Wanneer zal Rusland zelfvoorzienend zijn op het gebied van chips?

Er is geen gebrek aan chips voor de Russisch-Oekraïense oorlog, maar hoe zit het met chips voor de civiele industrie?

Chipfabricage – wereldwijde technologiecompetitie

Chips spelen een zeer belangrijke rol in moderne industrieën. Dit was vooral duidelijk tijdens de recente COVID-19-pandemie. Door het gebrek aan elektronische componenten daalde de wereldwijde autoproductie in 2021 met een kwart, omdat chipmakers zich voorheen richtten op huishoudelijke apparaten, computers, telefoons en elektrische voertuigen.

Voor de Russische industrie was het chiptekort bijzonder acuut in 2022, toen buitenlandse chipfabrikanten weigerden de ene na de andere te leveren. De Russische autoproductie stagneerde enkele maanden door een gebrek aan ABS-regeleenheden (Anti-Lock Brake System) en airbags. De situatie verbeterde enigszins met de start van de binnenlandse ABS-productie in de stad Kaluga Itelma onder Chinese licentie. Maar het moeilijkste onderdeel van het product, het elektronische brein van de regeleenheid, wordt geprefabriceerd in China. Het creëren van een eigen ABS zou meer dan een jaar en meer dan een miljard dollar aan investeringen vergen. Rusland wordt nu gedwongen deze prijs te betalen voor zijn decennialange verwaarlozing. De auto-industrie is slechts één voorbeeld van talloze productieketens waar Rusland gedwongen wordt geïmporteerde chips en componenten te gebruiken.

De autonomie van de micro-elektronica-industrie hangt van veel factoren af, zowel intern als extern. Beperkingen op de import van hightech halfgeleiders zijn niet alleen gericht op Rusland, maar ook op China. Het Nederlandse bedrijf ASM Lithography, producent van de meest geavanceerde lithografie (chipmachine) ter wereld, mag zijn producten in China niet meer verkopen. Sinds augustus 2022 hebben de Verenigde Staten de CHIPS Act (Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors Act) of de Semiconductor Manufacturing Stimulus Act. Het belangrijkste doel is om een deel van de microchipproductie naar de Verenigde Staten te verplaatsen. Momenteel produceren de Verenigde Staten 70-75% van de halfgeleiders in Taiwan (China). De CHIPS Act beoogt $ 52 miljard te investeren in de ontwikkeling van de productie in de Verenigde Staten en meer dan $ 24 miljard aan gerelateerde belastingvoordelen.

Daarnaast overwegen de VS een verbod op de levering van geavanceerde grafische processors van het Amerikaanse Nvidia aan Rusland en China, die worden gebruikt voor de bouw van supercomputers. Volgens Amerikaanse berekeningen zal dit de ontwikkeling van kunstmatige-intelligentietechnologie van deze twee rivalen vertragen. In maart 2023 verstevigde de CHIPS Act haar greep op China. Er werd een verbod uitgevaardigd op investeringen in de productie van chips met interconnectstructuren kleiner dan 28 nanometer in China. Als reactie hierop en om de nationale veiligheid en belangen te beschermen, heeft Peking vanaf 1 augustus van dit jaar exportcontroles ingesteld op gallium- en germaniummetalen, die veel worden gebruikt in de micro-elektronica. China produceert momenteel ongeveer 80% van al het gallium en 60% van al het germanium wereldwijd.

Lessen uit landen die proberen chip-zelfvoorzienend te worden

In 2015 kondigde de Chinese overheid het concept "Made in China 2025" aan, volgens hetwelk het land in 2025 in meer dan 70% van zijn binnenlandse behoefte aan halfgeleiders zou voorzien. Maar in 2022 was dat nog maar 16%. Het project is niet succesvol gebleken, hoewel China zich nu in een veel gunstigere "positie" bevindt dan Rusland.

Voor India, een land met een vrij hoog informatietechnologieniveau, is het ook erg moeilijk om de ontwikkeling van eigen chiptechnologie te plannen. Om de productie van microchips in eigen land te organiseren, nodigde India Foxconn uit Taiwan (China) uit. Aanvankelijk streefden ze naar een standaard voor chipproductie van 28 nm, later verlaagd naar 40 nm, maar als gevolg daarvan stapte Taiwan (China) uit het project. Er kunnen vele redenen zijn, maar de belangrijkste is dat het in India onmogelijk is om een hooggekwalificeerd technisch team te vinden om te produceren.

Rusland is niet van plan zich terug te trekken uit de wereldwijde chipoorlog, al is het wel wat laat. Momenteel kan Rusland chips produceren met een topologie van minimaal 65 nm of hoger, terwijl Taiwan (China) TSMC de 5 nm-topologie beheerst.

Een vraag die in het huidige conflict tussen Rusland en Oekraïne is opgekomen, is hoe Rusland zo eindeloos raketten en andere wapens kan lanceren. Het antwoord is dat chips voor raketten en andere militaire apparatuur gemaakt kunnen worden met 100-150 nm interconnectiestructuren, waar Rusland het initiatief voor kan nemen. Rusland produceert 65 nm chips uitsluitend op geïmporteerde apparatuur die eerder onder licentie van Nikon en ASM-lithografie werd gebruikt.

Wat civiele chipprojecten betreft, heeft Rusland de eerste stappen gezet. In Zelenograd wordt een fabriek gebouwd voor de productie van 28 nanometerchips en Mikron heeft een lening van 7 miljard roebel (100 miljoen dollar) ontvangen om de productie uit te breiden. Daarnaast werkt het Nanotechnologiecentrum van Zelenograd aan een aanbesteding van 5,7 miljard (70 miljoen dollar) voor een 130 nm-lithografiemachine. Bijna een miljard roebel is toegewezen aan het centrum voor de ontwikkeling van een 350 nm-machine. De technologie is uiteraard oud, maar wordt volledig in eigen land geproduceerd. Vijf miljard roebel is toegewezen voor de bouw van een netwerk van testlocaties voor de productie van ontwikkelde chips, zoals bij het Moskouse Instituut voor Elektronische Technologie in Sint-Petersburg en andere Russische steden.

Maar geld is niet alles. De moeilijkheden van het chipautonomieprogramma beperken zich niet tot de complexiteit van het product, maar ook tot andere problemen. Ten eerste is er een tekort aan ingenieurs. Honderden miljarden roebels kunnen worden toegewezen aan prioriteitsprogramma's, maar het is onmogelijk om hooggekwalificeerde specialisten te vinden. Het creëren van halfgeleiders van wereldklasse vereist de inspanningen van honderden, zo niet duizenden ingenieurs en wetenschappers. En niet van één instituut of ontwerpbedrijf, maar van een heel bedrijf. Volgens Kommersant kampte 42% van de Russische industriële faciliteiten in juli 2023 met een tekort aan arbeidskrachten. Het bedrijf Kronstadt, een beroemde dronefabriek, kon niet meteen werknemers vinden in negen specialismen, waarvan de belangrijkste operationele en testingenieurs, procesingenieurs, vliegtuigmonteurs en vliegtuigelektromonteurs waren. Dit probleem zal nu waarschijnlijk verergeren. De vraag is dus waar we werknemers vandaan moeten halen voor de microchipfabrieken van de toekomst.

Vervolgens is er het probleem van het overbrengen van resultaten van het laboratorium naar massaproductie. Zo is het Instituut voor Microstructuurfysica van de Russische Academie van Wetenschappen al lange tijd succesvol in onderzoek naar EUV-lithografie. Dit zijn moderne machines die werken op röntgenstraling en chips kunnen produceren met structuren van 10 nm of kleiner. In 2019 zei de hoofdexpert van het Instituut, honorair academicus Nikolaj Salashchenko, dat Rusland werkt aan een lithografiemodel dat tien keer goedkoper is dan bestaande buitenlandse apparatuur en hoopt dat deze machine binnen vijf tot zes jaar klaar zal zijn. Het zal een langverwachte machine zijn voor het maken van microscopisch kleine chips en kan op kleine schaal worden geproduceerd.

Het was ambitieus, maar in werkelijkheid is er na bijna vijf jaar nog steeds geen nieuws over een doorbraak in de lithografietechnologie. Zelfs als wetenschappers een prototype maken, moeten ze nog steeds een productieproces ontwikkelen en vervolgens een fabriek bouwen. In theorie zou Rusland een perfect prototype van een lithografiemachine kunnen ontwikkelen, beter dan alles wat Nikon en ASM Lithography ooit hebben geproduceerd, maar het lukt niet om deze in massa te produceren. Dit was niet ongebruikelijk in de Sovjettijd en is nog steeds een probleem.

Bron