Завод чипів в Україні. Чи реально побудувати і скільки це коштує
У грудні 2023 року Мінцифри презентувало стратегію цифрового розвитку інновацій. Одним з її пунктів було будівництво заводу з виробництва чипів до
Ми розібралися, чи реально побудувати такий завод за п’ять років, скільки це може коштувати і які є нюанси з виготовленням чипів. Також Мінцифри розповіли DOU, які будуть перші кроки реалізації плану і у який спосіб можуть залучити партнерів.
📌 Навіщо Україні завод з виробництва напівпровідників
Напівпровідникові технології необхідні для багатьох інноваційних рішень, таких як штучний інтелект, датацентри, мобільні пристрої, інтернет речей. Особливо важливими мікрочипи є для оборонної галузі. Зокрема, для виробництва дронів, систем РЕБ тощо.
Створення власного виробництва напівпровідників є елементом незалежності. Таким чином можна уникнути зриву постачань, зауважує CTO «Око Камера» Євген Сиваченко.
«Мікрочипи бувають комерційного, подвійного призначення або для використання в ракетах. Якщо купуєте комерційні чипи, не факт, що виробник дав дозвіл на їхнє використання у товарах подвійного призначення, а тим паче у ракетах. Виробник може в будь-який момент заблокувати постачання, наприклад, якщо дізнається, що чипи використовуються саме у військових цілях», — зауважує Євген.
Довідка. «Око Камера» — український розробник і виробник тепловізійних камер для БпЛА, наземних роботизованих комплексів (НРК) та інших оборонних систем. Здійснює повний цикл виробництва в Україні, з українських і європейських компонентів.
Є кілька міжнародних маркетплейсів, наприклад Digikey, Mouser тощо. На них можна придбати чипи, здебільшого комерційного призначення, але їхня кількість обмежена. Виробники продукції не можуть покладатися на ці майданчики для серійного виробництва, а купують чипи лише для прототипування. Щоб мати гарантоване постачання чипів, потрібно працювати безпосередньо з виробником, створюючи проєкт. Важливо вказати його ціль і кінцевого споживача. У разі обману уряд країни-виробника може застосувати санкції.
Якщо проєкт буде призначений для військових цілей, великі виробники зазвичай відмовляються від співпраці через репутаційні ризики, хоча часто вони самі постачають ці чипи на внутрішній оборонний ринок.
Якби в Україні був завод чипів, це стало б важливим фактором, щоб закордонні виробники погоджувалися на співпрацю з нашими оборонними компаніями. Багато чипів для оборонної сфери не є складними у виробництві, і їх розробка та виготовлення в Україні цілком можливі.
Крім того, власне виробництво допоможе закрити питання ціни/якості. Китайські напівпровідники дешеві, але вони неякісні і їх масово купує росія. Тайванські, американські, канадські чи європейські кращої якості, але у кілька разів дорожчі за китайські.
Зрештою, для України це також можливість стати учасником ринку напівпровідників. Інтегруватися у глобальні ланцюги постачання та розвивати власне виробництво мікросхем. До прикладу, США у 2022 році виділили $52 млрд на розвиток чипової індустрії. Також ЄС інвестує 43 млрд євро, прагнучи зайняти 20 % світового ринку до 2030 року.
Особливо важливе власне виробництво напівпровідників для оборонної промисловості.
«Війна — це економіка. Наприклад, зараз плати обробки в середині тепловізійної камери коштують сотні доларів за одиницю, водночас їх можна замінити одним чипом вартістю одиниці доларів. Наразі потреба в тепловізійних камерах на фронті вимірюється сотнями тисяч одиниць. Той, хто контролює мікроелектроніку, може виграти війну», — підсумовує CTO «Око Камера».
⭐ Які чипи нам потрібні
Для виробництва сучасних смартфонів, комп’ютерів, процесорів для штучного інтелекту використовують 5 нм і 7 нм чипи. Однак виробництво таких чипів потребує інвестицій у десятки мільярдів доларів та доступу до передових технологій, які перебувають під суворими експортними обмеженнями.
За словами Євгена Сиваченка, наразі Україні наразі набагато більше потрібні фабрики, які будуть виготовляти
Чипи, виготовлені за технологіями 150+ нм, мають перевагу для оборонної та космічної сфери, адже вони стійкі до іонізувального випромінювання. Аналогова мікроелектроніка, яка є основою для понад 60% військових пристроїв, оптимізована саме під 150+ нм технологічні процеси.
«Деякі ракети досі працюють на аналогових обчислювачах, адже під час аналогових математичних операцій не втрачається точність, а оцифровування відбувається на останній операції. Звичайні комп’ютери зараз 64 бітні, а бітність аналогових комп’ютерів можна оцінювати тисячами», — пояснює експерт.
Фахівці підкреслюють, що головний виклик у війні — це не просто мати технології, а щоб вони були економічно доцільними.
⚙ «Відсоток виготовлення якісних чипів має бути не менше як 99%». Як відбувається розробка
Розробка та виробництво мікросхем — це складний багатоступеневий процес, який охоплює кілька ключових етапів: від ідеї до готового чипа.
"Завод сам собою не почне розробляти чипи — для цього потрібні компанії, які нададуть проєкти«, - каже Віктор Бордюже, заступник директора з технічних питань компанії Melexis.
Довідка. Melexis — міжнародна компанія, яка спеціалізується на розробці та виробництві напівпровідникових рішень, зокрема сенсорів та аналогово-цифрових мікросхем для автомобільної галузі, промислової, медичної та побутової електроніки. Має R&D представництво в Україні.
Перший етап — визначення потреби у конкретному чипі. Це може бути запит від оборонного сектора, промисловості або стартапів, які розробляють нові технології.
«Усе починається з того, що замовник або системний архітектор пише специфікацію на чип: які функції він має виконувати, які до нього технічні вимоги», — пояснює Віктор.
На цьому етапі конструкторські бюро аналізують вимоги та обирають оптимальну технологію виробництва (наприклад, 110 нм або 180 нм), балансуючи між необхідною елементною базою та вартістю чипа.
Далі інженери створюють схемотехнічне рішення — електронну схему майбутньої мікросхеми.
Це охоплює:
- Аналогову та цифрову схемотехніку — розробка електричних схем аналогової частини та RTL-коду цифрової частини.
- Embedded SW — у випадку мікросхем, які мають вбудований мікропроцесор.
- Розробку топології (layout) — створення фізичного дизайну мікросхеми для розміщення її компонентів на кристалі.
- Верифікацію та симуляцію — перевірку працездатності схемотехніки в програмних середовищах.
«Спочатку ми розробляємо схемотехніку, потім переходимо до топології, яка визначає, як виглядатиме чип у кремнії», — зазначають у Melexis.
Після фінального затвердження дизайну мікросхеми її передають на виробничий завод (фаб), який виконує такі кроки:
Фотолітографія — за допомогою ультрафіолетового світла та фоторезисту визначаються ділянки майбутніх транзисторів, резисторів, конденсаторів.
Легування — внесення домішок у визначені ділянки, щоб отримати електричні властивості і з’ясувати тип провідності.
Формування підзатворного діелектрика для МДН (метал — діелектрик — напівпровідник) транзисторів.
Еtching — видалення зайвих шарів матеріалу або фоторезисту формування області контактів тощо.
Металізація — нанесення металевих шарів для створення електричних з’єднань поміж елементами схеми.
Пасивація — вирощування шару захисного оксиду на поверхні чипа.
«Кремнієва фабрика — це лише один крок у ланцюгу. Вона виготовляє чипи, але їх ще треба зібрати у корпус і протестувати», — пояснює експерт.
Після виготовлення чипи проходять корпусування, що передбачає:
- Розрізання пластини на окремі кристали.
- З’єднання контактних ділянок чипа з виведеннями корпусу за допомогою золотих чи мідних дротів.
- Формування пластику для захисту кристала від зовнішніх впливів.
Після цього уся продукція тестується та дефектні чипи відбраковуються
«Відсоток виготовлення якісних чипів має бути не менше ніж
97-99% — це ключовий показник ефективності виробництва», — зазначає представник Melexis.
Також кожна мікросхема перед серійним запуском у виробництво випробовується в умовах екстремальних температур, вологості, електромагнітних завад тощо.
За словами Віктора, сучасна середньостатистична фабрика може виробляти до 100 тисяч пластин на рік, кожна з яких містить
Проте в Україні йдеться про менші масштаби виробництва. Наприкінці 2023 року Михайло Федоров казав, що завод зможе виробляти до 50 000 чипів на місяць.
🏗 «Нам не потрібен завод-монстр на десятки мільярдів». Яким має бути завод
Експерти наголошують, що будівництво напівпровідникового заводу — це не просто зведення приміщення та встановлення обладнання.
«Якщо ми хочемо робочий об’єкт, потрібен техпроцес, підготовлені люди і розуміння, як його інтегрувати в економіку країни. Нам не потрібен завод-монстр на десятки мільярдів. Є ризик, що його зруйнують. Нам потрібна невелика фабрика, яка вироблятиме саме те, що нам потрібно, і при цьому буде максимально захищена», — каже Євген, CTO «Око Камера».
Також Євген є прихильником думки, що будувати завод на поверхні ризиково. Бо в умовах війни такі об’єкти стають пріоритетною ціллю для ракетних ударів. Тому бачить два варіанти: розмістити завод глибоко під землею або розподілити виробництво між кількома локаціями.
Ще один виклик — обладнання. Літографічні установки та інші критичні компоненти постачають з великими затримками. Навіть за сприятливих умов доведеться чекати рік-півтора, поки їх доставлять і змонтують.
«Нам треба вже сьогодні замовляти обладнання, не можна чекати. Навіть якщо ми трохи помилимося із технологією. Головне питання не тільки в обладнанні й термінах його постачання, а в тому, чи нам його взагалі продадуть. Бо постачальники прагнуть фінансового результату. Хоча не думаю, що з обладнанням для 150 нм чи бодай 80 нм технології будуть проблеми», — каже Євген.
Окрім цього, такий завод має мати чисті приміщення. Чисте приміщення — це спеціально обладнаний простір із контрольованим рівнем забруднень у повітрі, із стандартизованим рівнем вологості та атмосферного тиску.
«Завод із виробництва чипів — це велика гермозона. Працівники проходять через гейти, обдуваються, одягають герметичні костюми. Якщо чип має розмір 2×3 мм, уявіть, що буде, коли на нього впаде щось зайве, наприклад волосина. Крім того, завод буде потребувати інфраструктури подачі/відведення певних хімікатів, систем контролю температури і вологості в гермозоні», — ділиться Віктор Бордюже.
💸 Скільки коштуватиме завод
Оцінка вартості зведення заводу для виробництва чипів залежить від кількох ключових факторів. Окрім самого будівництва, важливу роль відіграє технологія та обладнання, яке буде використовуватися.
«Заводу потрібні чисті гази, чисті приміщення, вся інфраструктура, розхідники, як-то клей, реагенти тощо. Постачальник обладнання захоче, щоб ми їх купували у нього, а наш інтерес виготовляти їх в Україні, треба заводити якомога більше технологій в середину країни», — підкреслює Євген.
Додаткові витрати стосуються підготовки кваліфікованих фахівців, їхнього навчання та постійного підвищення кваліфікації.
В «Око Камера» оцінили вартість будівництва такого заводу в $1 мільярд.
«Один мільярд — це лише старт. П’ять мільярдів виглядає реалістичніше. Але починати все одно треба», — каже Євген.
Melexis, після консультації з бельгійськими колегами, також назвали оцінку в $1 мільярд для заводу, який може працювати з кремнієвими пластинами діаметром 8 дюймів (на сьогодні існують і більші діаметри пластин, як-от 12 дюймів). Йдеться саме про завод з виготовлення чипів. Корпусування та тестування інтегральних мікросхем можуть бути окремими заводами.
«Якщо говорити про такі потужності, як у TSMC, то там усе значно складніше й дорожче — одні лише фотошаблони коштують величезних грошей. Але якщо ми говоримо про 110 нм чи 180 нм техпроцеси — то такі техпроцеси будуть вимагати менше витрат, але вони лишаються актуальними і сьогодні. Melexis спеціалізується на розробці інтегральних мікросхем і не має власного кремнієвого заводу. В цьому питанні покладаємося на постачальників і партнерів. Так, за оцінками бельгійських колег, будівництво такого заводу коштуватиме близько мільярда доларів і займе два-три роки», — підсумовує Віктор.
У коментарі для DOU представники Мінцифри зазначили, що вартість заводу буде визначатися на етапі переговорів з міжнародними партнерами, але за попередніми оцінками загальна сума може коливатися від $1 до $3 млрд. Цей діапазон вартості зумовлений вибором технології та масштабу виробництва.
«Це дуже комплексне завдання, ми дивимося на це як на відбудову всієї напівпровідникової галузі, а не лише на фабрику. Окрім безпосереднього спорудження заводу, необхідно враховувати вплив державних субсидій та програм, які зазвичай покривають близько 30% витрат, хоча це залежить від конкретного проєкту», — підкреслює член експертної команди при Міністерстві цифрової трансформації України Євгеній Астахов.
⏰ За скільки часу його можна збудувати
З урахуванням війни в Україні та труднощів у глобальних поставках обладнання, терміни будівництва заводу неможливо точно спрогнозувати. Однак експерти поділилися приблизними розрахунками.
«Треба створити завод, який зможе якомога швидше задовольняти потреби воєнного часу, бо чипи потрібні негайно. Для цього важливим є не тільки проєктування та отримання дозволів на купівлю потрібного обладнання, а й захист заводу. За моєю оцінкою, потрібен приблизно рік на проєктування та захист», — каже Євген, CTO «Око Камера».
Під захистом мається на увазі створення умов для розташування заводу глибоко під землею. Після цього почнеться безпосередньо монтування та запуск обладнання. Його тривалість Євген не прогнозував, але зауважив, що такий завод цілком реально побудувати до 2030 року в нинішніх реаліях.
Заступник директора з технічних питань Melexis зазначив, що для будівництва середньостатистичного заводу з виробництва напівпровідників у мирний час необхідно
«Складно сказати точно, триває війна, можливо, все буде відбуватися швидше або повільніше, ніж ми очікуємо», — каже Віктор Бордюже.
Мінцифри планувала почати будівництво фабрики у 2025 році, але зараз ці плани оновили. Ось новий приблизний таймлайн, яким поділилися з DOU:
- 1 квартал 2025 року — публікація секторальної стратегії розвитку напівпровідникової галузі.
2025-2026 роки — розробка та ухвалення законопроєкту Chips Act UA.- 2025 рік — створення WINWIN CoE і Semiconductors Lab (освітні ініціативи).
2025-2026 роки — запуск перемовин з потенційними партнерами та вибір одного з варіантів для співпраці.
🥼 Чи є в Україні потрібні фахівці
Шукаєте роботу в оборонці?
Розвиток мікроелектронної галузі потребує належної підготовки висококваліфікованих кадрів, оскільки навіть якщо є виробничі потужності, важливу роль відіграють фахівці, здатні реалізувати складні технічні процеси.
За словами Євгена Сиваченка, в Україні є компанії, які вміють виготовляти кремнієві пластини великих діаметрів (до 8 дюймів), вміють різати пластини на чипи та приварювати до чипів контакти. Але це тільки частина повноцінного виробництва мікросхем. Треба зробити сучасним весь цикл від проєктування дизайну чипа до корпусування так, як це відбувається на сучасних фабах.
«Що ми вже вміємо робити в Україні щодо мікроелектроніки? Ми можемо добре вирощувати власне пластини, у нас багато кремнію. Нині наші фахівці працюють на Європу, але чому б не залучити їх для роботи на чиповому заводі в Україні», — каже Євген Сиваченко.
Євгеній Астахов з Мінцифри зазначив, що українські підприємства виробляли до 40 % мікроелектроніки за часів СРСР. Але після розпаду союзу частина фахівців емігрувала або змінила сферу роботи. А ті, хто залишився, працюють у міжнародних компаніях над розробкою ПЗ і дизайном мікросхем.
Віктор Бордюже з Melexis наголошує, що поява заводу в України потенційно зможе популяризувати напрям мікроелектроніки серед студентів. Це дозволить готувати молоді кадри в Україні.
«Нині, якщо у студентів є знання математики, фізики, вони найчастіше обирають сферу програмування. Це через те, що багато людей розповідають про свій позитивний досвід роботи в галузі розробки програмного забезпечення, а результати вони бачать кожен день на екранах. Тому якщо завод стане реальною можливістю — це створить певний імпульс зацікавленості у нашої молоді », — зазначає Віктор.
Щодо робочих місць, то, як зазначає представник компанії Melexis, на запитання про мінімальну кількість працівників, необхідних для функціонування заводу: «Скоріш за все це сотні, можливо до тисячі людей — нам треба брати до уваги, що сучасний завод має мати високий рівень автоматизації виробництва».
📝 Які варіанти для появи заводу бачать у міністерстві
Як зауважує DOU представник Мінцифри Євгеній Астахов, експертна робоча група при міністерстві визначила два основних варіанти втілення проєкту з будівництва заводу чипів в Україні.
Перший варіант передбачає ліцензування готової технології «під ключ». У такому разі Україна закуповує готову технологію з усіма супутніми документами та процесами. Цей варіант дає змогу скоротити час на запуск виробництва, адже технологія вже апробована в інших країнах.
Важливим етапом є навчання українських фахівців, що потребує підготовки за кордоном. Як зазначає Євгеній Астахов, підготовка кадрів за кордоном є важливою для успішного освоєння цих технологій.
Процес схожий на те, як навчаються пілоти для управління F-16
Залучення компанії через ліцензію дає змогу державі контролювати будівництво виробничих потужностей та запуск пілотної лінії. Однак експерт зазначає, що цей шлях потребує великих фінансових затрат, адже ліцензовані технології можуть бути досить дорогими.
«Прикладом успішного застосування такої стратегії є Індія, яка ліцензувала технологію TS18SL 180 нм від ізраїльської компанії TowerSemi. Після освоєння цієї технології Індія розширила виробництво для задоволення потреб власної оборонної та аерокосмічної галузей, а згодом вийшла на зовнішні комерційні ринки», — каже Євгеній Астахов з Мінцифри.
Другий варіант — залучити стратегічного партнера, тобто знайти міжнародні компанії, які мають досвід у будівництві та запуску високотехнологічних виробництв. У цьому випадку Україна створює інвестиційно привабливі умови, щоб такі партнери погодилися цим зайнятися.
Це може передбачати державні гарантії, підтримку бізнес-середовища для іноземного партнера та технічну підготовку до будівництва і запуску заводу. За світовими стандартами, держави зазвичай субсидують до 30% подібних проєктів. Однак навіть зі значними інвестиціями та підтримкою з боку держави запуск фабрики такого масштабу зазвичай займає два і більше років.
Станом на сьогодні, на думку експерта Мінцифри, другий варіант є більш реалістичним для України, оскільки дасть змогу швидше запустити виробництво.
Остаточне рішення щодо варіанту партнерства наразі не ухвалили. Згідно із планом Мінцифри, визначитися мають до кінця 2025 року.
Окрім цього, Мінцифри виокремило ключові напрями для вибору технології:
- Фокус на зрілі технології. Для України не потрібно орієнтуватися на передові вузли, тому що їхня вартість може досягати десятків мільярдів доларів. Замість цього обрані технології, такі як
180-130 нм, є більш економічно доцільними. - Універсальність у виробництві інтегральних схем. Технологія повинна підтримувати виробництво базових цифрових та цифроаналогових мікросхем для різних галузей: телекомунікацій, автомобільної електроніки, сенсорів тощо.
- Використання Multi-Project Wafer (MPW). Ця модель дає змогу оптимізувати використання ресурсів, розміщуючи різні типи мікросхем на одній пластині.
- Радіаційна стійкість. Технологія повинна підтримувати створення радіаційно стійких мікросхем для оборонної та аерокосмічної галузей.
- Програмне забезпечення для проєктування. Технологія повинна містити повний набір EDA (Electronic Design Automation) програмного забезпечення для створення сучасних мікросхем.
Дякуємо за допомогу в підготовці матеріалу експертам:
Віктор Бордюже — начальник відділу з розробки аналогової частини інтегральних схем, заступника директора з технічних питань компанії Melexis.
Євгеній Астахов — член експертної команди при Міністерстві цифрової трансформації України.
Євген Сиваченко — CTO "Око Камера", яка виготовляє тепловізійні модулі для дронів.
47 коментарів
Підписатись на коментаріВідписатись від коментарів Коментарі можуть залишати тільки користувачі з підтвердженими акаунтами.