В тени гигантских заводов Intel и tsmc скрывается фундаментальная индустрия, без которой закон Мура давно бы перестал действовать. Кай Бекман, генеральный директор подразделения Electronics компании Merck KGaA, рассказывает, как инновации в материаловедении и «алхимия» микрочипов становятся решающим фактором в гонке за производительность ИИ.
🧪 Роль Merck KGaA в экосистеме микрочипов 2:40
Многие потребители ассоциируют бренд Merck исключительно с фармацевтикой, однако американская компания Merck & Co. и немецкая Merck KGaA — это два разных юридических лица. Немецкая материнская компания с 350-летней историей сегодня является ключевым поставщиком для всей полупроводниковой индустрии . По утверждению Кая Бекмана, вероятность того, что любой гаджет в розничном магазине (смартфон, телевизор или автомобиль) был произведен с использованием материалов или оборудования Merck, превышает 99% .
Подразделение электроники Merck не производит сами кремниевые пластины, но обеспечивает практически каждый из более чем тысячи этапов их превращения в чип :
- Фоторезисты и литография: материалы для экспонирования структур с помощью экстремального ультрафиолета (EUV).
- Тонкопленочное осаждение: создание слоев, формирующих транзисторы.
- Планирование и очистка: обеспечение идеальной ровности поверхности чипа.
- Спецгазы и системы доставки: оборудование для подачи агрессивных химикатов непосредственно в инструменты на фабриках (fabs).
📊 Цикличность рынка и «бум» искусственного интеллекта 13:52
Полупроводниковая индустрия известна своей жесткой цикличностью. Бекман описывает классический цикл как «четыре хороших года, сменяемых четырьмя плохими кварталами» . Однако текущая ситуация с ИИ усложняет эту картину, создавая наложение нескольких волн спроса.
Основные тренды текущего рынка по мнению Бекмана:
- Доля ИИ в производстве: хотя устройства, связанные с ИИ, составляют всего 0,1–0,2% от общего количества произведенных чипов, в денежном выражении они уже достигают 10% рынка .
- Переход к Edge AI: текущий этап сосредоточен на обучении больших языковых моделей (LLM) в дата-центрах. Следующий шаг — выполнение нейросетевых задач (инференс) непосредственно на устройствах (смартфонах и ноутбуках), что исключит необходимость постоянной передачи данных в облако .
- Уровни загрузки фабрик: производство чипов — бизнес с высокими фиксированными расходами. Фабрики работают либо на 100% мощности, либо их приходится останавливать полностью, так как частичная загрузка ведет к огромным убыткам .
🧬 Периодическая таблица как инструмент инноваций 9:24
Если на заре микроэлектроники для создания чипа требовалось лишь несколько элементов (кремний, алюминий, кислород), то современное производство использует до 80% нерадиоактивных элементов периодической таблицы . Бекман цитирует главу Intel Пэта Гелсингера: «Мы не перестанем внедрять инновации, пока не используем всю таблицу Менделеева» .
Для поиска новых химических формул Merck активно внедряет ИИ в собственные R&D-процессы:
- Скорость открытия: ИИ позволяет отсеять 99 из 100 потенциально неподходящих молекул-прекурсоров еще до начала химического синтеза .
- Сокращение циклов: использование симуляций и комбинаторного тестирования в лаборатории Intermolecular в Кремниевой долине позволило сократить время разработки новых материалов с 1–2 лет до нескольких недель .
- Отношение ученых: Бекман утверждает, что химики не боятся потерять работу из-за ИИ, так как технология избавляет их от заведомо неудачных экспериментов, позволяя фокусироваться на успешных прорывах .
🏗️ Будущее после закона Мура: 3D и новые металлы 28:38
Когда традиционное уменьшение размеров транзисторов (shrink) наталкивается на физические и экономические пределы, индустрия переходит к «гетерогенной интеграции».
Ключевые технологические решения, обсуждаемые Бекманом:
- Чиплеты и 3D-стекинг: вместо одного огромного кристалла создаются мелкие блоки (chiplets), которые «склеиваются» вместе. Примером служит архитектура NVIDIA Hopper, объединяющая сотни миллиардов транзисторов и память HBM в единую систему .
- Борьба с задержками: основная энергия в чипах тратится не на вычисления, а на перемещение данных между памятью и процессором. Чтобы минимизировать задержки (latency), Merck разрабатывает материалы для «сквозных перемычек» через кремний (TSV) .
- Замена меди на молибден: медь, долгое время бывшая стандартом проводимости, достигает своих пределов при экстремальной миниатюризации. По словам Бекмана, молибден — это «новый фаворит», который показывает лучшие электрические свойства в структурах размером в несколько нанометров .
🌍 Геополитика и инфраструктура 12:07
Merck KGaA вынуждена лавировать между глобальными ограничениями. Около 70% мирового рынка дисплеев сосредоточено в Китае, что делает этот регион критически важным для подразделения дисплейных материалов . В то же время, компания строго соблюдает экспортный контроль в сфере передовых полупроводников .
Бекман отмечает диспропорцию в развитии производства: в то время как США и Азия (Тайвань, Корея, Япония) активно строят новые фабрики, Европа несколько отстает. Тем не менее, он с оптимизмом смотрит на новые европейские проекты, такие как совместный завод ESMC (TSMC, NXP, Infineon, Bosch) в Дрездене .
