Efekt motyla. Niedobór półprzewodników, mikroprocesorów, wafli krzemowych (chip shortage), czyli czemu od roku nie ma amplitunerów? (Chipageddon cz.1)

Problem z dostępnością chipów nie jest tajemnicą. Wystarczy zadzwonić do dowolnego sklepu audio i spytać o amplitunery. Usłyszymy, że jest „bryndza na rynku”, że nie ma chipów, półprzewodników, bo pandemia, problemy z dostawami, spłonęła fabryka. Jednym słowem – chipageddon. Obiegowo powtarza się, że kryzys na rynku chipów to wynik pandemii COVID-19. Sytuacja jest jednak bardziej kompleksowa i wieloczynnikowa. Przyjrzyjmy się wszystkim klockom tego domina.

 microchip

 

Wszędobylskie chipy

Po pierwsze, wraz z postępem technologicznym chipy mają coraz szersze zastosowanie, a zatem jest na nie także coraz większy popyt. Znajdziemy je już nie tylko w komputerach, konsolach, smartphonach, urządzeniach elektronicznych i nadajnikach, ale także w nowoczesnym sprzęcie wojskowym, maszynach produkcyjnych, a nawet w prostym sprzęcie AGD, takim jak gofrownica. Dodatkowo zapotrzebowanie na półprzewodniki zostało spotęgowane rozwojem internetu rzeczy (Internet of Things), czyli rozkwitem tzw. inteligentnych rozwiązań: smart pralek, smart robotów sprzątających, inteligentnych budynków, automatyki domowej, czujników, systemów monitoringu etc.

electric car

Bez chipów nie ma również nowoczesnych, inteligentnych samochodów osobowych, zwłaszcza elektrycznych. Używa się ich m.in. do systemów bezpieczeństwa, sterowania pracą silnika i hamulców, do nawigacji i systemów audio. Podczas gdy w autach z sinikiem spalinowym instaluje się od 50 do 200 różnych chipów, to w przypadku samochodów elektrycznych i hybrydowych, ich liczba wzrasta nawet do 3500! Jednak o branży motoryzacyjnej i jaki wpływ ma na „chipageddon” napiszemy jeszcze w dalszej części tego artykułu.

Zapotrzebowanie na chipy, nawet bez pandemii, wzrastało. Wzrastało jednak w sposób mniej lub bardziej kontrolowany. Mniejsi gracze nabywali je na bieżąco, więksi nie robili ogromnych zapasów. Według analizy Goldman Sachs, jednego z największych banków inwestycyjnych na świecie, obecny globalny niedobór mikrochipów dotknął aż 169 branż.

Wielka azjatycka piątka z Covidem

Pod koniec 2019 roku piątka największych światowych producentów wafli krzemowych, czyli Samsung, Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd (TSMC), Micron, koreański SK Hynix i Kioxa (niegdyś Toshiba Memory) odpowiadała za 53% globalnych dostaw. Dość niefortunnie produkcja większości chipów skoncentrowana jest w obszarze Azji Południowo-Wschodniej, głównie w Chinach oraz Tajwanie, czyli tam, gdzie Covid-19 pojawił się najwcześniej.

covid

W efekcie, zwłaszcza na początkowym etapie pandemii, część fabryk na jakiś czas wstrzymała pracę, a następnie, po ponownym wznowieniu produkcji, czasem w ograniczonym wymiarze czasowym, musiała zmierzyć się z kolejnymi wyzwaniami. Wprowadzenie obostrzeń, tj. zwiększenie dystansu społecznego, spowodowało zmniejszenie obsady personalnej na zmianie, a duża ilość zachorowań dodatkowo zaburzała płynność pracy. W sposób oczywisty odbiło się to negatywnie na produktywności. Podobnych trudności doświadczyła i nadal doświadcza nie tylko branża produkcyjna, ale również m.in. transport. Pojawiły się problemy z logistyką – łańcuchem dostaw, terminowością realizacji zamówień, zasobami ludzkimi.

pandemia

 

Popyt na elektronikę w czasie pandemii

Jak na ironię, z powodu Covid-19 i wprowadzenia pracy oraz nauki zdalnej, gwałtownie zwiększył się popyt na urządzenia elektroniczne – komputery, laptopy, tablety. Dodatkowo, w związku z izolacją społeczną i ograniczeniami wprowadzonymi do życia społecznego, niespodziewanie zaczęliśmy spędzać bardzo dużo czasu w przysłowiowych „czterech ścianach”. W efekcie wywołało to momentalny i niezaplanowany wzrost popytu na urządzenia, które mogą umilać czas wolny, czyli na: konsole, urządzenia audio, projektory, duże ekrany, duże telewizory, rejestratory dźwięku, sprzęty AGD etc. W konsekwencji skokowo nastąpił także popyt na półprzewodniki, ale niestety nie poszedł za tym równie skokowy wzrost podaży.

playstation

Czemu zatem "po prostu nie zrobią więcej" mikroprocesorów?

No cóż, nie jest to takie proste, a przyczyn też możemy dopatrzyć się kilku. Po pierwsze, producentów jest bardzo mało. Nowe spółki albo nie są w stanie utrzymać się na rynku, albo są wykupywane przez jednego z gigantów. Chipy wytwarzane są z półprzewodników, które mają właściwości izolatora bądź przewodnika (najczęściej są to krzem, german lub arsenek galu). Proces technologiczny wymaga zachowania wyśrubowanych standardów dotyczących precyzji i sterylności, a także nadzwyczajnego poziomu automatyzacji. Fabryki wytwarzające chipy to zatem niezwykle złożone i technologicznie zaawansowane zakłady.

Produkcja jest skomplikowana, maszyny drogie, a szkolenie kadry długotrwałe i kosztowne. W związku z tym nie sposób zwiększyć produkcji z dnia na dzień. Obecnie szacuje się, że uruchomienie nowych mocy produkcyjnych zajęłoby około dwóch lat i już na starcie wymagałoby ogromnych nakładów kapitału (ok. 15–20 mld dolarów). Jedyną szansą na utrzymanie się na rynku jest to, że taka inwestycja zacznie bardzo szybko przynosić zyski. Jednak nie wystarczy zainwestować, trzeba mieć także kapitał na rozruch. Do mikroprocesora nie może się dostać nawet najmniejszy pyłek, wykonuje się je w warunkach ekstremalnej czystości, pracownicy ubierają sterylne ubrania, noszą maski i gogle. Czipy przemieszcza się zamknięte w specjalnych, hermetycznych pojemnikach, a to wszystko generuje ogromne koszty.

microchip

Postęp wymusza wprowadzanie coraz bardziej zaawansowanych technologii oraz wysokich nakładów na nieustanne prace badawczo-rozwojowe w tej dziedzinie. Nawet najmniejsza innowacja zgłaszana jest od razu do opatentowania, co oczywiście także kosztuje, ale jest konieczne, by zachować przewagę technologiczną na rynku. Nie jest tajemnicą, że kluczowi gracze, tacy jak np. Intel i AMD od lat prowadzą swoisty „wyścig zbrojeń” i za wszelką cenę zdobyć przewagę technologiczną, wizerunkową i rynkową nad konkurentem.

Dlatego, chociaż w pierwszej chwili może wydawać się to nielogiczne, mała podaż i duży popyt są na rękę obecnym producentom chipów, którzy mają ugruntowaną pozycję. Przy tak ogromnym popycie, mogą podnosić ceny swoich produktów i nie muszą martwić się o zbyt. Wybudowanie nowego, kolejnego zakładu produkcyjnego natomiast to bardzo kapitałochłonna inwestycja, która po opanowaniu kryzysu, mogłaby okazać się nierentowna.

microchip

Ponadto, nie bez znaczenia jest lokalizacja fabryk, które wymagają zużycia ogromnej ilości słodkiej wody i mówimy tu o dziesiątkach milionów litrów dziennie. Woda użyta w procesie produkcji układów scalonych musi być specjalnie uzdatniona, by nie doszło do zanieczyszczenia supersterylnej linii produkcyjnej, a po wszystkim, na skutek skażenia nie nadaje się do dalszego użytkowania. Dla zobrazowania tego zapotrzebowania wystarczy powiedzieć, że do wytworzenia jednego wafla, która podlega oczyszczaniu na każdym z około 100 etapów produkcji, zużywa się do 8 tysięcy litrów wody. Produkcja półprzewodników musi być zatem usytuowana w pobliżu dużych zbiorników słodkiej wody.

Tutaj dochodzimy do kolejnych elementów układanki: pogody, zmian klimatycznych. O tym napiszemy w „kolejnym odcinku”. A także o zdarzeniach losowych, polityce i bitcoinie. Bądźcie w kontakcie.

Fot. Unsplash.com