Как война России против Украины может усугубить нехватку чипов

Неон, бесцветный газ без запаха, как правило, не так интересен, как кажется, но эта скромная молекула играет решающую роль в создании технологий, которые мы используем каждый день. В течение многих лет этот неон также в основном поступал из Украины, где всего две компании очищают достаточно, чтобы производить устройства для большей части мира, обычно с небольшими проблемами. По крайней мере, так было до вторжения России.

Столкнувшись с разрушительной реальностью войны, украинская неоновая промышленность остановила производство. Одна из двух основных неоновых компаний Украины, «Ингаз», базируется в Мариуполе, который неоднократно подвергался бомбардировкам со стороны российских войск и в настоящее время находится в осаде. Другая компания, «Криоин», базируется в Одессе, где граждане в настоящее время готовятся к штурму. И в ужасающих условиях и растущем числе жертв среди гражданского населения безопасность людей, работающих в этих фирмах, является приоритетом, а не потенциальным воздействием на производителей технологий.

Однако будут и волновые эффекты. Производители полупроводников полагаются на неон для управления специализированными лазерами, которые они используют для изготовления компьютерных микросхем. В настоящее время неясно, есть ли у них достаточно времени, чтобы найти и разработать новые источники этого газа до того, как их резервные запасы закончатся: компании-производители чипов и отраслевые аналитики говорят, что в резерве находится неон на срок от одного до шести месяцев. Если он закончится, эти компании не смогут производить полупроводники. Это означает, что дефицит чипов во всем мире, который, как ожидается, прекратится где-то в следующем году или около того, может продлиться еще дольше, что приведет к повышению цен, задержкам поставок и нехватке критически важных технологий.

«Будь то электроника, автомобили, компьютеры, телефоны, новые самолеты, все, что вы можете себе представить, имеет полупроводниковый чип», — объясняет Унни Пиллаи, профессор наноинженерии в Политехническом институте SUNY. «В долгосрочной перспективе, если это не разрешится, вы больше не сможете покупать эти продукты на рынке».

Эта надвигающаяся нехватка является серьезным напоминанием о том, что производство технологий распространено по всему миру и среди разных компаний, некоторые из которых сосредоточены в одной стране. Компаниям-производителям аппаратного обеспечения, таким как Apple, Samsung и Intel, нравится такой подход, потому что они покупают компоненты у специализированных сторонних производителей, что позволяет им сократить трудозатраты и собирать устройства с высоким уровнем эффективности. Однако продолжающаяся война в Украине ясно показывает, что эта система также ненадежна, и что задержка в производстве даже самого простого компонента или ингредиента может поставить под угрозу доступ мира ко всем видам технологий. Neon — это всего лишь последний пример, но вряд ли он будет последним.

Хрупкая цепочка поставок неона, объяснение

Производители чипов обычно не производят собственный неон. Тем не менее, им нужен газ для работы высокоточных лазеров, которые они используют для превращения кремния — основного ингредиента чипов — в крошечные схемы, обеспечивающие работу компьютеров. Эти лазеры играют основную роль на этапе, называемом литографией, который происходит после того, как длинные кремниевые цилиндры, иногда называемые слитками, нарезаются на тонкие пластины кремния, которые называются пластинами и часто напоминают компакт-диски. Производители используют эти лазеры для гравировки крошечных тонких узоров на стекле, что запускает процесс преобразования листа кремния в лист чипов. Однако, поскольку эти чипы такие маленькие и сложные, производители должны контролировать точную длину волны света, излучаемого их лазерами. Вот для чего нужен неон.

«Неон — это то, что называется буферным газом. Вам нужно что-то инертное, чтобы играть роль в этом процессе генерации текущей длины волны света в лазере», — сказал Пиллаи Recode. «Это воздействие фактически создает эти электронные схемы».

Неон сам по себе не так легко получить. Газ обычно улавливается непосредственно из воздуха, поэтому производственные предприятия используют специальную технологию разделения воздуха для перегонки неона в жидкую форму, что позволяет отделить его от других молекул, таких как азот и кислород. Поскольку неон составляет лишь долю процента от воздуха, для производства количества неона, необходимого для полупроводниковой промышленности, требуется много воздуха. Это означает, что наиболее удобным местом для получения неона обычно является предприятие, которое уже использует ту же технологию по другим причинам. Как правило, это сталелитейные заводы, часто расположенные в бывшем Советском Союзе.

Этот базовый процесс улавливает неон в неочищенном виде, но производителям чипов обычно требуется более очищенная версия газа. Тут-то и вступают в дело две украинские компании «Ингаз» и «Криоин». Вместе Украина произвела около половины из 667 миллионов литров полупроводникового неона, который был использован в прошлом году, по данным Techcet, консультационной фирмы по цепочке поставок полупроводников. Cryoin в основном производит неон для производства чипов, но Ingas также производит другие виды неона, в том числе тот, который используется в неоновых вывесках, которые вы можете увидеть на витринах магазинов.

Еще до того, как Россия вторглась, были доказательства того, что поставки неона в Украину были уязвимы. Когда Россия аннексировала Крымский полуостров в 2014 году, цена на неон выросла примерно на 600 процентов, и компании начали сомневаться, сможет ли Украина надежно производить неон в долгосрочной перспективе. Были также признаки неприятностей в месяцы и недели, предшествовавшие нападению России. С декабря 2021 года цены на неон выросли в Китае, где также находится ряд производителей неона. Почувствовав скорое вторжение России, в начале февраля Белый дом приказал производителям микросхем начать поиски источников неона за пределами страны. Примерно две недели спустя ASML, один из основных поставщиков лазеров для чип-индустрии, также начал искать новые места для покупки неона.

В ответ производители чипов накопили запасы своего неона. На данный момент Ассоциация полупроводниковой промышленности, основная торговая организация, представляющая индустрию микросхем США, заявила, что из-за войны не будет «непосредственных рисков перебоев с поставками». Также возможно, что эти компании могут прибегнуть к мерам, которые они также использовали после кризиса в Крыму, например, к переработке неона, который у них есть, и к настройке своих лазеров, чтобы продлить срок службы неона. Проблема, однако, в том, что все это лишь краткосрочные решения, и неясно, как долго будет продолжаться война. В какой-то момент неон может закончиться.

Перестановки в индустрии чипов

Давнее удержание Украины в неоновой отрасли отражает десятилетия глобализации, политику свободной торговли и даже появление современных транспортных контейнеров, которые позволяют компаниям перемещать устройства с относительно низкими затратами с завода на завод по мере их сборки. Благодаря этой системе страны по всему миру смогли создать свои собственные ниши в более широкой цепочке поставок, как это сделала Украина в полупроводниковой промышленности. Но эта система крайне рискованна, особенно во время кризиса. Это может оставить рабочих в опасных условиях и людей без доступа к критически важным технологиям.

За последние два года нехватка полупроводников во всем мире снова и снова подтверждала это. Вспышки Covid-19 на заводах по производству чипов продолжают замедлять производство устройств. Так же как и нехватка электроэнергии в Китае, пожар в Японии и экстремальная погода в Техасе. Теперь автопроизводители продают автомобили без запчастей, а компании по производству сигнализаций изо всех сил пытаются заменить устаревшие домашние медицинские приборы и системы безопасности — и все потому, что чипов все еще не хватает. В этом смысле война на Украине — еще один пример того, как нехватка часто незамеченного компонента или ингредиента может вызвать каскад и сбить с курса всю технологическую отрасль.

«Эти основные материалы — части цепочки поставок — в большинстве цепочек поставок так много уровней вниз, что люди не задумываются об этом», — сказал Recode Вилли Ши, профессор делового администрирования в Гарварде. «Это функция сложной паутины, которую мы сплели за последние пару десятилетий».

Страны стремятся отказаться от этого подхода к производству полупроводников. Япония, Китай, Южная Корея и Европейский Союз начали или планируют инвестировать миллиарды долларов в развитие собственных мощностей по производству микросхем. В настоящее время США обдумывают план потратить более 52 миллиардов долларов на развитие американской индустрии микросхем, которая должна дать толчок отечественному производству технологий и сделать американские технологии намного менее зависимыми от других стран. Однако нехватка неона также подчеркнула, что индустрия чипов сильно зависит от широкого спектра компонентов. Если нехватка этих компонентов может продлить кризис поставок чипов, они, безусловно, сдержат грядущий ренессанс чипов.

Юрий Грипас/Абака/Блумберг через Getty Images

«Изменение, которое происходит прямо сейчас — переход от более глобальной экономики к более локальной экономике — это [war] действительно продвигает его в этом направлении», — пояснила Лита Шон-Рой, президент и главный исполнительный директор Techcet. «Каждому региону придется привести все в порядок, чтобы они могли быть более самодостаточными с точки зрения материалов».

В случае с неоном это уже происходит. По данным Techcet, еще в 2016 году Украина производила около 70 процентов неона, используемого в полупроводниках в мире. Но после крымского кризиса стали появляться новые источники неона. Некоторые производители стали в США перенастроили уже имеющуюся у них технологию разделения воздуха, чтобы они могли улавливать неон, а одна американская компания по промышленному газу, Linde, потратила 250 миллионов долларов на строительство завода по производству неона в Техасе. Производители в других странах, включая Китай и Южную Корею, также производят собственные неоновые изделия. В ответ доля Украины на рынке неона сократилась.

Однако решение проблемы дефицита неона не станет концом проблем индустрии чипов. Даже если появятся новые источники неона, продолжающаяся война все равно может привести к нехватке других критически важных материалов, используемых для чипов. Россия производит большую часть поставок палладия в США, металла, который используется в полупроводниках и каталитических преобразователях. Он также обеспечивает большую часть никеля в мире, критически важного материала для производства аккумуляторов для электромобилей, и C4F6, еще одного газа, используемого в производстве микросхем. В то же время Михаил Федоров, министр цифровой трансформации Украины, призывает некоторые компании-производители чипов, в том числе Qualcommполностью уйти из России.

«Когда происходят такие вещи, как это происходит в Украине, это обнажает все эти связи», — сказал Ши, профессор Гарварда. «Многие люди удивлены».

В будущем страны хотят меньше удивляться, поэтому они тратят много денег на разработку более самодостаточной — и более затратный — подход. Однако на данный момент глобальная цепочка поставок технологий остается карточным домиком. Это означает, что производство чипов, используемых для изготовления всего, от дефибрилляторов до шлемов виртуальной реальности, по-прежнему зависит от того, в целом ли мир находится в хорошем месте, где нет войн или пандемий. К сожалению, это не тот мир, в котором мы живем.