Мировая индустрия производства микросхем на грани кризиса. И вот почему

Ураган «Хелен», унесший жизни более 200 человек в США, нанес также потенциальный урон мировой индустрии микросхем. Он остановил работу шахт, добывающих кварц высокой чистоты — критически значимый для производства полупроводников минерал. Как природное бедствие повлияет на производство важнейших чипов — в разборе «Известий».

Что произошло

• Ураган четвертой категории «Хелен» сформировался в Карибском море и прошел по югу США 26 и 27 сентября. В основном он затронул территории штатов Флорида, Джорджия, Южная и Северная Каролина, Теннесси. Стихия вызвала наводнения и оползни, в которых погиб по меньшей мере 241 человек, еще 285 числятся пропавшими без вести. Ураган стал самым смертоносным со времен «Катрины», унесшей жизни 1392 человек в 2005 году.

• «Хелен» нанес также значительный экономический ущерб США. По разным данным, он оценивается минимум в $34 млрд. Ураган затопил дороги, разрушил линии энергопередачи и системы водоснабжения, уничтожил жилую и промышленную инфраструктуру в нескольких штатах. Почти половина погибших и пропавших без вести приходится на Северную Каролину, где ураган прошел по горным районам и отрезал от цивилизации несколько населенных пунктов.

• От урагана «Хелен» пострадал в том числе городок Спрус-Пайн на западе Северной Каролины. Он является ведущим центром по добыче сверхчистого кварца. На город с населением 2,2 тыс. человек приходится от 80 до 90% мирового производства этого минерала.

• Ураган остановил работу двух шахт. Он нанес урон критической инфраструктуре предприятий, оставил их без коммуникаций, электро- и водоснабжения. Владельцы заявили, что планируют восстановить работу шахт, но не назвали точных сроков.

Зачем нужен сверхчистый кварц

• Кварцем высокой чистоты называют концентрат, содержащий не менее 99,99% диоксида кремния. Изделия из сверхчистого кварца используются в оптоволоконной и светотехнической промышленности, солнечной энергетике, производстве стекла.

• Самый чистый сорт кварца с концентрацией 99,998% необходим при производстве полупроводников. Из него изготавливают тигли, в которых плавится поликремний высокой чистоты — ключевой «ингредиент» полупроводников, без которых немыслима современная электроника. Высокая концентрация кварца в тиглях необходима для того, чтобы он не вступал в реакцию с поликремнием и выдерживал огромное количество тепла.

• Стоимость самого чистого кварца достигает $12 тыс. за тонну. В Спрус-Пайне добывается около 20 тыс. т минерала ежегодно. Отсюда кварц поставляется лидерам производства кремниевых пластин, таким как GlobalWafers, Siltronic и Sumco. Их клиентами, в свою очередь, являются ведущие мировые поставщики микросхем и плат Intel, Samsung и TSMC. Зависимость этих производителей от чистого кварца оценивается как высокая.

Перспективы рынка микросхем

• Тигли из сверхчистого кварца не могут использоваться повторно, поэтому производители поликремниевых пластин нуждаются в их постоянных поставках. Сейчас бесперебойное производство микросхем зависит от имеющихся запасов кварца и сроков, в которые будет восстановлена его добыча. По имеющимся оценкам, текущих запасов сырья хватит на период от трех до восьми месяцев бесперебойной работы полупроводниковой индустрии, пока шахты не восстановят.

• В профильных СМИ смотрят на ситуацию настороженно и высказывают опасения по поводу возможных последствий. Производство микросхем является чрезвычайно медленным процессом, поэтому даже скорое восстановление добычи не поможет избежать срывов на последующих стадиях производства. Возобновить добычу кварца быстро не получится, так как следует сначала дождаться спада воды, провести очистку помещений и оборудования с возможной заменой, восстановить подъездные пути и коммуникации, а заодно укрепить инфраструктуру, чтобы избежать будущих наводнений. Отладка процесса, в котором значение имеют миллионные доли концентрации, может занять до полугода. Помимо этого, нужно учитывать и кадровый ущерб — кто-то мог погибнуть или исчезнуть, многие сотрудники пережили потерю дома и имущества, и это тоже значимый фактор, влияющий на темпы восстановления.

Китайское чипирование: КНР добилась нового прорыва в полупроводниках

Судя по всему, китайские компании смогут выпускать современные машины фотолитографии

• При этом сами компании, владеющие пострадавшими шахтами, оценивают ситуацию гораздо оптимистичнее. Один из операторов — The Quartz Corp — уже отметил, что ситуация с пандемией COVID-19 научила компанию лучше планировать свое будущее и иметь запас прочности на случай непредвиденных обстоятельств. Компания не ожидает сбоев в краткосрочной и среднесрочной перспективах. Другой оператор, Sibelco, заявил, что ущерб от урагана оказался не таким серьезным, как предполагалось первоначально. В экспертном сообществе отмечают, что компании не могли не учитывать фактор сезонных ураганов и должны были хеджировать этот риск, формируя достаточные складские запасы. В этой связи более вероятно, что произойдут некоторые перебои в конечном производстве микросхем, но не коллапс всей индустрии.

• Не исключено, что поддержку компаниям в восстановлении работы шахт окажет правительство США, рассматривая добычу кварца как важный элемент собственной экономической безопасности. В 2020–2022 годах уже происходил глобальный кризис полупроводников — на рынке образовался дефицит, вызванный пандемией, погодными факторами и ростом майнинга криптовалют. Выраженный дефицит микрочипов способен сильно повлиять на мировую экономику. Тогда это привело к удорожанию микросхем и сокращению производства техники. Так, дефицит обрушил рынок электроавтомобилей. Всего кризис тогда затронул 169 отраслей, включая производство смартфонов, ноутбуков, планшетов, игровых приставок и накопителей памяти. Также микрочипы используются в электротранспорте и 5G-инфраструктуре, которые сегодня активно развиваются. Сейчас о подобных последствиях говорить рано, если только шахты в Спрус-Пайне не возобновят работу в течение длительного времени и имеющихся запасов кварца не хватит.

• Залежи кварца высокой чистоты существуют также в Китае, Бразилии, Индии и России. Однако себестоимость добычи на них выше, чем в Спрус-Пайне. К тому же, американское месторождение давно включено в отлаженные цепочки поставок по всему миру. Длительный простой может поменять расклад сил на рынке и вынудит обратить внимание на других добытчиков кварца, чтобы преодолеть зависимость от единственного поставщика.

• В России добыча кварца высокой чистоты ведется возле города Кыштым (Челябинская область) и села Саранпуль (ХМАО) компаниями «Русский кварц» и «Полярный кварц» — доля этих компаний на мировой рынке сырья составляет 5%. В их каталогах есть сорта кварца, схожие по составу с добываемыми в США. Их используют в оборонной, оптической промышленности и микроэлектронике, но для производства микрочипов он не подходит.

• Геологи отмечают, что в России и других странах СНГ обширные запасы особо чистого кварца, однако отличие от американского более чем в 0,1% по количеству примесей в нем других минералов делает процесс его очищения и синтеза в разы дороже. Дело в том, что особо чистый кварц очищают так, чтобы получить кремний, чистый на 99,99999999999% и не меньше. Для этого количество минеральных примесей в добываемом кварце должно быть минимальным — кварц такой чистоты есть только в Северной Каролине вследствие геологических процессов движения плит миллионы лет назад.

При подготовке материала «Известия» общались с

• директором компании «ИТ-Резерв» Павлом Мясоедовым.