Полупроводниковая промышленность: от технологического перехода RCA к нитриду галлия и квантовой упаковке — 50-летняя материальная революция

Si vs GaN сравнение объёма USB-C зарядных устройств одинаковой мощности. Photo: 4300streetcar, 2025-12-25. License via Wikimedia Commons.

Обзор за 30 секунд: TSMC в четвёртом квартале 2025 года на заводе Fab 22 в Каосюне начинает серийное производство 2-нм, опережая мир на 2–3 поколения¹. Но история не только в том, что транзисторы становятся меньше: в вашей сумке блок быстрой зарядки набитый нитридом галлия (GaN), GlobalWafers в Чжунли производит 8-дюймовые вейферы из карбида кремния (SiC), а GPU Blackwell от NVIDIA попадают в центры обработки данных только благодаря упаковке CoWoS от TSMC. От 1973 года, когда ITRI потратило 4,5 млн долларов на покупку технологии у RCA², до 2026 года, когда Академия Синьца вывела в сеть 20-кубитный сверхпроводящий квантовый чип³, Тайвань прошла путь от физики запрещённой зоны к атомно-слойному осаждению и топологическим кубитам. «Гора-страж» стоит на 50-летнем производственном опыте, но позиция фабрикации в квантовую эпоху Тайвань ещё не закрепила.

1985 года в один день политикующийся министр Ли Гуодин в Исполнительном юане вызвал только что вернувшийся на пост директора ITRI Чжан Чжунмоу. Ли Гуодин пошёл напролом: «Мы хотим создать компанию по производству сверхбольших интегральных схем, возглавь её ты».

Чжан Чжунмоу на секунду замер. Он думал, что приходит просто директором института, а через две недели его уже тащат создавать компанию с бизнес-моделью, которую никто раньше не пробовал.

Этот разговор изменил мир. Но 40 лет спустя оглядываясь назад, «мир» оказывается гораздо толще того, что представили в тот полдень. В него входит блок зарядки у вашего телефона — размером с два фаланга пальца и мощностью 65 Ватт, каждый GPU Blackwell, пожираемый NVIDIA в центрах обработки данных, и кубиты в лаборатории Академии Синьца, которые просыпаются только при температуре, близкой к абсолютному нулю.

Ставка на фабрикацию 1987 года

Завод TSMC Fab 5 в Хсиньчжьском научном парке, 2010 год. Photo: Peellden. License via Wikimedia Commons.

История начинается раньше. В 1973 году ITRI потратило 4,5 млн долларов, купив у американской RCA технологию интегральных схем, и направило 19 инженеров в США на обучение². Тогда никто не думал, что этот «учебный взнос» станет первым фундаментом тайваньского полупроводникового королевства. В 1980 году ITRI передало технологию, создав UMC — у Тайваня появилась первая полупроводниковая компания. Но Ли Гуодин не удовлетворился: масштаб UMC был мал, технологии не догонили международный уровень, Тайваню нужен был более крупный прорыв.

21 февраля 1987 года Чжан Чжунмоу в Хсиньчжьском научном парке учредил Тайваньскую компанию по производству интегральных схем (TSMC), зародив беспрецедентную бизнес-модель: чистая фабрикация.

В то время это звучало безумно. Во всем мире полупроводниковые компании были вертикально интегрированы — от проектирования до производства полный цикл, как можно только производить, не проектируя? Клиенты отдадут вам свои самые секретные маски топологии?

Логика Чжана Чжунмоу была проста: полупроводниковая промышленность становится всё сложнее, проектирование и производство — две совершенно разные специальности. Лучше сделать идеально одну вещь — производство чипов — довести его до мирового лучшего, чем делать всё и ни в чём не быть лучшим.

Структура акций TSMC при основании была изобретательна: правительство вложило 48,3%, частный сектор — 24,2%, голландская Philips — 27,6%⁴. Участие Philips было ключевым. Тогда полупроводниковую промышленность монополизировали США и Япония, Европе срочно нужен был альтернативный поставщик. Philips не просто вложилась, но и передала свои заказы на чипы TSMC, став первым важным клиентом.

Модель фабрикации запустила большой разделение труда в полупроводниковой промышленности: IC-дизайн-хаусы занимаются только проектированием чипов (Qualcomm, NVIDIA, MediaTek), фабрики — только производством (TSMC, UMC, GlobalFoundries), сборка и тестирование — задним этапами (ASE, SPIL). Раньше только гиганты вроде Intel, IBM могли позволить себе астрономические вложения в вейферные заводы, теперь любая стартап-компания с хорошей идеей могла спроектировать чип и отдать его TSMC на производство.

Ядром модели фабрикации является доверие. Клиенты должны верить, что TSMC не украдёт их проекты, не утечет коммерческие тайны, не станет с ними конкурировать. TSMC выстроила систему из четырёх принципов «правил доверия»: технологическая нейтральность (никогда не проектировать чипы самостоятельно), равенство клиентов (все получают одинаковые технологии и сервис), соглашения о неразглашении высшего уровня, справедливое распределение производственных мощностей. Эта система исполняется почти 40 лет без единого исключения.

📝 Заметка куратора: В 1987 году тайваньцы, которых ITRI в 1973 году отправило к RCA — 19 инженеров — только что перешагнули за 40. Они учили американским кремниевым процессам 1960-х, и никто не предполагал, что через 30 лет они станут заказчиками номер один в мировой упаковочной технологии. А решение TSMC не проектировать чипы самостоятельно — этот «добровольный кастрации» пункт — стал тем самым условием, от которого не могут отвязаться Хуан Жэньсюнь, Кук, Су Цзыфэн. Величие модели фабрикации не в том, что она сделала, а в том, что она выбрала не делать. Источника ещё раньше: 1947 год — изобретение транзистора в Bell Labs, 1958 год — Texas Instruments и Fairchild независимо создают интегральные схемы, 1949 год — правительство переезжает на Тайвань, привозит партию технических чиновников с инженерным бэкграундом (позже — костяк ITRI) — те 4,5 млн долларов RCA это эстафета, а не стартовая линия.

Лин Беньцзянь и ASML: ставка двух малышей в воде

Фабрикация — не одностороннее дело TSMC. Читатель @malathrone_21k_running в комментариях добавил важную историческую линию: у TSMC с Philips общая корневая система ещё и ASML — компания по фоторитографии, выделенная в 1984 году из голландской Philips, сегодня единственный в мире поставщик EUV (экстремально-фиолетовых) установок. 30 лет назад обе компании были малышами, на которых гиганты промышленности не смотрели⁵.

Ключевая фигура — тайваньский инженер Лин Беньцзянь (Burn J. Lin). С 1992 года он в исследовательском центре IBM Watson занимался фоторитографией, в 2000 году вернулся на Тайвань, вошёл в TSMC на пост директора R&D⁶. В ту эпоху битва за следующее поколение фоторитографии шла вокруг 157-нм глубокого УФ, на неё ставили Nikon и Intel, но 157 нм везде давало сбои: линзы из фторида кальция имели двойную рефракцию, тонкоплёнки слишком сильно поглощали эту длину волны, интеграция процесса была крайне сложна⁷.

Лин Беньцзянь в 2002 году на конференции SPIE по оптике предложил безумную идею: «Оставить 193-нм источник, но между линзой и вейфером залить воду». Преломляющий коэффициент воды 1,44, 193-нм свет в воде эквивалентен примерно 134-нм разрешению — тоньше, чем 157 нм, и не нужно менять ни источник, ни линзы⁸.

Nikon не поверила, продолжил ставить на 157 нм. ASML согласился поставить — он тоже был малышом, как и TSMC, в поисках физического рычага для переворота. В 2003 году ASML начал разработку 193-нм погружной (193i) фоторитографии, в 2007 году первым ввёл в серийное производство, и от 65-нм процесса эта технология протащила шесть поколений до прихода EUV⁸⁹.

«Nikon из-за страха перед теплом не решился на immersion, ASML с нами пришлось делать самим», — этот технологический путь сбросил Nikon с трона фоторитографии⁹. 30 лет назад два малыша каждый поставил свою ставку, сегодня один — единственный в мире производитель EUV-установок, другой — единственная в мире 2-нм фабрика. Две семени, посеянные голландской Philips, в 21 веке встретились на одной арене.

50-летняя материальная геносис: от кремния к нитриду галлия к топологическим сверхпроводникам

Чтобы понять поле битвы полупроводников 2025 года, нужно сначала понять одну физическую линию, которую никогда не объясняли чётко.

Кремний (Si) — начало этой линии. Его «запрещённая зона» — 1,1 электронвольт (эВ), это минимальный энергетический билет, который электрон должен заплатить, чтобы перепрыгнуть из валентной зоны в зону проводимости. Запрещённая зона мала — чип делать легко, но есть два потолка: высокое напряжение пробивает, высокая частота греется. PanSci формулирует этот предел прямо: «Рабочая частота полупроводников на кремнии ограничена лишь 100 кГц, если превысить 100 кГц, КПД резко падает, возникают серьезные проблемы с растратой энергии»¹⁰.

Нтрид галлия (GaN) — запрещённая зона 3,4 эВ, в 3 раза больше кремния. Предельное пробойное напряжение в 10 раз выше кремния. Рабочая частота может быть вытянута до 1 МГц, на целый порядок выше кремния¹⁰. Эта физическая цифра в быту переводится так: при той же мощности трансформатор и катушка дросселя на нитриде галлия могут быть гораздо меньше, требования к рассею тепла — гораздо ниже, и рождается блок быстрой зарядки, вписанный в ладонь.

Карбид кремния (SiC) идёт другим путём. Тоже широкозапрещённый (запрещённая зона 3,26 эВ), но более устойчив к высоким температурам и напряжениям. PanSci прямо указывает его поле битвы: «Карбид кремния при высоких температурах и высоких напряжениях обладает хорошей стабильностью, особенно с ростом спроса на быструю зарядку электромобилей, потребность в зарядке выше 1000 Вольт сделает кремниевые полупроводники, выдерживающие лишь 600 Вольт, неспособными справиться, ожидается, что SiC возьмёт на себя ключевые компоненты в электромобилях»¹⁰.

💡 Знаете ли вы: «Запрещённая зона» полупроводника определяет, какое напряжение он выдерживает, какую частоту тянет, сколько тепла выделяет. Кремний 1,1 эВ — 50-летний фундамент потребительской электроники; нитрид галлия 3,4 эВ держит 240-ваттную быструю зарядку телефона; карбид кремния 3,26 эВ въезжает в 800-вольтовый инвертор электромобиля; следующая станция — возможно, алмазный полупроводник 5,5 эВ. Вся материальная геносис — это лестница «вверх по энергоплотности», и Тайвань на каждой ступеньке должен торговаться с физическими пределами материальной науки.

Следующая станция пока без имени: возможно, алмаз (C, запрещённая зона 5,5 эВ), оксид галлия (Ga₂O₃, 4,8 эВ), или переход к совершенно иному физическому механизму, например топологическим сверхпроводникам (topological superconductor) — это путь квантового процессора Majorana 1, представленного Microsoft в феврале 2025 года¹¹. Меняется физика — переписывается вся промышленная цепочка.

Нтрид галлия в вашем блоке быстрой зарядки

Вернём камеру в ваш рюкзак.

Зарядка Nokia 3310 — 4,56 Ватт, блок быстрой зарядки 2025 года — 240 Ватт. Разница в 52 раза. PanSci свёл эту временную шкалу: «Сейчас самые модные блоки быстрой зарядки на нитриде галлия достигают 65 Ватт, различие в 13 раз, идеально время зарядки сократится до тринадцатой доли»¹⁰. Ещё более агрессивно: китайский бренд realme в начале 2023 года выпустил GT Neo5 с 240-ваттной сверхбыстрой зарядкой, толкнув этот коэффициент выше 50.

Эта кривая роста в физике опирается на переход к нитриду галлия, при этом толщина медных проводов и объём батареи наоборот сокращаются. Чтобы повысить мощность и уменьшить объём, самый прямой способ — поднять рабочую частоту, но «рабочая частота полупроводников на кремнии ограничена лишь 100 кГц»¹⁰ — это и есть «предел кремния» по PanSci. Нтрид галлий вытягивает рабочую частоту выше 1 МГц, трансформатор и дроссель синхронно уменьшаются, весь блок зарядки помещается в карман.

Проблема: именно когда тайваньский рынок быстрой зарядки готов был взорваться, TSMC объявила одну вещь — в июле 2027 года выход из фабрикации GaN¹².

За этим решением две давности. Первая — китайские GaN-заводы (China Resources Micro, Silan Micro, Renergy и др.) массово расширяют мощности, давя цену фабрикации до уровня, который TSMC не хочет принимать. Вторая — маржа AI-чипов слишком сладка, TSMC хочет перепрофилировать GaN-производство под линии передовых упаковок (CoWoS). Технологию лицензировали VIS (World Advanced Semiconductor) и GlobalFoundries, ношу тайваньской GaN-фабрикации перешло на Win Semiconductors (3163) и GigaDevice (8086) — компании, которые десять лет назад уже поставили на это¹².

⚠️ Спорная точка: Уход TSMC из фабрикации GaN читается двояко. Одни считают это «рациональным выбором оставить мощности под AI» — маржа 3-нм вейфера на чип в 20 раз выше 6-дюймового GaN, распределение мощностей естественно идёт туда, где возврат выше. Другие сомневаются: Тайвань сбрасывает GaN — значит отдаёт китайским заводам фундамент следующего поколения потребительской электроники (телефоны / ноутбуки / зарядки), «щит» кремневого щита остаётся только на AI-крае? Разница в том: вы считаете ценность «горы-стража» в «незаменимом самом передовом процессе» или в «целостном кластере всей цепочки поставок».

Независимо от TSMC, вейферного гиганта GlobalWafers, отечественных и зарубежных полупроводниковых гигантов — все давно сели в этот поезд¹⁰. Но в какой вагон сесть — это уже два разных вопроса.

8-дюймовые вейферы SiC от GlobalWafers

Если нитрид галлия — история быстрой зарядки телефонов, то карбид кремния — история электромобилей.

Ядром этой линии SiC на Тайване — GlobalWafers, а не TSMC. В 2024 году GlobalWafers довела месячную мощность 6-дюймовых SiC-вейферов до ~20 тысяч штук, саморозвитые кристаллорастягивательные печи расширили с 3 до 20, выход доброго продукта преодолел 50%¹³. В 2025 году началось серийное производство 8-дюймовых SiC-вейферов — это первый такой случай на Тайване.

CEO GlobalWafers Сю Сюйлань говорит всегда прямо: «Среднеамериканский и китайский кристалл образуют "виртуальную IDM-группу", нацеливаются на спрос по карбиду кремния ближайших 5 лет! Мы догоняем очень быстро»¹³. Стратегия — связать в цепочку материнскую компанию Sino-American Silicon Products: кристаллорастяжение (GlobalWafers), эпитаксия (Episil), модули (Hongyang Semiconductor).

Но SiC — не история прямолинейного роста. Во второй половине 2025 года китайские SiC-заводы (San'an Optoelectronics, Tianyke и др.) безумно расширили мощности, глобальное перепроизводство, утилизация 6-дюймовых и 8-дюймовых SiC у GlobalWafers временно упала ниже 50%¹⁴. Это расходится с оптимистическим сценарием статьи PanSci 2023 года «спрос электромобилей примет» — добавилась яма.

Сигнал восстановления пришёл от NVIDIA. Ходит слух, что следующая платформа GPU Rubin от NVIDIA в интерпозере применит SiC, в паре с 800-вольтовой высоковольтной постоянным током архитектурой центров обработки данных, полное серийное производство в 2027 году¹⁴. Если слух верен, 8-дюймовые SiC-мощности GlobalWafers переключатся с электромобилей на AI-центры обработки данных, вся история загорится заново.

📝 Заметка куратора: Нитрид галлия и карбид кремния часто объединяют в «третье поколение полупроводников», но в тайваньском промышленном смысле этот ярлык не ограничивается меткой «материал следующего поколения» — он означает, что полупроводниковая промышленность Тайваня впервые обходит TSMC и всё равно имеет полную цепочку поставок. GlobalWafers растит кристаллы, Episil делает эпитаксию, Win Semiconductors упаковывает, GigaDevice проектирует: за «горой-стражем» растёт ещё одна, гораздо более тихая, но независимая «гора третьего поколения».

Связка Хуан Жэньсюня и CoWoS+

Вернёмся на AI-поле битвы.

GPU H100 от NVIDIA использует 4-нм процесс TSMC плюс упаковку CoWoS-S, интегрируя HBM3 высокопропускную память. Blackwell B200 переходит на CoWoS-L, интегрируя два GPU Blackwell и один CPU Grace, скорость AI-обучения в 4 раза выше H100¹⁵. Следующее поколение Rubin планируется к выпуску в 2026 году.

Ядром каждого поколения GPU — «передовой процесс + передовая упаковка» этот двойной двигатель. Процесс делает транзисторы всё меньше, упаковка сближает разные кристаллы (die) всё ближе. PanSci сравнивал это с трассой №9 и туннелем Сюэшань: «Традиционная упаковка должна идти по девяти извилинам трассы №9, а передовая упаковка срезает углы, пробивает туннель Сюэшань, соединяющий два места, делая обмен данными более удобным и быстрым»¹⁶.

Ядро CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) — «сквозные кремневые переходы» (through-silicon via, TSV): разные кристаллы стопкуются вместе, вертикальные микроканалы пробивают кремниевую подложку, делая два изначально раздельных контура объёмно-связанными. PanSci описывает наглядно: «Трёхмерная стопка позволяет разместить кристалл C над кристаллом A, через технологию сквозных кремневых переходов пробить утончённую кремниевую подложку, сверхвысокой плотности вертикальными проводниками соединить две цепи, их расстояние отныне — от края неба до шага»¹⁶.

Цифры мощностей более язвительны. Месячная мощность CoWoS у TSMC в конце 2024 года ~35 тысяч вейферов, цель на конец 2025 года — 75 тысяч, к 2028 году — к 150 тысячам, годовой сложный темп роста почти 80%¹⁷. NVIDIA напрямую забронировала мощности CoWoS TSMC до 2027 года, и все чипы, где бы они ни производились на заводах TSMC (включая Аризону), в конце концов должны вернуться на Тайвань для упаковки CoWoS¹⁷.

Вот она — двойная монополия Хуан Жэньсюня и TSMC. NVIDIA на конце проектирования, TSMC на конце производства и упаковки, две компании вместе зажимают ключевой узел AI-центров обработки данных.

2 июня 2024 года Хуан Жэньсюнь на главной речи Computex в спортивном зале НТУ публично рассказал эту связку всему миру — на слайдах дорожная карта Blackwell и Rubin, но за каждым слайдом — линия CoWoS TSMC.

Официальный канал NVIDIA: Хуан Жэньсюнь 2 июня 2024 года в спортивном зале НТУ на Computex главная речь «Эра AI». Всё двухчасовое шоу он разложил по полочкам Blackwell GPU, NVLink, Spectrum-X — но физическая локация каждого слайда в Хсиньчжьском Баошане. Фразу «нет TSMC — нет NVIDIA» он не произнёс, но каждая карта мощностей это кричит.

У 3D-упаковки и физическая цена не малая. PanSci отмечал проблему: «Передовая упаковка к наготому кристаллу и выравниванию чипов предъявляет высокие требования, если при стопке случайно какой-то контакт не соединился, это приведёт к потере выходного продукта. Кроме того, интегральная схема при вычислениях генерирует потери энергии, вызывая повышение температуры, передовая упаковка сближает расстояние между наготыми кристаллами, теплопроводность взаимно влияет, все греют друг друга, рассеяние тепла становится ещё сложнее»¹⁶.

Следующая стадия — SoIC (System on Integrated Chips) и SoW-X (System on Wafer). SoIC — «настоящий 3D», вейфер-к-вейферу прямая стопка, без насадок (bumping-free). SoW-X планируется к серийному производству в 2027 году, размер маски в 9,5 раза больше текущего CoWoS, интегрирует 16 и более крупных вычислительных чипов, вычислительная способность выше текущего CoWoS в 40 раз¹⁷. AI-чипы растут всё больше, линии упаковки TSMC всё больше похожи на маленькие заводы.

ALD: атом за атомом выращивается

Образцы кремниевых вейферов на выставке, 2017 год. Photo: ArticCynda. License via Wikimedia Commons.

3 нм, 2 нм, 1,6 нм. За этими цифрами стоит незаметная, но ключевая технологическая операция: атомно-слойное осаждение (Atomic Layer Deposition, ALD).

ALD изобрели финны, но оно стало ядром, которого не обходит ни одна передовая вейфера TSMC.

История начинается в Финляндии. В 1974 году материаловед Туомо Сунтола (Tuomo Suntola) в финской компании Instrumentarium Oy начал разработку ALD. В 1977 году технология оформилась и впервые показалась на промышленной выставке¹⁸. Тогда это было только для электролюминесцентных дисплеев, сам Сунтола не предполагал, что через 30 лет это станет живой веной нанометрового процесса. В 1999 году он продал технологию ALD голландской полупроводниковой оборудовательной компании ASM. Сегодня ASM на рынке ALD занимает более 55% доли¹⁸.

PanSci объясняет принцип ALD чисто: «Атомно-слойное осаждение — это улучшенная технология химического осаждения из газовой фазы, она делит процесс осаждения на два шага. Сначала вводят первый предшественник, он реагирует с поверхностью подложки... когда поверхность насыщена, вводят второй предшественник, он реагирует с уже прикреплённым предшественником, образуя целевой материал, завершая процесс тонкоплёнки»¹⁸. Два предшественника по очереди вводятся, каждый цикл вырастает только один атомный слой тонкоплёнки.

Почему это важно? Потому что затвор (gate) транзистора 2-нм процесса толщиной всего несколько атомов, а затворной диэлектрик должен быть сделан с атомной гладкостью, атомным контролем толщины. Традиционное химическое осаждение из газовой фазы (CVD) не может, физическое осаждение из газовой фазы (PVD) не может, только ALD может «слой за слоем выращивать». В каждом передовическом вейферном заводе TSMC стоят ALD-установки ASM, эта цепочка — голландское оборудование, финская технология, тайваньский процесс — физическая основа, позволяющая 2 нм войти в серию.

💡 Знаете ли вы: Минимальный размер элемента 2-нм процесса примерно равен ширине 20 кремниевых атомов в ряд. Если увеличить кремниевый атом до размера пинг-понг шара, 2-нм транзистор примерно равен длине стола для пинг-понга. Работа ALD — на этом столе «шар за шаром» уложить изоляционный материал.

ASM не котируется на Тайване, но почти все её 12-дюймовые ALD-установки — максимальные клиенты на Тайване. Эта цепочка поставок невидима, но незыблема, если у TSMC 2 нм не пойдёт серийное производство, во всем мире нет второй ALD-компании, способной подменить.

После 2 нм — квант

После ангстремного уровня (angstrom, 1 нм = 10 ангстремов) история TSMC ещё не написана до конца.

В четвёртом квартале 2025 года TSMC на заводе Fab 22 в Каосюне начинает серийное производство 2 нм, следом завод Fab 20 в Баошане¹. 2 нм впервые применяет архитектуру GAA (Gate-All-Around) нанолистовых транзисторов, отказываясь от плавниковых транзисторов (FinFET), использовавшихся от 22 нм до 3 нм¹⁹. 2 нм эквивалентны 20 кремниевым атомам в ширину, уже примыкают к теоретическому пределу физики. Первые клиенты — серия A чипов Apple и AI-чипы NVIDIA, мощность 2-нм процесса будет расширяться по кварталам²⁰.

Следующая станция — 1,6 нм (A16), планируется к серийному производству в четвёртом квартале 2026 года, впервые вводится «сеть питания с тыльной стороны» (Backside Power Delivery Network), собственное название TSMC — Super Power Rail¹⁹. При том же потреблении быстрее N2P на 10%, при той же производительности экономит 15–20% энергии.

А после 1,6 нм? Технологические узлы ниже — всё дороже. R&D 28-нм процесса ~1 млрд долларов, 7 нм — прыжок до 3 млрд, 3 нм — скачок до 10 млрд, 2 нм — оценка выше 20 млрд²¹. Экспоненциальная кривая закона Мура превращает поздние R&D затраты в астрономические цифры, это и есть то, что говорит PanSci: «Сложность разработки передовых процессов и вкладываемые средства растут экспоненциально, и инвестиции с возвратом часто несоизмеримы»¹⁶.

Полупроводниковая промышленность меняет стратегию: горизонтальное расширение становится вертикальной стопкой (3D-упаковка), кремний — новыми материалами (GaN/SiC), в конце возможно переключение на совершенно иную вычислительную физику, например квантовые вычисления.

Временная шкала Академии Синьца такова. Октябрь 2023 года — завершена разработка 5-кубитного сверхпроводящего квантового компьютера. 29 января 2024 года президент Цай Иньвэнь визит, квантовый компьютер официально выведен в сеть³. PanSci пишет: «В январе 2024 года первый автономно разработанный Тайванем квантовый компьютер официально родился в Академии Синьца, хотя обладает лишь 5 кубитами, но для Тайваня на глобальной арене квантовых компьютеров открыл заветку»²².

Декабрь 2025 года — завершён 20-кубитный сверхпроводящий квантовый чип. Январь 2026 года — объявлено подключение к использованию³. Время когерентности (coherence time T1) от 5-кубитной эры 15–30 микросекунд прыгнуло до 20-кубитных 530 микросекунд. Время когерентности — это длительность, в течение которой кубит может удерживать суперпозицию, чем дольше — тем меньше шум, можно делать более сложные вычисления.

Межведомственная квантовая национальная команда в марте 2022 года официально сформировалась, 5-летний бюджет 8 млрд новых тайваньских долларов, 17 исследовательских команд²³. Министерство экономики в апреле 2026 года учредило «Офис по продвижению квантовой промышленной технологии», соединяя академическое R&D с промышленностью.

ITRI делает особенно любопытную вещь: на 28-нм процессе TSMC делает «контроллер кубитов». Цэньяньшэ 6 марта 2024 года цитирует ITRI: «Используя сильные стороны Тайваня в проектировании микроволновых IC и 28-нм процесс TSMC, создаём низкотемпературные (4K, то есть -269°C) контроллеры и модули... уменьшаем объём контрольного прибора, помещаем в дилютционный холодильник, общий объём оборудования сокращается на 40%, упрощаем проводку, обладаем преимуществом коммерциализации... потребление этого модуля по сравнению с данными, опубликованными международными гигантами, снижено более чем на 50%»²⁴.

📝 Заметка куратора: Квантовая стратегия Тайваня не в том, чтобы самому делать кубиты (это территория IBM, Google, Академии Синьца), а в том, чтобы сжать контрольную схему до размера, влезающего в дилютционный холодильник. От 5 кубитов к 20, контроллер ITRI от поддержки 1 кубита, 2 кубита, 8 кубитов, планируется к 2026–2027 году довести до 20 кубитов. Следующая станция «горы-стража» — стать фабрикой квантовой эры, а не лично бороться за квантовое превосходство. Но этот гвоздь фабрикации пока никто не забил «просто отдай Тайваню».

Три квантовые линии: сверхпроводящие, ионные ловушки, топологические

Квантовый компьютер — не единственная дорога.

Сверхпроводящие кубиты (superconducting qubits) — путь IBM, Google, Академии Синьца. Преимущество — процесс совместим с существующими полупроводниковыми фабриками (вот где у Тайваня шанс), скорость управления высока. Недостаток — нужен близкий к абсолютному нулю (15 мК, около -273°C) дилютционный холодильник, шум высок. Google в 2019 году на 53-кубитном «Sycamore» («Утюг») объявил о достижении квантового превосходства, 200 секунд решили задачу, традиционному суперкомпьютеру требовалась бы 10 тысяч лет²⁵.

Кубиты в ионных ловушках (trapped ion qubits) — путь лазерного управления отдельными атомами. PanSci сводил разницу этой линии: «Технология ионных ловушек использует лазеры для управления отдельными атомами для вычислений, эта технология обладает крайне высокой точностью и стабильностью, но сталкивается с технической сложностью и проблемой стоимости»²². Представители — IonQ и Quantinuum. Преимущество — высокая точность, хорошая стабильность, не нужен экстремально низкий температурный режим. Недостаток — низкая скорость управления, трудно масштабировать до большого числа кубитов.

Топологические кубиты (topological qubits) — ставка Microsoft на следующее поколение. Февраль 2025 года Microsoft представил топологический квантовый процессор Majorana 1, заявляет, что может масштабироваться до миллиона кубитов¹¹. Теоретически топологические кубиты обладают экстремальной устойчивостью к помехам, но эта дорога наименее зрела, само существование частицы Мажорана в физике ещё на стадии верификации.

У этих трёх линий свои риски. Стратегия Тайваня — «гарантировать, что какой бы путь ни победил, у Тайваня в цепочке поставок будет узел», а не ставить на победу одной линии. Сверхпроводящая линия опирается на 28-нм контроллер TSMC. Ионная ловушка нуждается в прецизионной оптике, что перекликается с тайваньской оптоэлектронной промышленностью; если топологическая удастся, понадобятся тонкоплёнки экстремальной чистоты — снова окажемся на территории ALD.

Заморские фаб: расширение или размывание

Глобализация TSMC с 2020-х ускоряется.

Американская Аризона Fab 21: первая очередь 4-нм процесс в первой половине 2025 года в серию; вторая очередь 3 нм / 2 нм — вторая половина 2027 года; третья очередь 2 нм / A16 — планируется до 2030 года. Общие капитальные затраты ~165 млрд долларов²⁶. Но есть важное «но»: упаковка CoWoS всех AI-чипов по-прежнему только на Тайване, вейферы, произведённые в Аризоне, уедут обратно на Тайвань для завершения упаковки¹⁷.

Японская Кумамото Fab 1: 22–28 нм процесс, 2024 год в серию, вместе с Sony, Toyota. Изначально планировавшаяся Fab 2 (12–16 нм) прогресс неясен, часть ресурсов перераспределена в Аризону.

Немецкая Дрезден ESMC (TSMC доля 40%): 28/22/16/12 нм автомобильные чипы, вторая половина 2025 года ввод оборудования, 2027 год серийное производство, месячная мощность ~40 тысяч вейферов²⁷.

У этих зарубежных фаб общий «принцип N-2» — всегда отставать от тайваньской родины на два поколения. Когда на Тайване делают 2 нм, зарубежная передняя кромка — 4 нм; когда Тайвань толкает 1,6 нм, зарубежье только доходит до 3 нм. Эта красная линия написана в инженерической этике геополитики, а не в договорных пунктах.

⚠️ Спорная точка: Зарубежные фаб — расширение кремневого щита или его размывание? Сторонники говорят: технологии остаются на Тайване, мощности выносятся наружу — равносильно превращению кремневого щита из «одного острова» в «цепочку», снижение рисков глубже. Противники говорят: каждая вынесенная зарубежная фаб — это ушедшая партия обученных инженеров, одна SOP серийного производства, одна клиентская связь. Через 30 лет, когда Аризона или Кумамото накопят до границы N-2, та «передняя кромка на два поколения» может быть постепенно сжата. Принцип N-2 сейчас — обещание TSMC, не закон физики.

Параллельно с зарубежными фабами идёт «отток дизайнерских талантов». Проектирование AI-чипов нужно не только на Тайване, Кремниевая долина, Тел-Авив, Нью-Дели — у всех свои дизайн-центры. Экосистема фабрикации TSMC превращается из «всех инженеров острова» в гибрид «глобальные инженеры + островное производство».

Экологическая цена: обратная сторона горы-стража

У горы-стража есть вес.

Водные ресурсы — наиболее наглядные. Три больших научных парка TSMC потребляют в сутки более 208 тысяч тонн воды, экологические группы оценивают: после ввода новых заводов после 2025 года потребление может вырасти в 4 раза до 770 тысяч тонн/сутки²⁸. Ответ TSMC: каждая капля в среднем используется 3,5 раза, коэффициент рециркуляции 87%, новые заводы цель 90%; в 2024 году добавлено экономии 5,54 млн куб. метров.

Электричество — второй экзамен. Один 3-нм завод в год потребляет ~2,1 млрд кВт·ч, эквивалентно годовому потреблению 20 тысяч домохозяйств всего Тайваня. 2 нм и 1,6 нм потребление будет только расти. TSMC обещает к 2050 году достичь RE100 (100% возобновляемой энергии), но тайваньское зелёное электричество не успевает за скоростью расширения полупроводников, эта временная шкала постоянно проходит стресс-тесты.

Рабочее время — третий экзамен. Рабочее время инженеров Хсиньчжьского научного парка, цены на жильё, рождаемость — тема для другой статьи. Но как и материальная наука — это физическая проблема: у человеческого времени и энергии тоже есть «запрещённая зона», превыси порог — будет пробой.

Существование горы-стража опирается не только на технологии TSMC, политику правительства, геополитическую удачу, но и на 170 тысяч инженеров научных парков, всю цепочку поставок, и на каждого тайваньца, совместно несущего цену электричества и воды.

Полная экосистема: Тайвань — не только TSMC

Конкурентоспособность тайваньской полупроводниковой промышленности исходит из всего кластера, а не из TSMC в одиночку. На конце IC-проектирования — MediaTek (мировой топ-3), Novatek, Realtek, Himax; вейферная фабрикация кроме TSMC — UMC, VIS, Powerchip; упаковка и тестирование ASE (мировой №1), SPIL, KYEC отвечают за задние этапы. Третье поколение полупроводников держится на GlobalWafers (SiC кристаллорастяжение), Episil, Win Semiconductors (GaN), GigaDevice; память — Nanya, Winbond; оборудование и материалы — Jentech, Sinbon, Topco эти невидимые заводы подставляют плечо.

Один чип от проектирования до готового может на Тайване сделать полный круг, не требуя переграничной перевозки. Это «преимущество короткой цепочки» в период COVID увидел весь мир, с тех пор вошло в белые книги цепочек поставок каждого технологического гиганта.

Хсиньчжьский научный парк основан в 1980 году, 40+ лет накоплено 500+ компаний, 170 тысяч занятых. Инженер может 5 лет в TSMC, перейти в MediaTek проектировать чипы, снова перейти в ASE отвечать за упаковку — такое межкомпаний циркулирование талантов эффективно диффундирует технологический уровень всей промышленности.

Конкуренты? Корейская Samsung вертикально-интегрированная стратегия 2022–2026 вложила 230 млрд долларов, но выход доброго продукта передовых процессов всё ещё отстаёт от TSMC²¹. Intel на 10 нм застрял на годы, 2021 год предложил IDM 2.0 хочет совмещать проектирование и фабрикацию, но к 2025-м фабрикационное дело не получил крупных клиентов — самое ироничное: часть собственных высококлассных чипов Intel вместо себя отдаёт на фабрикацию TSMC.

Квантовая позиция пока пуста

Зарядка Nokia 3310 — 4,56 Ватт, блок быстрой зарядки 2025 года — 240 Ватт. Разница в 52 раза. Кремний шёл этот путь 30 лет, нитрид галлия допрогнал за 5 лет.

В квантовой лаборатории Академии Синьца сверхпроводящий квантовый чип должен работать при 15 милликельвинах (около -273°C). ITRI на 28-нм процессе TSMC сделал контроллер, который «оборудование управления», нужное для этого экстремального холода, сжал от целого здания до маленького ящика. Полупроводниковые способности Тайваня понемногу сдвигают границу квантового компьютера.

Но где эта граница — никто не скажет чётко. Время когерентности кубита от 15 микросекунд до 530 микросекунд — это лишь начало. 50 лет назад те 19 инженеров, посланные к RCA, возможно, тоже не знали, что их 1973 год кристаллизуется в 2-нм 2025 года.

Гора-страж 50-летним производственным опытом захватила настоящее. Следующие 50 лет, позиция фабрикации в квантовую эпоху, Тайвань ещё не закрепила.

✦ Blackwell Хуан Жэньсюня в облаке над вашей головой делает вывод, SiC-вейферы GlobalWafers на зарядке электромобиля у вашего подъезда греются, первая тонкоплёнка ALD, сделанная Сунтолой в 1974 году в Финляндии, в чипе вашего телефона запечатывает затворной диэлектрик — полупроводниковая промышленность всегда была всей материальной геносис, ползущей по ступеням физики запрещённой зоны 50 лет, не принадлежит только TSMC. Где следующая ступень — скажет физика, а подниматься или нет — выбор Тайваня.

---

Дополнительное чтение:

• Тайваньские компании: TSMC — корпоративное управление горы-стража, финансовая структура, масштаб капитальных затрат
• Тайваньские компании: MediaTek — как драйвер IC-проектирования занимает позицию в телефонных чипах, AI-краевых вычислениях
• Тайваньские компании: ASE — упаковочно-тестовая промышленность мировое №1, экосистема задних этапов за пределами CoWoS
• Строители гор: вековая ставка — документальный фильм Сяо Цзючэнь 2025 года, пять лет интервью 80+ полупроводниковых veterанов, 2026 год вход в Пуэрдо / Висконсин / Мичиган — три опорных пункта инвестиций CHIPS Act
• У Дацюй — в 1980-х Тайвань рвётся за полупроводниками, он как директор Академии Синьца стоит на важности фундаментальной науки, закладывает основу тайваньской исследовательской системы
• Тайваньская робототехническая промышленность — остров с полупроводниками мировое №1, почему в эпоху робототехники — догоняющий ученик? От открытия NCAIR смотрим промышленный разрыв
• Тайваньский фондовый рынок и капитальный рынок — как вся цепочка поставок, держащая тайваньский фондовый рынок 2026 года в мировом 6-м месте, отражается на капитальном рынке
• Тайваньская цепочка поставок вольфрама — гексафторид вольфрама заполняет контактные окна и линий слов 3D NAND, на Тайване нет вольфрамовых рудников, но за счёт переработки встаёт на среднее звено этой сырьевой линии
• Тайваньские AI-школы — как 8 лет AIA обученные 10 тысяч AI-инженеров возвращаются в существующую ICT-цепочку полупроводников, укрепляя программную сторону Тайваня
• Computex: три больших международных компьютерных выставки поглотили две, осталась та, что выросла в Тайбэе — CoWoS TSMC и передовые процессы, каждый год конец мая на этой 45-летней тайбэйской компьютерной выставке рукопожатие с глобальными AI-гигантами
• Тайваньские научные парки — Чжучэ, Нанэ, Чжунэ три парка, физический носитель полупроводникового кластера, также географический центр кремневого щита

Источники изображений

В статье использовано 3 изображения под лицензией CC / PD, кэшированы в public/article-images/technology/ для избежания горячих ссылок на исходные серверы:

• Silicon vs GaN 30W USB-C chargers — Photo: 4300streetcar, 2025-12-25, CC BY 4.0, Wikimedia Commons file Silicon_vs_GaN_30W_USB-C_chargers.jpg
• TSMC Fab 5 Hsinchu — Photo: Peellden, 2010-09-05, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons file TSMC_Fab5.JPG
• Silicon wafers museum display — Photo: ArticCynda, 2017-10-23, CC0 public domain, Wikimedia Commons file Silicon_wafers.jpg

Ссылки

1. Focus Taiwan 2025/12/30 — TSMC 2nm production — серийное производство 2 нм TSMC с приоритетом завода Fab 22 в Каосюне, следом завод Fab 20 в Баошане↩
2. CommonWealth Magazine — Li Guoding and the birth of TSMC — 1987 год Чжан Чжунмоу основывает TSMC, закрепляет модель «чистая фабрикация», закладывает основу глобального разделения труда полупроводников; фон 1973 года RCA технологический переход 4,5 млн долларов↩
3. Academia Sinica — 20-qubit superconducting quantum chip announcement — Академия Синьца декабрь 2025 года завершила 20-кубитный сверхпроводящий квантовый чип, 29 января 2026 года в сеть; время когерентности T1 достигло 530 микросекунд↩
4. Semiwiki — How Philips Saved TSMC — доля Philips по исследованию Semiwiki должна быть 27,6%; ключевой акционер на этапе основания TSMC по технологии и клиентам↩
5. Wikipedia — ASML Holding — ASML 1 апреля 1984 года из голландской Philips (Philips) и ASM International (ASMI) 50/50 совместного предприятия создана ASM Lithography; 1995 год после IPO ASMI уходит, сегодня ASML — единственный в мире поставщик EUV фоторитографических установок↩
6. Wikipedia — Burn-Jeng Lin — Лин Беньцзянь 1942 год рождён во Вьетнаме, с 1970-х в исследовательском центре IBM Watson фоторитография, 2000 год возврат на Тайвань вход в TSMC на пост директора R&D; 2008 год награждён SPIE Frits Zernike Award; прозван «отцом погружной микролитографии»↩
7. Electronics Weekly — Immersion litho sidelines 157nm — 157 нм линия из-за линз фторида кальция (CaF₂) двойной рефракции, тонкоплёнки к 157 нм сильное поглощение, интеграция процесса сложна, после 2002-2003 заменена 193 нм immersion; Intel + Nikon ставка провалилась↩
8. Wikipedia — Immersion lithography — Лин Беньцзянь 2002 год SPIE предложил 193 нм погружную микролитографию; преломляющий коэффициент воды 1,44 делает 193 нм эквивалентное разрешение ~134 нм; 2007 год ASML серийное производство, от 65 нм протащило до 7 нм, продлило закон Мура на шесть поколений↩
9. CommonWealth Magazine — Interview with the Father of Immersion Lithography Who Put TSMC on the Map — 2024-06-18 интервью Лин Беньцзянь — исторический контекст «Nikon не решился на immersion»; Лин Беньцзянь с 2000 года в TSMC продвигал внедрение immersion lithography, TSMC с ASML 30-летняя технологическая кровная связь↩
10. PanSci — Нитрид галлия: за 1/3 времени получить ту же мощность — авторы: редакция PanSci. Запрещённая зона нитрида галлия 3,4 эВ, пробойное напряжение 10×, рабочая частота 1 МГц против кремния 100 кГц; карбид кремния 1000 Вольт применение в быстрой зарядке электромобилей. Content Curation Partner per MOU 2026-05-05↩
11. TechNews — Microsoft Majorana 1 topological quantum processor announcement — Microsoft февраль 2025 года представил первый в мире топологический квантовый процессор Majorana 1, заявляет масштабируемость до миллиона кубитов↩
12. TrendForce — TSMC exits GaN foundry by July 2027 — TSMC в июле 2027 года выходит из фабрикации GaN, технология лицензирована VIS и GlobalFoundries; Win Semiconductors (3163) месячные отгрузки ~500 6-дюймовых вейферов GaN↩
13. Fugu Direct — GlobalWafers SiC 8-inch wafer 2025 volume production — GlobalWafers 6-дюймовые SiC месячная мощность конец 2024 года 20 тысяч штук, саморозвитые кристаллорастягивательные печи 3 → 20, выход > 50%; Сю Сюйлань стратегия «виртуальная IDM-группа»↩
14. TechNews — SiC supply chain under pressure — 2025 год китайские SiC-заводы расширение мощностей приводит к утилизации 6/8 дюймов GlobalWafers ниже 50%; слух: NVIDIA Rubin GPU применяет SiC интерпозер + 800V высоковольтную постоянный ток архитектуру центров обработки данных 2027 серийное производство↩
15. SemiAnalysis — NVIDIA Blackwell CoWoS-L Analysis — NVIDIA Blackwell B200 применяет CoWoS-L интегрируя 2 GPU Blackwell + 1 CPU Grace; скорость AI-обучения в 4 раза выше H100; NVIDIA захватывает мощности CoWoS TSMC до 2027↩
16. PanSci — Трёхмерная стопка: как передовая упаковка пускает чипы в туннель Сюэшань — авторы: редакция PanSci. Принцип CoWoS / SoIC / TSV сквозных кремневых переходов; метафора трассы №9 против туннеля Сюэшань; вызовы выхода доброго продукта и рассеяния тепла 3D-упаковки. Content Curation Partner per MOU 2026-05-05↩
17. Digitimes — TSMC CoWoS capacity expansion plan — месячная мощность CoWoS TSMC конец 2024 года 35 тысяч вейферов, конец 2025 года 75 тысяч, цель 2028 года 150 тысяч; NVIDIA захватывает мощности до 2027; вейферы Аризоны возвращаются на Тайвань для упаковки↩
18. PanSci — ALD атомно-слойное осаждение: 50-летняя революция тонкоплёнок — авторы: редакция PanSci. ALD 1974 год Сунтола в Instrumentarium Oy разработка, 1977 год технология оформилась, 1999 год продана ASM; ASM 55% доля; принцип химического осаждения из газовой фазы двух предшественников. Content Curation Partner per MOU 2026-05-05↩
19. Официальный сайт TSMC — A16 (1.6nm) процесс announcement — 2 нм впервые применяет GAA нанолистовые транзисторы (отказ от FinFET); A16 впервые вводит сеть питания с тыльной стороны (Super Power Rail), Q4 2026 серийное производство, при том же потреблении быстрее N2P на 10%, при той же производительности экономит 15-20%↩
20. Digital Era — TSMC 2nm officially in volume production — TSMC в Q4 2025 года начинает серийное производство 2 нм; конкретные цифры мощности — внешние отраслевые оценки, официально не раскрываются↩
21. TechNews — TSMC 3nm utilization reaches 100% — выход доброго продукта передовых процессов TSMC по отраслевым оценкам выше конкурентов; конкретные цифры — сторонние оценки, не официальное раскрытие↩
22. PanSci — Тайваньские квантовые технологии: от 5 кубитов к эпохе серийного производства — авторы: редакция PanSci. Академия Синьца январь 2024 года 5-кубитный квантовый компьютер рождён; сверхпроводящие vs ионные ловушки vs топологические три линии; Google Sycamore 53 кубита 200 секунд решает 10 тысяч лет задачу. Content Curation Partner per MOU 2026-05-05↩
23. iThome — Квантовая национальная команда 5 лет 80 млрд бюджет — март 2022 года межведомственная квантовая национальная команда сформирована, 5 лет 80 млрд новых тайваньских долларов, 17 исследовательских команд; апрель 2026 года Министерство экономики учредило Офис по продвижению квантовой промышленной технологии↩
24. Цэньяньшэ 2024/03/06 — ITRI квантовый контроллер — ITRI используя 28-нм процесс TSMC создаёт 4K (-269°C) низкотемпературные квантовые контроллеры и модули, объём сокращается 40%, потребление по сравнению с международными гигантами снижено более чем на 50%; путь развития 2024 1 кубит → 2026-2027 20 кубитов↩
25. TechNews — Google Sycamore квантовое превосходство — 2019 год Google 53-кубитный Sycamore квантовый компьютер достиг квантового превосходства, 200 секунд выполнил вычислительную задачу, требовавшую 10 тысяч лет традиционному суперкомпьютеру↩
26. SemiAnalysis — TSMC Arizona Fab 21 инвестиционный план — TSMC Аризона Fab 21 три очереди инвестиции 165 млрд долларов; Фаза 1 (4нм) 2025 серийное производство, Фаза 2 (3нм/2нм) 2027, Фаза 3 (2нм/A16) до 2030; принцип N-2 зарубежье всегда отстаёт от Тайваня на два поколения↩
27. Digitimes — ESMC Dresden 2027 volume production — TSMC ESMC доля 40%; немецкая Дрезден 28/22/16/12 нм автомобильный чип-завод вторая половина 2025 года ввод оборудования, 2027 серийное производство, месячная мощность ~40 тысяч вейферов↩
28. CommonWealth Magazine — TSMC водные ресурсы потребление — три больших научных парка TSMC суточное потребление воды более 208 тысяч тонн; экологические группы оценивают: после 2025 года новые заводы вводятся, потребление вырастет до 770 тысяч тонн/сутки; ответ TSMC: каждая капля используется 3,5 раза, рециркуляция 87% (новые заводы 90%), 2024 год добавлено экономии 5,54 млн куб. метров↩