Jeszcze do niedawna wiele osób praktycznie nie zdawało sobie sprawy skąd tak naprawdę pochodzą komponenty do urządzeń elektronicznych. Nie mam tutaj na myśli jedynie komputerów czy smartfonów. Układy scalone, które produkuje TSMC i inne im podobne firmy znaleźć można praktycznie wszędzie. Od samochodów osobowych, przez urządzenia Smart Home, a kończąc na nieco bardziej zaawansowanych piekarnikach czy kuchenkach mikrofalowych.
Pojawia się jednak jeden zasadniczy problem. TSMC jest właściwie jedynym producentem, który ma narzędzia do produkcji układów w niezwykle zaawansowanych procesach technologicznych 5 nanometrów (nm). W tym miejscu szybkie wyjaśnienie – 5 nm to informacja o rozmiarze pojedynczego elementu półprzewodnikowego, znajdującego się w układzie scalonym. Innymi słowy, jeżeli kupujecie nowy smartfon z procesorem 5 nm, to pojedynczy element ma właśnie taki rozmiar. Dla porównania, grubość ludzkiego włosa waha się od 80 000 do 100 000 nanometrów…
USA stworzyło monopolistę
Stany Zjednoczone Ameryki, mówiąc delikatnie, bardzo lubią wciskać nos w sprawy całego świata. Nie inaczej jest w tym wypadku, ponieważ lata temu rząd USA zainwestował w rozwój TSMC. Dostarczyli oni maszyny niezbędne do produkcji układów w coraz niższych procesach technologicznych. Co jednak istotne, te maszyny zgodnie z podpisaną umową wciąż są własnością USA, a nie TSMC. Innymi słowy rząd Stanów Zjednoczonych może w pewnym stopniu wywierać nacisk na zarząd Tajwańskiej firmy.
To miało miejsce i to nie raz. Pierwsze takie działania mogliście zaobserwować już przy okazji sukcesywnego „niszczenia” biznesu Huawei. W 2020 rok udziały w produkcji układów Hi-Silicon wynosiły 12.8%, natomiast rok później spadły do zera. Wszystko przez sankcje oraz wymuszenie na TSMC zajęcia jednoznacznego stanowiska w konflikcie handlowym pomiędzy USA i Chinami. Sama sytuacja prowincji Tajwan jest na tyle skomplikowana, że ruchy USA jedynie zaostrzają cały konflikt.
Jednocześnie sankcje nałożone przez USA na swoich własnych przedsiębiorców praktycznie uniemożliwiły korzystanie z usług innych producentów, jak SMIC, którzy znajdują się na terytorium Chin kontynentalnych. Specjalizowali się oni w układach scalonych o wyższym procesie technologicznym, jak np. 12 nm, które częściej wykorzystywane są w samochodach czy urządzeniach IoT.
Kto zamawia u TSMC?
Aktualnie około 54% całej podaży na półprzewodniki jest zaspokajane przez TSMC. Z kolei na samym Tajwanie znajdują się także inne fabryki wytwarzające układy scalone. Łącznie Chińskie Tajpej odpowiada za produkcję aż 63% wszystkich półprzewodników na całym świecie. Na drugim miejscu jest Korea Południowa z wynikiem 18%. Musicie jednak pamiętać, że większość, bo aż za 17% produkcji, odpowiada Samsung.
Chiny, nie wliczając w to oczywiście Tajwanu, znajdują się na czwartej pozycji z wynikiem 6%. Główną fabryką jest tam wcześniej wspominany SMIC, który odpowiada za 5% światowej produkcji. Z którego wiele firm po prostu nie może skorzystać…
Zatem lwia część produkcji, która polegała na tworzeniu układów w mniej zaawansowanej technologii spadła na Tajwan, a w szczególności na TSMC. Aktualnie ten gigant współpracuje z najróżniejszymi podmiotami, w tym oczywiście takimi markami jak:
- Apple
- Intel
- AMD
- Nvidia
- Qualcomm
- MediaTek
- ARM
Jeżeli TSMC nie jest w stanie zaspokoić popytu wszystkich swoich klientów, to mamy sytuację jak w tej chwili. Większość, jak nie wszyscy producenci, nie otrzymują zamówionej liczby komponentów. Tym samym na rynek trafia mniej gotowych produktów. Resztę już chyba doskonale znacie. Niedobór chipów przełożył się na kosmiczny wzrost cen elektroniki, a także niektórych powiązanych produktów czy usług.
Gdzie leży problem?
Jeżeli mieliście kiedykolwiek zajęcia z ekonomii, bądź przedsiębiorczości, to doskonale wiecie, że monopol w klasycznym rynkowym ujęciu jest dla niego po prostu szkodliwy. Niemniej jednak aktualnie mierzymy się z nieco innym problemem. TSMC jest praktycznie monopolistą w dziedzinie produkcji układów w technologii 5 nm. Jest oczywiście Samsung oraz Intel, jednak oni produkują układy w zasadzie jedynie na własny użytek.
Innymi słowy, jeżeli chcielibyście wyprodukować własny procesor, to musicie iść do jednej z takich fabryk i ustawić się w długiej kolejce oczekujących. Zarządy nie są specjalnie skore do informowania na temat, a jedyne przecieki, jakie mamy pochodzą bezpośrednio od firm, które już złożyły zamówienia. Aktualnie czas oczekiwania na zamówienia składane u TSMC wynosi aż 21 tygodni.
To ponad 4 miesiące, w trakcie których produkcja np. samochodów jest znacząco ograniczona, a niekiedy nawet i wstrzymywana. Co istotne, są to dane na sierpień tego roku. Z kolei, w ciągu ostatnich dwóch lat, czas oczekiwania nie spadł poniżej 12 tygodni.
Skąd ten czas?
Odpowiedź akurat na to jedno pytanie jest niezwykle prosta. Stworzenie elementów 20 tys. razy mniejszych, niż grubość ludzkiego włosa, jest wyzwaniem samym w sobie. Pracownicy w takich fabrykach muszą pracować w absolutnie sterylnych warunkach. Najmniejsza drobinka kurzu może zniweczyć cały proces produkcyjny, a to oczywiście wiąże się z ogromnymi stratami.
Na nasze nieszczęście sam kurz nie jest tutaj jedynym problemem. Sam proces tworzenia układów scalonych, gdzie pojedynczy element ma rozmiar 5 nm jest niebywale skomplikowany. Stworzenie pojedynczego układu nadającego się do późniejszego wykorzystania wymaga nawet 1500 najróżniejszych procesów. Na każdy z nich składa się od 100 do nawet 500 najróżniejszych czynników i każdy musi być dopasowany idealne.
W przeciwnym razie część lub cała partia nadaje się jedynie do wyrzucenia. Nawet przy założeniu, że każdy z 1500 procesów ma skuteczność na poziomie 99.9% (a tak oczywiście nie jest), to i tak mniej niż jedna czwarta wyprodukowanych układów nadaje się do użytku.
To może więcej fabryk?
Jednym z najbardziej oczywistych rozwiązań problemu braku wolnych mocy przerobowych jest stworzenie kolejnych fabryk. Sytuacja niestety nie jest tak prosta jak te kilka słów. Pozostając przy fabrykach TSMC jako sztandarowym przykładzie. W produkcji układów wykorzystują maszyny zdolne do produkcji w procesie 5 nm.
Za produkcję takiego sprzętu odpowiada między innymi ASML, holenderska firma, która produkuje maszyny umożliwiające seryjną produkcję chipów. By nie wdawać się zbytnio w szczegóły i ich sposób działania – to, co istotne, to każda taka maszyna wykorzystuje do swojego działania precyzyjnie kierowane światło ultrafioletowe, które tworzy na światłoczułej powierzchni pojedyncze elementy procesorów.
Nie będzie też wielką tajemnicą, że tego typu wyposażenie nie należy do najtańszych na świecie. Pojedyncza maszyna to koszt rzędu nawet 175 milionów USD. Do tego musi być odpowiednio konserwowana i wymaga wyszkolonego personelu do obsługi. Ponadto, tak jak wcześniej wspominałem, musi znajdować się w absolutnie sterylnych warunkach.
Choć wymagania do produkcji są niezwykle restrykcyjne, to udało się stworzyć miejsca gdzie ta jest możliwa – choćby fabryki TSMC. Więc dlaczego nie zbudować więcej fabryk, które stworzą nowe miejsca pracy i odciążą giganta z natłoku zamówień?
Niezwykle złożony problem
To nie tak, że nowych fabryk się nie buduje. Samsung już jakiś czas temu zapowiedział, że pracuje nad stworzeniem zupełnie nowego ośrodka w Stanach Zjednoczonych. Niestety nie wystarczy jedynie postawić w pełni przygotowanego i wyposażonego budynku, by rozpocząć pracę z pełną wydajnością. Następnym etapem jest niezwykle żmudny i czasochłonny proces dostosowywania wszystkich maszyn do stosowanych materiałów.
Woda, krzem czy tworzywo sztuczne – te materiały będące podstawą produkcji procesorów mają mniej więcej ten sam skład na całym świecie. Jednak „mniej więcej” przy produkcji układów, gdzie pojedynczy element ma 5 nm, to wręcz niedopuszczalny margines błędu. W jednym ze swoich wywiadów, Peter Hanbury, będący specjalistą od półprzewodników, zadał swojemu rozmówcy kluczowe pytanie.
Czy w Arizonie powietrze, woda albo chemikalia różnią się od tych stosowanych na Tajwanie?
Odpowiedź oczywiście brzmi tak i trzeba to brać pod uwagę, tworząc kolejne ośrodki produkcji półprzewodników. Kolejnym dość nieoczywistym elementem jest cały łańcuch dostaw. To właśnie na terenie Azji są produkowane, a później składane praktycznie wszystkie procesory czy inne układy scalone. Wszystko po to, by później trafić do fabryk wytwarzających w oparciu o nie najróżniejsze urządzenia.
Później te urządzenia trafiają między innymi do Stanów Zjednoczonych, czyli jednego z państw, gdzie znajduje się ich końcowy odbiorca. Innymi słowy stworzenie fabryki półprzewodników na terytorium USA, skąd będą musiały zostać wysłane z powrotem do Azji jest po prostu mało efektywne. Jednocześnie nie wzmocni to łańcucha dostaw na tyle, by odciążyć fabryki TSMC i jednocześnie choć minimalnie zażegnać kryzys, w jakim się znajdujemy.
Kiedy to wszystko się skończy?
Krótka odpowiedź brzmi – nieprędko. Prognozy przewidują, że najwcześniej wspomina się o początku 2023 roku, jednak warto mieć na uwadze, że ten termin z miesiąca na miesiąc jest sukcesywnie przesuwany. Niektóre źródła mówią o 2025 roku i jest to znacznie bardziej prawdopodobny scenariusz.
Sony × TSMC
Swoje 3 grosze do problemów zaopatrzeniowych postanowiło dorzucić Sony wraz z rządem Japonii. W ramach współpracy Japonii oraz Tajwanu, a konkretniej TSMC, ma powstać zupełnie nowa fabryka półprzewodników w Kumamoto. Będzie się ona skupiać na produkcji układów głównie do przemysłu fotograficznego i filmowego, a także motoryzacyjnego, w tym do samochodów elektrycznych.
Jak wspomina agencja Reuters, koszt tej inwestycji ma wynieść około 800 miliardów jenów Japońskich. To w przeliczeniu daje nieco ponad 7 miliardów dolarów amerykańskich. Fabryka ma rozpocząć swoją działalność najpóźniej do 2024 roku. Jednak inwestycja ma jeszcze drugie dno, bowiem rząd Japonii chce zapewnić sobie bezpieczeństwo ekonomiczne. TSMC w zamian za taką inwestycję będzie priorytetować zamówienia składane przez Japończyków.
Chip shortage jeszcze z nami zostanie
Wszystkie plany dotyczące zażegnania kryzysu czy powstania nowych fabryk trzeba traktować bardziej jako propozycje terminowego rozwiązania, niż faktyczne obietnice. Sytuacja związana z ograniczeniem dostępności półprzewodników zmienia się właściwie codziennie, a biorąc pod uwagę jak bardzo zaczyna ich brakować, to do 2024 roku jeszcze wiele może się w tej materii zmieni.
Nie dość powiedzieć, że elektronika staje się coraz bardziej łakomym kąskiem. W ostatnim czasie w USA skradziono cały transport kart graficznych Nvidia RTX z serii 3000 marki EVGA. Nie poznaliśmy dokładnej liczby skradzionych kart czy ich łącznej wartości rynkowej. Wiemy natomiast, że znajdowały się tam modele ze wszystkich półek cenowych od 329$, aż po najwyższe modele kosztujące 1499$ za sztukę.
Procesory wykonywane w najbardziej zaawansowanych procesach technologicznych zdają się być aktualnie na wagę złota. Niewykluczone, że jeżeli tak dalej pójdzie, to te będą chronione lepiej, niż bankowe konwoje.
Źródła: WSJ, CNBC, SemiWiki, Hexus, Thomas, KED, NikkeiAsia, Reuters, SCMP, CFR, BBC, APnews, Time, Bloomberg, SC247
Dodaj komentarz