21 июня 2024 БКС Экспресс
Микрочипы — это краеугольный камень современной электроники. Без них человечество лишилось бы смартфонов, компьютеров, современных автомобилей и других привычных вещей. Поэтому ученые и инженеры постоянно совершенствуют их, а страны стараются наладить производство на своей территории, поскольку это даст им фору в освоении новых технологий.
Чип на пластинке из песка
Микрочип — это сложная электронная схема, которая размещена на пластине из полупроводника и заключена в корпус.
За таким простым определением кроется сложнейшее устройство, которое используют во многих отраслях. Суть в том, что небольшой чип, например, помещающийся на фаланге указательного пальца, может вмещать в себя огромный объем информации, необходимой для работы устройства. И с каждым годом конструкция чипов усложняется.
При этом основные этапы производства микрочипов почти всегда одинаковые:
• Производство полупроводниковых пластин
В подавляющем большинстве случаев их делают из кремния, для производства которого нужен только песок, поэтому дефицита в этих составляющих нет. Чтобы получить монокристаллический кремний, песок смешивают с коксом (одна из производных каменного угля), нагревают в доменной печи до 1800 градусов по Цельсию, получая поликристаллическую субстанцию. После из этой массы выращивают монокристаллические слитки, которые являются одним из основных компонентов в производстве чипов. Их нарезают на чрезвычайно тонкие пластины, использующиеся в качестве основы.
Поскольку кремний является полупроводником, он может проводить электричество, а также выступать в качестве изолятора. Для повышения проводимости к кремнию добавляют атомы других элементов.
• Проектирование и изготовление
Производство микрочипа после создания кремниевых пластин — процесс сложный, поскольку на ограниченную поверхность нужно нанести огромное количество транзисторов, резисторов, конденсаторов и других элементов, толщина которых может составлять всего несколько нанометров. Поэтому прежде, чем начать, инженеры проектируют схему, по которой они будут расположены.
После этого с помощью контролируемых физических и химических процессов, таких как легирование, фотолитография, протравка и других, схемы отпечатываются на пластине.
Важно, что все это должно происходить в максимально стерильных условиях, поскольку части микрочипов столь малы, что даже небольшая пылинка может привести к поломке устройства.
• Инкапсуляция
На заключительном этапе хрупкое сложное устройство необходимо защитить от внешних воздействий, поэтому чип покрывают специальным материалом, который обеспечивает ему долговечность и надежность.
Разновидности чипов и их применение
Микрочипы находят применение в различных областях, но и сами они различаются по функционалу в зависимости от того, для чего их планируется использовать.
• Логистические микрочипы — это «мозги» устройств, которые занимаются обработкой поступающей информации. Иногда они выполняют специфические функции. Так, например, графические процессоры оптимизированы для виртуального изображения, а нейронные предназначены для глубокого машинного обучения.
• Чипы памяти предназначены для хранения информации. Они бывают двух типов: чипы «рабочей памяти» сохраняют данные только тогда, когда устройство включено, а чипы энергозависимой памяти — сохраняют информацию даже после его выключения.
• Микросхемы для конкретных приложений (ASIC) — простые одноцелевые чипы, которые используют для повторяющихся процедур обработки, например, сканирования штрих-кодов.
• Интеграторы (SoC) — чипы нового поколения, способные объединять в себе множество функций, например, графику, видео, WIFI и т.д.
Почему микрочипы важны
Полупроводники являются ключевым элементом современных технологий. Без них не обходится практически ни одно электронное устройство на планете. Поэтому переоценить их важность просто невозможно, поскольку микрочипы оказывают прямое влияние на привычный образ жизни людей.
Важно то, что чипы постоянно совершенствуются. Так, буквально за несколько десятилетий кратное увеличение их мощности и функций памяти позволило технологиям продвинуться туда, где они находятся сегодня. Другими словами, от качества, количества и уровня полупроводников напрямую зависит технологический прогресс во всем мире.
Приведем пример. Компьютер, который управлял миссией «Аполлон» на Луну, имел 32,768 бит оперативной памяти и 589,824 бит постоянной памяти. Современный смартфон имеет примерно в 100 тыс. раз больше вычислительной мощности, приблизительно в 1 млн раз больше оперативной памяти и в 7 млн раз больше встроенной памяти.
От чипов напрямую зависит развитие искусственного интеллекта и технологий виртуальной реальности, они улучшают качество передачи данных, например, через сети 5G, а также лежат в основе алгоритмов, используемых в машинном обучении.
Что происходит на рынке микрочипов сегодня
Очевидно, что если государство хочет на передовом уровне развивать подобные устройства, то им просто необходимы микрочипы.
Долгое время Россия, Китай, США и другие страны импортировали полупроводники, в первую очередь из Тайваня, который на 2024 г. является крупнейшим производителем микрочипов, покрывающим 60% мирового производства полупроводников и более 90% производства самых передовых чипов. Их можно найти практически в любой современной технике.
Среди лидеров в этой области по итогам 2023 г. находятся Сингапур, Китай и Южная Корея.
Но в нынешних реалиях санкций и торговых ограничений многие государства направили ресурсы на строительство собственных заводов-производителей. Так, Китай, уже вышедший в лидеры по производству, объявил об удвоении инвестиций в отрасль полупроводников, дополнительно отправив на эти нужды $47,5 млрд. Подобное поведение стало ответом на ограничение ввоза чипов и технологий в Поднебесную в октябре 2022 г.
России, которая долгое время закупала микрочипы в других странах, в том числе в США (компании Intel, AMD Analog Devices), в свете введенных против нее санкций пришлось пересмотреть свой подход. По планам правительства, к 2030 г. объем импортозамещения в сфере микроэлектроники должен достигнуть 70%. Для этого только в 2023 г. бюджетные инвестиции на эти цели составили 147 млрд руб., а в 2024 г. выделено уже 210 млрд руб.
В РФ производством полупроводников занимаются несколько компаний, в их числе «Микрон» (входит в ГК «Элемент»), «Милиандр», АО «Научно-исследовательский институт электронной техники» и «Текон МТ».
Чип на пластинке из песка
Микрочип — это сложная электронная схема, которая размещена на пластине из полупроводника и заключена в корпус.
За таким простым определением кроется сложнейшее устройство, которое используют во многих отраслях. Суть в том, что небольшой чип, например, помещающийся на фаланге указательного пальца, может вмещать в себя огромный объем информации, необходимой для работы устройства. И с каждым годом конструкция чипов усложняется.
При этом основные этапы производства микрочипов почти всегда одинаковые:
• Производство полупроводниковых пластин
В подавляющем большинстве случаев их делают из кремния, для производства которого нужен только песок, поэтому дефицита в этих составляющих нет. Чтобы получить монокристаллический кремний, песок смешивают с коксом (одна из производных каменного угля), нагревают в доменной печи до 1800 градусов по Цельсию, получая поликристаллическую субстанцию. После из этой массы выращивают монокристаллические слитки, которые являются одним из основных компонентов в производстве чипов. Их нарезают на чрезвычайно тонкие пластины, использующиеся в качестве основы.
Поскольку кремний является полупроводником, он может проводить электричество, а также выступать в качестве изолятора. Для повышения проводимости к кремнию добавляют атомы других элементов.
• Проектирование и изготовление
Производство микрочипа после создания кремниевых пластин — процесс сложный, поскольку на ограниченную поверхность нужно нанести огромное количество транзисторов, резисторов, конденсаторов и других элементов, толщина которых может составлять всего несколько нанометров. Поэтому прежде, чем начать, инженеры проектируют схему, по которой они будут расположены.
После этого с помощью контролируемых физических и химических процессов, таких как легирование, фотолитография, протравка и других, схемы отпечатываются на пластине.
Важно, что все это должно происходить в максимально стерильных условиях, поскольку части микрочипов столь малы, что даже небольшая пылинка может привести к поломке устройства.
• Инкапсуляция
На заключительном этапе хрупкое сложное устройство необходимо защитить от внешних воздействий, поэтому чип покрывают специальным материалом, который обеспечивает ему долговечность и надежность.
Разновидности чипов и их применение
Микрочипы находят применение в различных областях, но и сами они различаются по функционалу в зависимости от того, для чего их планируется использовать.
• Логистические микрочипы — это «мозги» устройств, которые занимаются обработкой поступающей информации. Иногда они выполняют специфические функции. Так, например, графические процессоры оптимизированы для виртуального изображения, а нейронные предназначены для глубокого машинного обучения.
• Чипы памяти предназначены для хранения информации. Они бывают двух типов: чипы «рабочей памяти» сохраняют данные только тогда, когда устройство включено, а чипы энергозависимой памяти — сохраняют информацию даже после его выключения.
• Микросхемы для конкретных приложений (ASIC) — простые одноцелевые чипы, которые используют для повторяющихся процедур обработки, например, сканирования штрих-кодов.
• Интеграторы (SoC) — чипы нового поколения, способные объединять в себе множество функций, например, графику, видео, WIFI и т.д.
Почему микрочипы важны
Полупроводники являются ключевым элементом современных технологий. Без них не обходится практически ни одно электронное устройство на планете. Поэтому переоценить их важность просто невозможно, поскольку микрочипы оказывают прямое влияние на привычный образ жизни людей.
Важно то, что чипы постоянно совершенствуются. Так, буквально за несколько десятилетий кратное увеличение их мощности и функций памяти позволило технологиям продвинуться туда, где они находятся сегодня. Другими словами, от качества, количества и уровня полупроводников напрямую зависит технологический прогресс во всем мире.
Приведем пример. Компьютер, который управлял миссией «Аполлон» на Луну, имел 32,768 бит оперативной памяти и 589,824 бит постоянной памяти. Современный смартфон имеет примерно в 100 тыс. раз больше вычислительной мощности, приблизительно в 1 млн раз больше оперативной памяти и в 7 млн раз больше встроенной памяти.
От чипов напрямую зависит развитие искусственного интеллекта и технологий виртуальной реальности, они улучшают качество передачи данных, например, через сети 5G, а также лежат в основе алгоритмов, используемых в машинном обучении.
Что происходит на рынке микрочипов сегодня
Очевидно, что если государство хочет на передовом уровне развивать подобные устройства, то им просто необходимы микрочипы.
Долгое время Россия, Китай, США и другие страны импортировали полупроводники, в первую очередь из Тайваня, который на 2024 г. является крупнейшим производителем микрочипов, покрывающим 60% мирового производства полупроводников и более 90% производства самых передовых чипов. Их можно найти практически в любой современной технике.
Среди лидеров в этой области по итогам 2023 г. находятся Сингапур, Китай и Южная Корея.
Но в нынешних реалиях санкций и торговых ограничений многие государства направили ресурсы на строительство собственных заводов-производителей. Так, Китай, уже вышедший в лидеры по производству, объявил об удвоении инвестиций в отрасль полупроводников, дополнительно отправив на эти нужды $47,5 млрд. Подобное поведение стало ответом на ограничение ввоза чипов и технологий в Поднебесную в октябре 2022 г.
России, которая долгое время закупала микрочипы в других странах, в том числе в США (компании Intel, AMD Analog Devices), в свете введенных против нее санкций пришлось пересмотреть свой подход. По планам правительства, к 2030 г. объем импортозамещения в сфере микроэлектроники должен достигнуть 70%. Для этого только в 2023 г. бюджетные инвестиции на эти цели составили 147 млрд руб., а в 2024 г. выделено уже 210 млрд руб.
В РФ производством полупроводников занимаются несколько компаний, в их числе «Микрон» (входит в ГК «Элемент»), «Милиандр», АО «Научно-исследовательский институт электронной техники» и «Текон МТ».
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией | При копировании ссылка обязательна | Нашли ошибку - выделить и нажать Ctrl+Enter | Жалоба