниковых производств и недостаточной финансовой поддержки со стороны государства и в итоге фактически была поглощена Intel (штат компании был принят на работу в российское отделение американской ТНК).

Учитывая общий глобальный тренд по повышению информатизации всех сфер жизни, игнорирование интересов России в сфере развития полупроводниковых технологий ставит под угрозу возможность проведения модернизации российской экономики и доведения ее до конкурентоспособного уровня.

Сегодня, когда советская микроэлектронная промышленность исчезла, а российская полупроводниковая промышленность только начинает свое становление, глобальные изменения и противоречия интересов ведущих агентов мирового рынка полупроводниковой промышленности становятся актуальной проблемой и для развивающейся российской высокотехнологичной промышленности.

Литература

1. Semiconductor Industry Association 2006 Annual Report. США, 2006.

2. Advanced Micro Devices 2005 Annual Report. США, 2006.

3. Intel Corporation 2005 Annual Report on Form 10-K. США, 2006.

4. International Business Machines 2005 Annual Report. США, 2006.

5. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company 2005 Annual Report. Тайбей, 2006.

6. Bryant Andy. Fab Economics: the Economics of Moore’s Law. — Хиллсборо, шт. Орегон, США. (материалы доклада, 30 ноября 2005).

7. http://www.intel.com/

8. Fortune Global 500 World’s Largest Corporations // Fortune, от 25 июля 2005 г.

9. The Information Technology 100 // BusinessWeek, от 21 июля 2004 г.

10. http://www.amd.com/

11. Соболев В. Разнокалиберные интересы // Computerworld Россия, 2006, № 36 (533).

12. Кокшаров А. Тайваньская электроника переезжает в Китай // Эксперт, 2002, № 11.

13. Миллиард в микроэлектронику // Computerworld Россия, 2006, № 37 (534).