Статья: Современное состояние и проблемы отрасли производства микропроцессоров

УДК 338

Российский университет дружбы народов

Современное состояние и проблемы отрасли производства микропроцессоров

Хакимов А.Н.

E-mail: Khakimovazn@gmail.com

Аннотация

рынок микропроцессор разработчик

Статья посвящена анализу отрасли и рынка микропроцессоров с целью выявления проблем и причин текущего состояния и предлагаются решения возникших проблем для отечественных производителей. В статье рассмотрены: текущее состояние отрасли, наиболее важные разработки участников отрасли, их влияние на состояние фирм-разработчиков и последствия действий наиболее успешных компаний для всей отрасли и неразрывного с ней рынка.

Ключевые слова: отраслевой рынок, отрасль, процессор, высокие технологии.

Annotation

Modern state and problems of the microprocessors production industry

Khakimov A.N.

The article is devoted to the analysis of the industry and the market of microprocessors in order to identify the problems and causes of the current state. In addition, this article offers solutions for domestic producers. The article examines the current state of the industry, the most important developments of the industry participants, their impact on the state of the developers and the consequences of the actions of the most successful companies for the entire industry and the indissoluble market.

Keywords: Industry market, industry, processor, high technology.

Российская экономика и потребитель, в частности, как известно, во многом зависит от импортных поставок товаров и услуг. Одними из наиболее зависимых и слаборазвитых отраслей, но при этом играющую огромную роль в жизни общества, являются отрасли высокотехнологичной промышленности. А одна из самых малоразвитых - это отрасль, касающаяся производства микропроцессоров. Что приводит к зависимости российских потребителей, включая юридические лица, от иностранных производителей устройств, которые используют в основе своей работы микропроцессоры А, как известно, любая зависимость в экономике есть слабое место в национальной безопасности. В связи с таким положением в нашем государстве давно стоит проблема импортозамещения в вышеописанных отраслях. И конкретно в производстве микропроцессоров делаются определенные шаги.

Цель данной статьи - определить проблемы отечественных производителей микропроцессоров. Для достижения цели будет выполнен ряд задач, среди них основными являются:

1) Анализ отрасли производства процессоров, выявление лидеров;

2) Определение особенностей лидеров отрасли;

3) Формирование проблем отечественных производителей, основанное на сравнении с лидерами и определение решений этих проблем.

Статья написана в рамках структурно-функционального подхода с применение методом текстового анализа и общенаучной методологии (анализ, синтез, дедукция, индукция).

Стоит отметить, что производителей процессоров великое множество, так как процессоры повсеместно используется во всех технических продуктах, которая обрабатывает информацию: модемы, современные станки, камеры, телевизоры, ресиверы, любые системы управления (например, так называемые «электронные помощники» в автомобилях), мобильные телефоны, ракеты (включая ракеты военного назначения), ресиверы, персональные компьютеры, абсолютно все продукты, в описании или названии которых используется прилагательное «умный» и многих других. Для каждого вида продукции используются процессоры со своей архитектурой и микроархитектурой.

Архитектура процессора -- это система команд, которую он поддерживает. Архитектура процессоров важна для программистов, именно от архитектуры зависит, какие программы будут с этим процессором совместимы.

Микроархитектура процессора -- это, упрощенно, внутренняя схема устройства процессора, в том виде, в каком её видят разработчики процессоров.

Также не для всякого вида такой продукции требуются самые современные технологии производства, и в производстве такой продукции серьезного отставания от других стран у отечественного производителя не наблюдается. Это, например, станки, оборудование, используемое на космических спутниках и на МКС. В этих объектах используются технологические нормы, которые лидеры отрасли освоили в начале в 1985 году, а отечественный производитель к 1997 году [10].

В виду вышесказанного данная статья будет рассматривать ту часть всей отрасли производства микропроцессоров, которая выпускает продукцию, используемую в персональных компьютерах.

Основными участниками этих промышленности и рынка на международной арене являются две фирмы: Advanced Micro Devices inc (AMD) и Intel Corp. (Intel). С долями по итогам второго квартала 2017 года ~20,4% и ~79,6% соответственно, доли остальных фирм столь малы, что укладываются в рамки погрешности. Динамика долей рынка этих компаний показана ниже

Рисунок 1 - Динамика долей рынка процессоров потребительских ПК [11]

Как видно рыночная структура - олигополия, двум основным компаниям принадлежит ~ 100% рынка, индекс Херфиндаля-Хиршмена близок к 10000. Если обратиться к началу 2000-ых, то на рынке потребительских процессоров был еще один заметный игрок - компания VIA technologies, однако сложности конкуренции постепенно выдавили этого игрока с рынка: в 2008 году доля процессоров VIA на мировом рынке составляла 0,6%, в 2009 - 0,4% [12], в 2010 году - 0,3% [4], в 2011 году - 0,1% [3], более современную статистику, где бы обозначалась эта компания найти не удается из чего можно сделать вывод, что текущая доля рынка у нее ничтожна и никакого влияния на отрасль не оказывает.

Если же проследить историю развития процессоров и компании их производящие, то можно выделить несколько ключевых компаний и выяснить почему же на текущий момент осталось 2 крупные компании и как они достигли своего положения.

Первый процессор, который был единым целым, а не являлся набором соединенных между собой микросхем производился фирмой Intel и носил название «Intel 4004», выпущен был в 1971 году. С этого момента все последующие процессоры представляли единый комплекс транзисторов на кремниевой. Далее был выпущен процессор «intel 8008» интересен он тем, что его можно назвать общераспространённым, учитывая, что на тот момент ПК стоил, примерно, как автомобиль.

В 1975 вышел значимый для рынка процессор от компании MOS Technology, который был широко распространен и применялся в компьютерах фирмы Apple. Позже новая компания Zilog создала процессор Z80, который не сильно отличался от intel 8080 (вышедшего после intel 8008) и имел возможность «разгона», т.е. увеличить свою тактовую частоту путем манипуляций с питанием, к тому же он мог запускать программы, созданные для intel 8080. По схожему принципу (не сильно отличаться от текущего лидера и иметь возможность запуска программ, созданных для него) был выпущен процессор от AMD - AMD 9080.

Самыми главными причинами почему эти процессоры являлись важным для отрасли заключаются в том, что для них было разработано ПО, они или изделия, созданные на их основе, были массовыми и в, большинстве, походили на intel 8008 или intel 8080. Последующие продукты фирм сталкивались с такой проблемой: процессор их разработки является производительным, стоимость сопоставима с конкурентами, но ощутимой доли рынка захватить не могут, либо не могут даже окупить производство. Причина такого положения дел заключалась в том, что они не обеспечивали совместимости с ранее разработанным ПО или ПО разработанным для самых популярных процессоров (например, для процессоров Intel) и, при покупке такого процессора возникал вопрос: «как его использовать, если нужное ПО с ним не работает?»

Следует отдельно выделить тот факт, что с начала производства процессора intel 8080, фирма Intel стала технологическим лидером в отрасли, сохраняя это положение до текущего дня. Этим объясняется ее положение как «законодателя моды» в мире процессоров для ПК.

В 90-ые года проблема с совместимостью решилась путем перехода большинства производителей процессоров для ПК на архитектуру «x86». Однако лидеры отрасли вносили свои дополнительные улучшения в эту архитектуру, что позволило им стать владельцами уникальных технических решений, с помощью которых удалось создавать процессоры более конкурентоспособными. Остальным участникам рынка и отрасли было необходимо либо разрабатывать свои улучшения, либо лицензировать их у лидеров, что породило дополнительные барьеры входа на рынок и исход из отрасли менее способных конкурентов. Это одна из основных причин по которой Intel и AMD выжили в конкурентной борьбе и стали лидерами на мировом уровне. На текущий момент обе эти фирмы лицензируют технологии друг у друга, а также постоянно создают новые технологии, продолжая вести конкурентную борьбу, не позволяя другим фирмам преодолеть технологические барьеры входа на рынок.

Однако сам по себе процессор не может быть использован, ему требуется некое техническое окружение в виде систем памяти, материнской платы и прочих технических устройств. В связи с чем лидеры отрасли, зачастую в сотрудничестве с другими компаниями из смежных отраслей, занялись производством сопутствующих устройств, попутно создавая уникальную интеллектуальную собственность. В итоге на сегодняшний день ситуация такова, что лидеры отраслей в сфере технологий персональных компьютеров и их партнеры обладают патентами на самые современные и производительные устройства и технологии производства, лицензирование которых столь дорого, что не позволяет новым компаниям войти на рынок и чувствовать себя комфортно. При этом лицензирование технологий предыдущего и более старых поколений обходится много дешевле, в связи с этим все существующие компании, которые производят процессоры, за исключением лидеров, имеют доступ к устаревшим технологиям и по этой причине их не видно на мировой арене.

Например, в России существует ряд компаний, которые занимаются производством процессоров, применимых в персональных компьютерах: МЦСТ, НИИСИ, Байкал Электроникс. Однако все их производство нацелено на выполнение гос. заказа, за исключением МЦСТ, которая смогла предложить что-то и рынку ПК для среднестатистического пользователя ПК.

Такая ситуация сложилась из вышеописанных причин. Отечественные фирмы имеют доступ к весьма устаревшим технологиям. Для примера рассмотрим доступные лидерам и отечественным компания технологии производства непосредственно чипа процессора:

Обобщающим показателем здесь является размер одного транзистора в процессоре, измеряемого в нанометрах (нм.). На текущий момент компанией Intel полностью освоено и отлажено производство с технологическими нормами 14 нм [7]. В России самым передовым является производство с нормами в 65 нм [10], расположенное в Зеленограде, было запущено в 2014 году. Intel же, в свою очередь, запустил производство с нормами в 65 нм в 2004 году [14]. То есть наблюдаемое технологическое отставание равняется примерно 10 годам. Однако подобная картина наблюдается не по многим показателям. Для примера рассмотрим процессор «Эльбрус-4С», который начал производиться в начале 2015 года [2]. В виду того, что в нем используется не х86 архитектура [9], прямое сравнение характеристик со схожими процессорами Intel или AMD некорректно, однако можно сравнить иные показатели, которые не зависят от архитектуры, например, поддерживаемый тип оперативной памяти. В «Эльбрусе» это DDR3-1600[1], актуальная и самая распространенная память до сих пор, которая стала массовой к 2010 году. Технологический процесс - 65 нм. Показатель производительности, измеряемый в Гигафлопсах (показывает количество операций с плавающей точкой в секунду) равен 50, что соответствует флагманам 20092010 годов [13].

Таким образом можно сделать вывод, что, хотя технологии используются не самый передовые, тем не менее лидеры отечественной отрасли процессоростроения способны обеспечить производительность уровня и совместимость с компонентами конца первой декады 21 века, что достаточно для задач, лежащих перед офисными компьютерами [6]. Проблема в том, что цена компьютеров с отечественными комплектующими далека от цены конкурентов. Первый российский персональный компьютер, который называется «Эльбрус-401» и в котором используется рассмотренный выше процессор Эльбрус-4С стоит 199[8] тысяч рублей, однако совершенно не ясно чем вызвана такая цена, учитывая, что МЦСТ сделали заявление, что «...готовы выполнить заказ на несколько сотен тысяч таких компьютеров» [5], что говорит об отлаженности производства.

Также нельзя не отметить такое явление, как отказ производителей процессоров от содержания собственных производственных мощностей и концентрации на разработке лишь процессорных микроархитектур. На текущий момент эта тенденция прослеживается во всей отрасли производства процессоров, а не только в сегменте пользовательских ПК. Она продиктована стремлением компаний снизить свои издержки, ведь проще занимать разработкой процессора, чем брать на себя еще и задачу по поддержанию на конкурентном уровне и отработке производственного цикла, если эту задачу можно переложить на компанию «чипмейкера», которая только этим и занимается. Фактически только один производитель мирового уровня содержит собственные фабрики по производству процессоров - Intel. Остальные производители процессоров