Kryzys na rynku półprzewodników szansą dla Polski. Co możemy na tym ugrać?

Unia Europejska, powołując się na potrzebę "cyfrowej suwerenności", postawiła sobie za cel podwojenie produkcji chipów. UE chce również, aby do 2030 r. wszystkie gospodarstwa domowe miały dostęp do sieci 5G i gigabitowego internetu; aby "wszystkie kluczowe usługi publiczne" były dostępne online w każdym państwie członkowskim; oraz aby blok posiadał swój pierwszy komputer kwantowy. Fundusze na te projekty będą pochodzić z unijnego funduszu reagowania na koronawirusa o wartości 672,5 mld euro, z którego 20 proc. przeznaczono na inwestycje technologiczne. Czy Polska może na tym skorzystać?

Powodów niedoborów jest wiele

Pandemia COVID-19 dotknęła globalny łańcuch dostaw półprzewodników w bezprecedensowy sposób, ale wiele współistniejących czynników przyczyniło się do tego, że obecny niedobór stał się jeszcze trudniejszy do opanowania. Każdemu z tych czynników można było zaradzić samodzielnie, ale zbieg wydarzeń stworzył sytuację, z której bardzo trudno będzie wyjść w krótkim czasie. Eksperci KPMG w raporcie "Surviving the silicon storm" wyróżnili sześć czynników wpływających na niedobór półprzewodników:

• Pandemia. Pandemia w 2020 r. spowodowała początkowe spowolnienie, a w niektórych przypadkach całkowite zatrzymanie popytu, po czym nastąpił bardzo silny wzrost popytu na urządzenia umożliwiające pracę w domu oraz zakupy i rozrywkę online (np. komputery, infrastruktura i centra danych).
• Zarządzanie łańcuchem dostaw. Producenci samochodów nadal w dużej mierze polegają na strategiach zaopatrzenia typu "just-in-time" o niskim lub zerowym poziomie buforów, wykorzystując krótkoterminowe prognozy (pomimo 26-tygodniowego czasu realizacji zamówień na półprzewodniki). Wiele komponentów pochodzi z jednego źródła, a kontrakty mają rygorystyczne wymogi jakościowe. Wszystkie te czynniki ograniczają elastyczność łańcucha dostaw w przypadku niedoborów.
• Wypadki. W marcu 2021 r. pożar spalił 600 metrów kwadratowych fabryki wafli krzemowych 300 mm w Japonii, należącej do firmy Renesas, kluczowego dostawcy chipów samochodowych. Prezes firmy, Hidetoshi Shibata, ostrzegł przed "bardzo dużym" wpływem na światowe dostawy chipów.
• Napięcia handlowe. Powołując się na względy bezpieczeństwa narodowego, Stany Zjednoczone ograniczyły w 2020 r. eksport niektórych urządzeń do produkcji półprzewodników do Chin.
• Efekt bicza. Wyolbrzymiony lub niedokładny popyt wynikający z niejasnych i pośrednich informacji w całym łańcuchu dostaw. Producenci samochodów zazwyczaj nie współpracują ściśle z producentami półprzewodników i odlewniami, co utrudnia skuteczne reagowanie na duże zmiany popytu.
• Klęski żywiołowe. Silna burza zimowa w Teksasie w lutym 2021 r. spowodowała zamknięcie kilku zakładów produkcji wafli (fabs), w tym dwóch zakładów głównych dostawców półprzewodników dla przemysłu motoryzacyjnego (Infineon i NXP). Na Tajwanie panuje susza, a rząd rozważa racjonowanie wody, co może ograniczyć produkcję w niektórych z największych zakładów prowadzonych przez Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. LTD. (TSMC)

Szybkich rozwiązań brak

Nie jest to pierwszy niedobór, jakiego doświadczył przemysł półprzewodników; nie będzie to też ostatni. Ze względu na ilość pieniędzy, czasu i zasobów potrzebnych do zbudowania nowych mocy produkcyjnych przemysł nie buduje dodatkowych lub nadmiarowych mocy. Według kierownictwa firm produkujących półprzewodniki i analityków, z którymi KPMG rozmawiało, przemysł pracuje obecnie na poziomie ponad 90 procent wykorzystania mocy produkcyjnych, a w przypadku części krytycznych na poziomie 100 procent. Jeśli istnieją niewykorzystane moce produkcyjne, to nie w odlewniach, które mogą obsłużyć gwałtowny wzrost popytu.

W najbliższym czasie nie ma zbyt wielu opcji. Klienci mogą wyczerpać zapasy buforowe (zakładając, że jakieś pozostały), a producenci układów scalonych mogą przyspieszyć dostawy do klientów z niskimi stanami magazynowymi. Producenci półprzewodników mogą przesunąć moce produkcyjne przeznaczone do wytwarzania nowych produktów, ale może to wpłynąć na długoterminowe strategie wzrostu firm.

Wniosek z tego taki, że niedobory półprzewodników nie zmniejszą się, dopóki nie pojawią się nowe moce produkcyjne. Producenci układów scalonych ogłosili plany przyspieszenia inwestycji w nowe moce produkcyjne, a przywódcy polityczni szukają sposobów na zakończenie niedoborów i ograniczenie szkód gospodarczych. Ale bez względu na to, jak bardzo producenci układów scalonych chcą pomóc klientom i jak bardzo politycy naciskają - nie ma szybkich rozwiązań.

Może Polska?

W lipcu 2021 r. Komisja Europejska powołała europejski sojusz na rzecz technologii procesorowych i półprzewodnikowych. Procesory i technologie półprzewodnikowe - od smartfonów, przez 5G, po internet rzeczy i nie tylko - mają kluczowe znaczenie dla udanej dekady cyfrowej.

Ogólnym celem sojuszu jest określenie obecnych luk w produkcji mikroprocesorów i rozwoju technologii, które są niezbędne, aby przedsiębiorstwa i organizacje mogły się rozwijać, niezależnie od ich wielkości. Przyczyni się to do zwiększenia konkurencyjności przedsiębiorstw, zwiększenia suwerenności cyfrowej Europy i zaspokojenia zapotrzebowania na następną generację bezpiecznych, energooszczędnych i wydajnych układów scalonych i procesorów.

Sojusz będzie wzmacniał i wspierał współpracę w ramach istniejących i przyszłych inicjatyw UE. Pomoże on zapewnić UE niezbędne możliwości w zakresie technologii półprzewodnikowych, aby zasilić jej kluczową infrastrukturę cyfrową i sieci komunikacyjne. Ponadto będzie wspierać szereg sektorów i technologii, w tym motoryzację, automatykę przemysłową, opiekę zdrowotną i systemy oparte na sztucznej inteligencji.

Przekłada się to na dwa główne kierunki działań, na których może skorzystać również Polska:

• Wzmocnienie europejskiego ekosystemu projektowania elektroniki. Obejmuje to projektowanie w wiodących węzłach oraz rozwiązania sprzętowe typu open source, które pomogą w opracowaniu wydajnych i zasobooszczędnych procesorów.
• Stworzenie niezbędnych zdolności produkcyjnych. Obejmuje to testy montażowe i zaawansowane pakowanie, prowadzone przez mieszankę podmiotów lokalnych i globalnych, w celu wytworzenia następnej generacji niezawodnych procesorów, elementów elektronicznych i technologii. Przełoży się to na podwójną ścieżkę, która będzie rozwijana równolegle: przesunięcie Europy w kierunku produkcji technologii od 16 nanometrów (nm) do 10 nm, jak również od 5 nm do 2 nm i dalej. Są to najbardziej zaawansowane typy półprzewodników, które oprócz wzrostu wydajności mogą potencjalnie znacznie zmniejszyć zużycie energii we wszystkich urządzeniach, od telefonów po centra danych.

Biznes i nauka powinny to wykorzystać

Do sojuszu może przystąpić każda organizacja prowadząca istotne, istniejące lub planowane działania w dziedzinie technologii procesorowych i półprzewodnikowych, w tym przedsiębiorstwa będące użytkownikami końcowymi, stowarzyszenia oraz organizacje badawcze i technologiczne. Mogą to zrobić, podpisując deklarację i wypełniając formularz zgłoszeniowy, pod warunkiem, że spełniają kryteria określone w zakresie zadań, a dostępne na stronie KE.

Potrzebne duże pieniądze i dużo czasu

Budowa nowego zakładu produkcji wafli (tzw. wafle krzemowe), zwanego fabryką wafli, może trwać nawet dwa lata. Jednocześnie koszt nowego sprzętu rośnie wraz ze wzrostem rozmiarów wafli i zmniejszeniem rozmiarów elementów. Na przykład nowe narzędzie do litografii w ekstremalnym ultrafiolecie (EUV) dla najbardziej zaawansowanych fabryk kosztuje ponad 100 mln USD.

Ze względu na wysokie koszty początkowe budowy fabryk przemysł półprzewodnikowy stara się nie budować nadwyżek mocy produkcyjnych. Jednak w odpowiedzi na niedobór mocy produkcyjnych, TSMC, największa odlewnia na świecie, zobowiązała się do przyspieszenia rozbudowy mocy produkcyjnych. W marcu ogłosiła plany wydania aż 28 miliardów dolarów na inwestycje kapitałowe w samym tylko 2021 roku, a w ciągu następnych trzech lat łącznie 100 miliardów dolarów.

Intel ogłosił plany zainwestowania 20 miliardów dolarów w nowe moce produkcyjne, które wykorzysta na własne potrzeby i utworzy firmę odlewniczą produkującą układy scalone dla innych firm półprzewodnikowych.

Niedobór mocy produkcyjnych uwypukla sposób, w jaki rosnące koszty mocy produkcyjnych fabryk ukształtowały rynek układów scalonych. Wraz z ciągłym wzrostem kosztów fabryk, mniej graczy może sobie pozwolić na budowanie mocy produkcyjnych, a w rezultacie firmy produkujące układy scalone zlecają więcej produkcji odlewniom. Szacuje się, że w 2020 roku pięciu największych producentów wafli będzie miało 54 proc. udziału w globalnej mocy produkcyjnej półprzewodników, w porównaniu z 36 proc. w 2009 roku.

Czytaj także:

• Niedosyt dostaw półprzewodników w związku z pandemią koronawirusa. Jest reakcja USA

PolskieRadio24.pl/ KPMG/ KE/ mib