США стремятся стать лидером по производству чипов, но есть преграды

Известно, что полупроводниковая промышленность была изобретена и развита в Соединенных Штатах, однако большая часть самых высокопроизводительных чипов в настоящее время производится Тайваньской компанией по производству полупроводников (TSMC), годовой доход которой составляет более 70 миллиардов долларов США исключительно от производства чипов для устройств, разработанных другими компаниями.

Высокотехнологичные микросхемы играют важную роль в мировых электронных системах. Так, для решения проблем в оборонной сфере, правительство США выделило сумму в 50 миллиардов долларов на на финансирование самых передовых заводов по производству чипов внутри страны. Основная идея заключается в возрождении производства высокопроизводительных чипов непосредственно на территории США, что укрепляет независимость страны в области производства ключевых компонентов электроники.

Производство высококачественных микросхем является наисложнейшей задачей в мире, а строительство заводов под них обходится в миллиарды долларов, но это еще не все. Квалифицированный персонал для их эксплуатации невозможно купить - его необходимо обучать и развивать в производственной среде. Такая программа не увенчается успехом без значительного увеличения числа современных технологов, способных управлять такими заводами.

Широко разрекламированные заводы TSMC, которые планировалось построить на субсидии правительства США, неоднократно откладывались. Завод, открытие которого запланировано на 2026 год, не будет введен в эксплуатацию до 2027 или 2028 года, сообщила TSMC 19 января. Открытие еще одного завода было отложено до 2025 года, по сравнению с запланированным открытием в 2024 году. Компания объясняет это нехваткой квалифицированных рабочих, так как требуются работники уникальной квалификации, которые проходят подготовку не месяцами, а годами. Да, оборудование для строительства таких заводов имеется в продаже, но оно чрезвычайно сложное и автоматизированное и без специалистов функционировать не будет. В результате чего, Intel остается единственным отечественным производителем высокопроизводительных чипов.

Однако, Соединенные Штаты по-прежнему лидируют в разработке чипов самой высокой производительности, и недавний успех Nvidia в области чипов с поддержкой искусственного интеллекта (производимых TSMC) является тому доказательством. За исключением Intel, США с радостью готова передать производство самых сложных интегральных схем на аутсорсинг компании TSMC, которая оказалась одной из самой надежной в мире производственной компанией.

TSMC годами приобретала возможности и навыки для производства лучших передовых устройств, разработанных компаниями по всему миру. Любому потенциальному конкуренту приходится преодолевать множество препятствий, самые большие из которых связаны с опытом руководства и персонала. Сегодня TSMC - это лидер в области технологий производства микросхем в глобальных объемах.

Проблемы производителей

Два фактора делают производство высокопроизводительных чипов таким сложным. Во-первых, это уменьшение размеров транзисторных устройств, которые сейчас находятся в низконанометровом диапазоне. (приближающихся к межатомным расстояниям), а во-вторых, необходимость управления производственным процессом, в котором различные, очень тонкие химические материалы (пленки) наносятся на пластину диаметром 12 дюймов. Обычно необходимо наносить и формировать структуры  из 100 и более, таких пленок, с использованием различных методов. То есть, получаем производственный процесс, который требует как технологию тонкого материала, так и точного создания моделей, размер которых приближается чуть ли не к размеру атома. Готовый чип может содержать несколько миллиардов транзисторов, соединенных между собой, на квадратный дюйм поверхности.

Управление таким производственным процессом, возможно, является самой сложной производственной проблемой в мире. Разные продукты требуют разных производственных этапов, число которых от начала до конца исчисляется тысячами. В производственном процессе не может быть ошибок, поскольку ошибки будут влиять на производительность устройств. Можно себе представить, как сложно войти в такой производственный бизнес. 

И вот правительство США предлагает финансовую поддержку участникам этого производственного бизнеса. Только самые сильные возьмут на себя такую ответственность. Однако самой большой проблемой будет подбор персонала.

Для эксплуатации завода по производству микросхем такой сложности, требуются люди с высоким уровнем технологических навыков. Прежде всего, нужны люди, хорошо обученные химическим, механическим и электронным технологиям, лежащим в основе производственного процесса. Интересно, что в TSMC именно технологи производства являются главными лицами, принимающими решения, поскольку они лучше всего понимают компромисс между производительностью процесса и производительностью устройства. Именно этот эффективный процесс принятия решений отражается на производственных показателях и затратах компании.

Есть ли способ достичь цели правительства США? Да, есть, считает Генри Крессел (Henry Kressel) — изобретатель, технолог и писатель, а также долгосрочный частный инвестор в технологические компании. Но при условии, что будут сделаны серьезные инвестиции в "правильные" образовательные программы, и возможно, посредством финансируемого государством обучения в местных колледжах со очень строгими стандартами.

"Это не краткосрочное мероприятие. Я считаю, что подготовка кадров для самых современных отраслей, в целом принесет пользу экономике США и обратит вспять продолжающийся спад в отечественных высокотехнологичных отраслях", - сказал Генри Крессел. А без должного профессионального образования деньги налогоплательщиков США будут потрачены впустую.