Даже геополитическая турбулентность не повлияла на устойчивый рост глобального рынка микроэлектроники. В 2023 г. он достиг отметки в $527 млрд. По аналитическим прогнозам, с ежегодным приростом около 9%, к 2030 г. объем увеличится до $1 трлн. Подъем вызван фундаментальными изменениями в структуре сферы, которые спровоцировали сбои периода пандемии 2020-2022 г.г.

Основным трендом стали мероприятия, связанные с перераспределением производственных мощностей. Чтобы уменьшить зависимость от поставок из Азии, США строит национальные полупроводниковые фабрики, инвестируя в них $52 млрд. В Европейском Союзе реализуется «Чиповый акт». В его рамках выделяется €43 млрд. субсидий, чтобы доля ЕС в мировом производстве увеличилась к 2030 г. до 20%. На данный момент она составляет 10%.

Векторы географии производства также смещаются. Лидером массового выпуска остается Юго-Восточная Азия (63% глобального производства передовых чипов контролируется Тайванем, 18% на рынке памяти DRAM занимает Южная Корея). В то же время происходит формирование новых специализированных кластеров. Израиль активно занимается разработкой AI-ускорителей, а в нише промышленных контроллеров серьезно усиливаются позиции Германии.

В структуре спроса также происходят значительные трансформации. Взрывное распространение ИИ-систем вызвало 12% годовой подъем сегмента чипов памяти, который занимает 23% рынка. Еще более мощный прирост (18%) показывают микроконтроллеры для IoT, благодаря массовому внедрению SMART-сенсоров на промышленных предприятиях и в ЖКХ.

Данные изменения представлены в мировом формате. TSMC занимается строительством фабрики чипов 3 нм на американской земле, в Аризоне, перенося в США передовые технологии. Samsung расширяет производство в Техасе, инвестируя в него $17 млрд. Такой ход усиливает присутствие бренда на территории Северной Америки. Одновременно с этим, государственная поддержка помогает японскому консорциуму Rapidus бросить вызов технологическим лидерам разработкой прорывного 2-нм техпроцесса.

Происходит формирование и развитие многополярной экосистемы микроэлектроники. В ней перераспределяются роли в цепочках создания стоимости между традиционными и новыми игроками.

Импортозамещение – стимулятор роста локального рынка

В 2023 г. доход отечественного рынка микроэлектроники составил практически 290 млрд. руб. Ежегодный прирост – 23%. Здесь хорошо прослеживается ряд структурных отличий от мировых трендов:

Основные показатели

Глобальный рынок

РФ

Объем цифровых систем

44%

64%

Выпуск интегральных схем

23%

6%

Потребление сферами промышленности

30%

66%

Консолидация (5 ведущих игроков)

40%

80%

Государство оказывает активную помощь микроэлектронике, финансируя и регулируя данную сферу. На период до 2030 г. было выделено 3,5 трлн. руб., что предоставило возможность субсидировать производственные линии, компенсировать расходы на приобретение оборудования, а также формирование и развитие исследовательской инфраструктуры.

Для технологических компаний стимулом становятся серьезные налоговые преференции. Разработчики электронных компонентов отчисляют налог на прибыль по сниженной ставке (не стандартные 20%, а всего 3%). Для сокращения операционных затрат предприятий предусмотрено действие льготных тарифов по страховым взносам (всего 7,6%, а не 30% базовых).

Реализация образовательных инициатив направлена на борьбу с кадровым дефицитом. Активно действуют программы «Молодежные лаборатории», «Приоритет 2030», «Передовые инженерные школы». Президент РФ поручил открыть сто аналогичных школ по всей стране с целью подготовки к 2027 г. 17 тыс. квалифицированных инженеров в области схемотехники, микроэлектроники.

Эффективность господдержки подтверждается производственными достижениями. Высокоточная волоконно-оптическая система передачи и преобразования оптических сигналов запущена в серийное производство холдингом «Швабе», входящим в госкорпорацию «Ростех». На предприятии «Микрон» массово выпускаются чипы микроконтроллера MIK32 «Амур» (К1948ВК018), аналогичного STM32L0 (STMicroelectronics). В основе 180-нанометровой интегральное схемы – 32-битное ядро RISC-V (RV32IMC). В 2018 г. результатом опытно-конструкторской работы «Сила-И8» на «Ангстреме» стала разработка серии силовых транзисторов для блоков электрокаров. Их основой стал SiC (карбид кремния).

Основная проблема отечественной микроэлектроники – значительный дефицит производственных мощностей, на которых можно выпускать тонкие чипы (<65 нм). Это не позволяет создать конкурентоспособную элементную базу для телекоммуникаций и Internet of Thing (IoT). Для российских производителей критически важны поставки зарубежных пассивных компонентов (сегменты керамических конденсаторов, высокоточные резисторы). Объем таких деталей на рынке составляет около 85%. Негативное влияние на скорость внедрения новых процессов и локализации производств оказывает нехватка кадров. Согласно статистике, сфера нуждается в 40-45 тыс. инженеров-технологов.

Компоненты для стратегических отраслей: основные требования к ним

В каждой сфере – свои уникальные потребности в микроэлектронике. Лидер потребления компонентов, особенно для экстремальных и сложных условий, – промышленность. В данном секторе важна надежность. Для автоматизации производств нужны микроконтроллеры типа STM32, с повышенной стойкостью к действию вибрации (до 20g). Также нужны промышленные Ethernet-коммутаторов, функционирующие в температурных диапазонах (-40°C-+85°C). Энергетика нуждается в SiC-транзисторах для интеграции в солнечные инверторы (КПД 98.5%), смарт-реле (точность замеров 0,2%).

Телекоммуникации ускоренно трансформируются, переходя на 5G-инфраструктуру, что требует высокомощной энергоэффективности. Здесь востребованы GaN-усилители в 200W для базовых станций и антенн MIMO 64×64 в миллиметровом диапазоне. Возрастают потребности в компонентах спутниковой связи: приемниках LEO-сигналов (чувствительность -150 dBm), термостабильных осцилляторах (±0.1 ppb).

Одним из быстрорастущих сегментов является медицина. К 2024 году ее потребности в миниатюрных и точных микроэлектронных компонентах возросли на 35%. Имплантируемые устройства нуждаются в биосовместимых пленочных батареях (толщина 200 µm), зарядных системах беспроводного типа (КПД 85%). Для реализации стандартов мобильной медицины в секторе диагностики необходимо достаточное количество МРТ-датчиков (разрешение 0,5 Тл), портативных ЭКГ с AI-обработкой и анализом сигналов.

Революционные прорывы в технологиях

Сырьевая база претерпевает изменения. Кремний вытесняется нитридом галлия, позволяющим максимально уменьшить размеры устройств. С его использованием можно изготавливать зарядный блок для ноутбука с габаритами меньше на 60%, но с теми же параметрами мощности. Промышленные преобразователи приобретают КПД до 99,2%, а базовые станции 5G функционируют со снижением теплопотерь на 30%. Эффектным примером стала реализация проекта Odyssey Semiconductor. В его рамках были разработаны GaN-транзисторы для электрокаров Tesla с нитридом галлия. Частота переключения в них составила 10 MHz, в два раза превысив параметры кремниевых аналогов.

Российские специалисты СО РАН и ТВЭЛ совместно работали над проектом, предусматривающим выпуск оксида алюминия. Им удалось получить материал, чистота которого составила 99.9999%. Он используется для подложек микросхем, которые необходимы для изготовления высокочастотных чипов и СВЧ-элементов. Разработка вполне способна стать полной заменой японского импорта, который в 2022 г. занимал 100% рынка.

Сенсорика выходит на новый уровень с использованием графена. В 2025 г. ученые МИРЭА продемонстрировали новые возможности в микроэлектронике. В их «алмазных» транзисторах подвижность электронов достигла 15 тыс. см²/В·с (у кремния – 1,4 тыс. см²/В·с). Специалисты смогли добиться рекордной скорости в обработке сигналов. Одновременно проводились работы по созданию газовых сенсоров, чувствительность которых достигла 0,1 ppb (частиц на миллиард). Уникальной является их способность выявлять следовую концентрацию загрязняющих веществ в атмосфере. Разработка уже внедряется в городские системы, осуществляющие экологический мониторинг.

Материал

Химическая формула

Основные преимущества

Где используется

Графен

Cn

Гибкость, максимальные параметры проводимости

В сенсорах и гибкой электронике

Кремниевый карбид

SiC

Минимальные энергетические потери

В солнечных инверторах, электрокарах

Нитрид галлия

GaN

Высокая теплопроводность, прочность, частота, термостойкость

В 5G-станциях, зарядных устройствах

В микроэлектронике внедряются архитектурные инновации, например, чиплеты. Технология направлена на замену одного сложного кристалла комбинациями отдельных модулей и объединение вычислительных 5-нм процессоров с аналоговыми блоками памяти в 28 нм. Samsung воспользовались данным принципом для 3D-памяти HBM, разместив слои чипов вертикально. В итоге стоимость разработки снизилась на 40%, а скорость вывода устройств на рынок – увеличилась.

Фотонные интегральные схемы также активно разрабатываются. Специалисты нидерландской компании PHIX создали микрочипы, передающие1,6 Тбит/с. Современные медные кабели работают в 160 раз медленнее. Центры обработки данных уже пользуются новыми системами, обеспечивающими связь между серверами, в квантовых компьютерах. В данных устройствах точность расчетов может пострадать из-за задержки сигнала.

С 3D-печатью электроники начинается эра гибридных устройств. Известные традиционные методы не имеют аналогов к технологии (ATLANT 3D). Атомное послойное осаждение с точностью 10 нм позволяет выполнять печать многофункциональных сенсоров на изогнутой поверхности. Разработчики из Австралии и Германии смогли напечатать объектив (диаметр – 330 µm) на 3D-принтере, что невозможно сделать ни одним из традиционных способов.

3 технологии для более быстрого и дешевого производства компонентов

Каждый специалист старается создать максимально мощную, компактную и доступную микроэлектронику. Один из прорывов – открытие трафаретной печати толстопленочных схем с нанесением проводящих слоев на скорости 5 тыс. компонентов в час. Традиционные методы отстают от нее в 7 раз. Технология охватывает 78% рынка, ведь ее активно используют, изготавливая автомобильную электронику и промышленные контроллеры.

Для радикального удешевления производства, по заверениям Canon, разработаны многослойные чипы. Они позволят создавать сложные медицинские импланты и IoT-сенсоры.

Процессы разработки также не отстают в прогрессе в связи с активным внедрением электронных двойников. Высшая школа экономики предложила технологию, которая способна еще до физического производства спрогнозировать поведение чипов. Точность – 95%. При ее применении произойдет сокращение цикла создания новых микросхем (с 1,5 лет до полугода). Инженеры смогут проводить мгновенное тестирование сотен виртуальных прототипов, устраняя проблемы на начальных стадиях.

Отрасль активно развивается, но ее сотрясают периодические «штормы». США и ЕС ограничили объем экспорта EUV-литографии в третьи страны. Евросоюз принял директиву о снижении к 2030 г. углеродного следа на 55%. В мире не хватает 1,2 млн специалистов (инженеры-схемотехники). В РФ действие международных санкций ограничивает доступ к мировым цепочкам поставок, а рентабельность производств подрывается слабым локальным спросом (особенно в гражданской сфере). Все эти факторы вносят нестабильность.

Несмотря на сложности, уже заложен фундамент для технологического прорыва. Рынки сбыта и альтернативные технологии доступны, благодаря партнерству с Азией. Аналитики прогнозируют к 2030 г. возрастание доли российских чипов до 70% и рост объемов рынка в три раза.

Чтобы реализовать потенциал, необходимо консолидировать усилия. Государство, наука, бизнес должны взаимодействовать, делая акцент на специализированные отрасли, в которых РФ наиболее сильна. Необходимо развивать военную электронику, заниматься разработкой и совершенствованием арктического оборудования.