Zapraszamy do przeczytania artykułu napisanego przez prof. Piotra Grabca, który w zdecydowany sposób przeciwstawia się wypowiedziom Grzegorza Kamińskiego, opublikowanym w wywiadzie kilka tygodni temu, gdzie zakwestionował on szanse na zbudowanie przemysłu półprzewodnikowego w Polsce.

Piotr Grabiec – emeryt, prof. ITE obecnie Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki

Zapowiedź budowy pod Wrocławiem fabryki INTELa produkującej układy scalone (a dokładniej – realizującej ostatnie kroki produkcji – integrację, montaż, hermetyzację i testowanie czipów produkowanych poza Polską) zaowocowała publikacjami dotyczącymi obecności mikroelektroniki w Polsce. Trudny, wymagający wiedzy technicznej i znajomości realiów przemysłowych charakter tej problematyki, w zestawieniu z mniej niż skromną w Polsce wiedzą w tym obszarze sprawia, że w artykułach wiele jest uproszczeń i błędów. Nie ustrzegł się tego zamieszczony na portalu „Mikrokontroler” (13.03.2024) wywiad z Grzegorzem Kamińskim. To, że rozmówca, będący przedstawicielem handlowym firmy onsemi sprzedającym jej produkty w Polsce nie rozważa potrzeb suwerenności technologicznej kraju w obszarze mikroelektroniki i sposobów jej choćby częściowego osiągnięcia, nie zaskakuje. To, że człowiek z branży używa określenia „wafle krzemowe” rażące każdego fachowca, zamiast prawidłowego „płytki krzemowe” można tłumaczyć chęcią dotarcia do czytelników przyzwyczajanych do takiego tłumaczenia wyrażenia „silicon wafer” przez niefachowców nie korzystających ze słowników (np. Oxford, Pons i in.). Sprowadzenie jednak problemu tylko do kwestii budowy zaawansowanej linii produkcji czipów, a następnie podważanie celowości podejmowania w Polsce jakiejkolwiek kroków w tym kierunku stanowi uproszczenie wymagające komentarza.

Rozważania kwestii mikroelektroniki w Polsce, po blisko 40 latach od zamknięcia fabryki produkującej mikroprocesory, należy zacząć od pytania czy i dlaczego potrzebujemy producenta układów scalonych, czy wystarczy inwestycja zagraniczna? Jakie jest realne znaczenie inwestycji Intela pod Wrocławiem, czyli jakie daje ona korzyści naszej mikroelektronice i gospodarce. Takie i inne pytania powinny być przedmiotem rozważań strategii Państwa w obszarze mikroelektroniki. Niestety, pomimo wieloletnich apeli, propozycji i ofert środowiska – takiej strategii ciągle brak.

Płytki krzemowe z układami scalonymi wyprodukowanymi w laboratorium IMiF w Piasecznie

Wpierw jednak trzeba wyjaśnić, że użyte w wywiadzie określenie „produkcja półprzewodników” jest błędne i nieprecyzyjne. Półprzewodnikiem jest krzem lub produkowany w Polsce Azotek Galu, natomiast w wywiadzie mowa jest o produkcji przyrządów półprzewodnikowych, zwłaszcza czipów układów scalonych. Firmy produkujące czipy są dwojakiego rodzaju: posiadające pełny cykl technologiczny – takie jak INTEL oraz – firmy (tzw. fabless czyli bez fabryki) opracowujące własne projekty układów i kierujące je do wytworzenia w krzemie, w firmach oferujących na zlecenie wykonawstwo układów w krzemie, tzw. „foundry”. Największą taką foundry jest tajwański TSMC, a największe firmy „fabless”, sprzedające własne układy scalone wytworzone na zlecenie, to np. Qualcomm, Nvidia czy MediaTek. Odrębnym, do niedawna najprostszym, choć ważnym sektorem przemysłu półprzewodnikowego, są fabryki zajmujące się wyłącznie montażem układów. Tną one płytki na czipy, montują je w obudowach i testują. Obecnie, w związku z sukcesem zaawansowanych przyrządów integrujących kilka układów scalonych, montaż ten, taki jaki będzie realizowany pod Wrocławiem, jest etapem wysoce zaawansowanym technicznie. Tyle tytułem uściślenia o jakiej produkcji chcemy mówić.

Rozważając postawione wyżej pytania, trzeba wziąć pod uwagę kwestię cyberbezpieczeństwa. Nie sprowadza się bowiem ono tylko do software (wirusów), lecz w równej mierze dotyczy strony hardwarowej, czyli układów scalonych. Kupując gotowe układy scalone, np. do sprzętu wojskowego lub infrastruktury krytycznej, nie mamy gwarancji, czy w takim układzie, w sieci setek milionów elementów nie ma potencjalnie złośliwego kodu lub „tylnego wejścia” (back door), umożliwiającego nieautoryzowaną zmianę funkcji układu. Równie groźnym problemem może być przerwanie łańcucha dostaw układów stanowiących podstawę naszej broni. O wadze tych kwestii świadczy to, że producent Patriotów, firma Raytheon nie kupuje mikroprocesorów na Taiwanie czy nawet u Intela, lecz ma własną fabrykę produkującą układy scalone. Wykorzystywanie importowanych czipów do zabezpieczenia polskich dokumentów (np.dowodów osobistych) ułatwia z kolei infiltrację przez obce służby wywiadowcze. Przykłady zagrożeń można mnożyć i oczywiste jest, że nie ochronimy wszystkich komputerów, telefonów, sprzętu AGD i in., niemniej państwo o potencjale i ambicjach Polski powinno móc ochronić przynajmniej najbardziej krytyczne obszary. Potrzeby takie mogą być zaspokojone tylko przez krajowego wytwórcę układów scalonych.

Laboratoria klasy 100 CEZAMAT PW – fotolitografia – początek definiowania kształtu struktur na płytkach krzemowych

Ważną gospodarczo kwestią jest sprawa dostępu polskich małych i średnich przedsiębiorstw do specjalizowanych układów scalonych projektowanych i wytwarzanych na zamówienie (układy ASIC – Application Specific ICs). Zaprojektowany w Polsce układ o specyfikacji dokładnie zgodnej z potrzebami zamawiającego, może być skierowany do wytworzenia w krzemie w dowolnym miejscu, np. na Taiwanie (w firmie TSMC). Niestety firmy (foundry) wytwarzające czipy w oparciu o nadesłane projekty nie są zainteresowane niewielkimi zamówieniami (poniżej 100 tys. sztuk). W efekcie firmy MŚP, wchodzące na rynek z nowymi produktami, nie mają dostępu do takich układów, co pogarsza ich pozycję konkurencyjną.

Czy inwestycja zagranicznego potentata, takiego jak Intel rozwiąże w/w problemy? Z całą pewnością nie. Czy zatem szczodre dofinansowanie inwestycji Intela i ściągnięcie go do Polski jest słuszne? Zdecydowanie tak. Inwestycja ta umożliwi zatrudnienie ok. 2 tys. wykwalifikowanych pracowników wskazując młodzieży kierunki kariery zawodowej w obszarze zaawansowanych technologii, a w dłuższej perspektywie umożliwi rozpoczęcie tworzenia ekosystemu naukowo-technicznego – firm, instytutów i uczelni pracujących na rzecz przemysłu zaawansowanych technologii. Najważniejszą w krótkiej perspektywie korzyścią dla Polski jest wskazanie światowemu biznesowi Hi-Tech, że Polska jest krajem, w którym największe inwestycje potentatów w obszarze zaawansowanych technologii są dobrze widziane, wspierane i bezpieczne.

Zaspokojenie wymienionych wcześniej potrzeb kraju może być osiągnięte wyłącznie w ramach strategii aktywnego wspierania przez Państwo innowacyjnych MŚP w dostępie do mikroelektroniki, zwłaszcza poprzez stworzenie niewielkiej, krajowej wytwórni układów scalonych dla potrzeb bezpieczeństwa, a także dla wspierania rozwoju zastosowań mikroelektroniki. Czy powinna to być wytwórnia dysponująca kompletną technologią, czy też wytwórnia typu fabless? Ta druga byłaby zdecydowanie tańsza i prostsza w realizacji, niemniej problematyczne mogłoby być znalezienie partnera (foundry), który byłby gotów wytwarzać w krzemie zaprojektowane w Polsce układy, zwłaszcza gdy mówimy o zastosowaniach obronnych. Taka wytwórnia tylko częściowo gwarantuje wymagania cyberbezpieczeństwa, niemniej mogłaby być znaczącym krokiem naprzód. Co do kadrowej i finansowej możliwości stworzenia krajowej wytwórni fabless, to nie ma żadnych wątpliwości. Byłby to koszt na poziomie kilkuset mln zł (łącznie z niewielką linią montażową opartą o istniejący potencjał Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki – IMiF), a co do kadry, to istniejące uczelnie (PW, AGH) kształcą znakomitych projektantów zaawansowanych układów scalonych, którzy już dzisiaj znajdują zatrudnienie w działających niemal wyłącznie dla potrzeb rynku światowego krajowych i zagranicznych firmach projektowych (tzw. Design House).

Linia doświadczalna Inst. Mikroelektroniki i Fotoniki w Piasecznie – operacje termiczne

Rozwiązaniem pełniejszym byłoby zbudowanie niewielkiej, pełnej linii produkcyjnej o wydajności na poziomie niedużych kilku milionów sztuk czipów rocznie dla potrzeb obronności i przedsiębiorstw MŚP. Linia taka, zbudowana w ramach realizacji przemyślanej strategii gospodarczej Państwa i w ramach umowy kooperacyjnej (licencyjnej) z dużym producentem światowym, zaspokoiłaby omówione wyżej potrzeby, istotnie sprzyjając dalszemu rozwojowi mikroelektroniki w Polsce. Krajowi eksperci (IMiF, Cezamat PW) mają jasność co do tego, jakie technologie należałoby wybrać dla takiej linii. Jej poziom wyznaczają z jednej strony potrzeby, z drugiej – realne możliwości ekonomiczno-techniczne. Nie wchodząc w szczegóły, powinny to być technologie średnio zaawansowane, na poziomie od 65 lub 90 do 250 nm, jednakże wykorzystujące najnowsze rozwiązania konstrukcji przyrządów (zwłaszcza tzw. FD-SOI), ukierunkowane na zastosowania w obszarze Internetu Rzeczy (IoT), sensoryki i elektroenergetyki. Wbrew temu o czym mówi w wywiadzie pan Kamiński, nie jest tak, że nowoczesny przemysł stosuje wyłącznie technologie „standardowe” 10 – 22 nm. Technologie 65 nm i powyżej są bowiem nadal atrakcyjne. Firmy, takie jak np. Microchip Technology, z sukcesem sprzedają układy w technologiach 100- 200 nm, a raptem kilka miesięcy temu, we wrześniu 2023 r. Intel podpisał umowę produkcji układów scalonych w technologii 65 nm dla izraelskiej firmy TOWER.

Wbrew poglądowi wyrażonemu w wywiadzie, urządzenia dla takich technologii są odmienne i tańsze, niż dla tych bardziej zaawansowanych. Problemem może być raczej ich dostępność. Kolejną kwestią podnoszoną w wywiadzie jest sprawa posiadania przez Polskę wysokiej klasy ekspertów, którzy byliby w stanie sprostać wymaganiom stawianym przez technologie mikroelektroniczne. Trzeba jednak wiedzieć, że najbardziej zaawansowane technologie FD-SOI, będące główną bronią firm ST-Microelectronics, Global Foundries i SAMSUNG w konkurencji z INTELem, opracował Polak, prof. Tomasz Skotnicki , pracujący wówczas w ST, a obecnie zatrudniony w Polsce, m.in. w CEZAMAT PW oraz w instytucie IWC PAN (prestiżowy projekt ERC CENTERA). Ponadto, z własnego doświadczenia wiem, że wysoki poziom kształcenia polskich uczelni technicznych w obszarze chemii, inżynierii materiałowej czy fizyki, wsparty szkoleniami licencyjnymi ,pozwoli w krótkim czasie uzupełnić brakujące kadry. Koszt takiej niewielkiej linii technologicznej, opartej o istniejący, zaawansowany potencjał kadrowy i infrastrukturalny (CEZAMAT PW, IMiF), byłby umiarkowany i na pewno w zakresie możliwości budżetu Polski. Co do efektywności ekonomicznej takiego przedsięwzięcia, to liczenie na bezpośrednie zyski ze sprzedaży układów nie zawsze jest właściwe. Wiedzą o tym Amerykanie, którzy wbrew rachunkom ekonomicznym budują fabrykę TSMC w Arizonie, tylko dlatego, żeby mieć pełną kontrolę nad produkcją zaawansowanych chipów. W przypadku polskiej wytwórni efekty ekonomiczne pojawią się nie w wyniku sprzedaży chipów, lecz sprzedaży np. systemów uzbrojenia czy też sukcesów firm (MŚP) produkujących urządzenia i systemy, wykorzystujących polskie chipy.

Prof. Piotr Grabiec z płytką krzemową zawierającą układy scalone

Podsumowując, zgodzić się mogę w pełni z tezami wywiadu co do dwóch rzeczy. Z pewnością konsekwentnie rozwijana od lat 80-tych,  najpierw przez prof. Józefa Piotrowskiego, a obecnie przez jego syna Adama, fabryka VIGO jest znakomitym przykładem sukcesu w obszarze polskiej technologii półprzewodnikowej, sukcesu o ogromnej wadze dla polskiej gospodarki i obronności. Po drugie – z pewnością pomysł budowy obecnie polskiej mega-fabryki zaawansowanych układów scalonych nie ma ani sensu, ani szansy na sukces. Nie oznacza to jednak, jak chciałby Grzegorz Kamiński, że należy dać sobie spokój z mikroelektroniką i poprzestać na zakupach chipów np. w firmie onsemi. Zachęty dla wielkiego przemysłu światowego są słuszne, ale niewystarczające, żeby zabezpieczyć potrzeby Polski w tej dziedzinie. Konieczna jest natomiast realizacja przemyślanego planu, którego celem powinno być nie tylko zaspokojenie wspomnianych wyżej potrzeb, ale i stworzenie ekosystemu intelektualnego, technicznego i biznesowego w obszarze produkcji i zastosowań mikroelektroniki.