Рынок кварцевых резонаторов и генераторов: какие мировые тенденции будут определять развитие рынка в России

Рынок кварцевых резонаторов и генераторов долгое время считался одним из самых консервативных сегментов электронной промышленности. Однако изменения, связанные с развитием технологий, всеобщей цифровизацией, геополитическими осложнениями и ужесточением экологических норм, затронули и его. Наши аналитики выделили основные тенденции этого рынка в мире и оценили их возможное влияние на появление новых возможностей или ограничений для отечественных производителей.

Рост и изменение структуры мирового рынка

По оценкам отраслевых экспертов, объем рынка кварцевых резонаторов в мире к 2030 году превысит 12 млрд долл. США, а рынок кварцевых генераторов к началу следующего десятилетия приблизится к 30 млрд долл. США. Рост будет идти без резких скачков и практически непрерывно — пока архитектура цифровой электроники основывается на принципах синхронной логики и централизованного тактирования, спрос на эти компоненты будет сохраняться и увеличиваться.

При этом структура этого спроса меняется: если десять лет назад основным драйвером развития рынка кварцевых генераторов и резонаторов было производство массовой бытовой электроники, то сегодня все больший вклад начинают вносить системы связи, центры обработки данных, промышленный интернет вещей, автомобильная электроника и оборудование для искусственного интеллекта. Эти сегменты предъявляют максимально жесткие требования к стабильности частоты, надежности, долговечности и устойчивости компонентов, отвечающих за синхронизацию, к внешним воздействиям.

MEMS-технологии: перспективы замещения кварца

MEMS-генераторы (от Micro-Electro-Mechanical Systems — микроэлектромеханические системы) — это устройства для генерации стабильных тактовых сигналов, в основе которых лежат микроскопические резонаторы из кремния, создаваемые с помощью полупроводниковых технологий. В отличие от кварцевых генераторов, где опорную частоту дает пьезоэлектрический кристалл, здесь механически вибрирует миниатюрная кремниевая структура (например, микробалка или микродиск).

У MEMS-генераторов есть ряд сильных сторон, в силу которых они активно вытесняют кварцевые в ряде областей:

• компактность. Кремниевый резонатор может быть в десятки раз меньше кварцевого, что критично для производства современных миниатюрных электронных устройств;
• устойчивость к ударам, вибрациям, перепадам температур и другим внешним воздействиям. Это очень важные свойства, обусловливающие применение MEMS-устройств в автомобильной, аэрокосмической и других отраслях с жесткими условиями эксплуатации техники;
• энергоэффективность. Меньшее потребление электроэнергии позволяет увеличить срок работы таких устройств и экономить заряд аккумуляторных батарей;
• удобные технологии производства. Кремниевые резонаторы изготавливаются с использованием тех же процессов, что и микросхемы, поэтому их проще встроить в массовое производство;
• программируемость. Параметры работы кремниевых MEMS-генераторов можно менять, поэтому одним устройством можно заменить несколько кварцевых, рассчитанных на фиксированные частоты.

Тем не менее говорить о полной замене кварцевых генераторов и резонаторов кремниевыми нельзя. Традиционные компоненты по-прежнему доминируют там, где критически важны сверхвысокая точность и предельно низкий фазовый шум. Это, например, производство телекоммуникационной инфраструктуры, радиочастотных систем, специализированных измерительных приборов, систем спутниковой навигации. То есть текущий тренд — это не вытеснение одной технологии за счет появления альтернативной, а перераспределение спроса в различных сегментах рынка пользу той, которая лучше соответствует предъявляемым требованиям к продукции.

Развитие технологий 5G и IoT

Стандарты связи пятого поколения и расширение интернета вещей (IoT) требуют высокоточных и стабильных генераторов, поэтому в технике для телекоммуникационных систем используют кварцевые компоненты. Однако растущие требования к миниатюризации и энергоэффективности заставляют производителей совершенствовать технологии, например, внедрять термокомпенсированные (TCXO) и термостабилизированные (OCXO) генераторы.

Развертывание сетей 5G в России только начинается, однако уже сейчас реализуются проекты по созданию отечественных базовых станций с открытой архитектурой OpenRAN в рамках национальной программы развития цифровой инфраструктуры. По мере расширения этих проектов спрос на высокоточные компоненты синхронизации будет расти одновременно с увеличением объемов производства телекоммуникационного оборудования.

Эксперты отмечают, что аналогичные требования к синхронизации работы оборудования предъявляют практически все перспективные направления — промышленный интернет вещей, автономный транспорт, интеллектуальная энергетика, цифровые производства. То есть развитие сетей 5G — это лишь одно из проявлений гораздо более масштабного процесса цифровизации промышленности в целом.

Санкции и импортозамещение

До 2022 года для производства значительной части электронной аппаратуры в России использовались кварцевые компоненты японских, европейских, американских, тайваньских и южнокорейских поставщиков. После осложнения геополитической ситуации и введения антироссийских санкций многие иностранные компании отказались от работы в РФ и поставки были вынужденно переориентированы на Китай и другие страны Азии.

Параллельно активизировался рост производства внутри страны:

• по оценкам наших аналитиков, объем производства кварцевых резонаторов в России в натуральном выражении по итогам 2024 года превысил показатели 2021 года в 1,5 раза, производство кварцевых генераторов выросло на треть;
• в стоимостном выражении рост составил более 100%, что говорит о существенном увеличении цен на рынке в этот период.

Тем не менее отечественные производители не всегда могут обеспечить поставки необходимых объемов продукции, соответствующей требованиям ключевых потребителей. Дело в том, что крупные заказчики при выборе поставщика оценивают не только характеристики и цены его продукции, но и скорость выполнения заказов, а также уровень и качество инженерной поддержки и статистику эксплуатации конкретных изделий в определенных условиях, которая нарабатывается годами и во многих случаях у российских компаний отсутствует.

Усиление требований к защищенности и кибербезопасности

В условиях роста киберугроз и необходимости защиты данных увеличивается спрос на специализированные кварцевые генераторы с повышенной устойчивостью к внешним воздействиям (например, для военных и банковских систем). В мире растет спрос на резонаторы с защищенными корпусами и дополнительной экранировкой. В России этот тренд особенно актуален из-за продолжающегося импортозамещения в государственном секторе, на объектах критической информационной инфраструктуры и в оборонной промышленности.

Стоимость подобных изделий существенно превышает стоимость массовой продукции, поэтому выпуск специализированных компонентов дает большую маржинальность и более привлекателен с экономической точки зрения. Отечественные производители уже разрабатывают соответствующие решения, но для полного замещения зарубежных аналогов им требуются дополнительные инвестиции.

Ужесточение экологических норм и переход на «зеленые» технологии

На первый взгляд экологическая повестка выглядит достаточно далекой от рынка кварцевых резонаторов и генераторов. Но для компаний, ориентированных на экспорт, соответствие общемировым требованиям к используемым материалам и энергоэффективности производства, имеет очень важное значение. Предприятия, работающие на внутренний рынок, сталкиваются с такими задачами гораздо реже, однако тенденция повышения внимания к экологичности технологий также становится заметной.

Мировые производители электронных компонентов все чаще сталкиваются с требованиями снижения использования вредных веществ (например, свинца в пайке) и уменьшения углеродного следа. Эти требования влияют на технологии производства кварцевых резонаторов, вынуждая компании пересматривать свои технологические процессы. Для российских производителей это создает:

• с одной стороны, дополнительные сложности, так как переход на экологичные аналоги часто требует дорогостоящей модернизации оборудования;
• с другой стороны, возможности для выхода на европейские и азиатские рынки, где «зеленая» электроника пользуется повышенным спросом.

Таким образом, на основные тенденции развития мирового рынка кварцевых резонаторов и генераторов в России накладываются специфические особенности, связанные с импортозамещением и необходимостью развития собственной электронной компонентной базы, в том числе специализированных устройств с повышенными требованиями к внешним воздействиям и безопасности. Способность производителей обеспечить выпуск востребованной в текущих условиях продукции будет во-многом определять развитие высокотехнологичных отраслей российской микроэлектроники в будущем.