Czipy są kluczowym komponentem całej nowoczesnej gospodarki – bez nich niemożliwa jest produkcja elektroniki czy zaawansowanych technologicznie maszyn i pojazdów. Półprzewodniki to też bardzo specyficzna, skoncentrowana branża, w której kilku potężnych graczy (państw oraz firm) dyktuje warunki. Najważniejszymi z punktu widzenia produkcji półprzewdoników globalnymi ośrodkami są Tajwan, USA, Chiny oraz Korea Płd., ale sporo do powiedzenia ma także Europa.
Wojna czipowa pomiędzy USA a Chinami wybuchła za prezydentury Donalda Trumpa. Amerykańska administracja uzmysłowiła sobie, że to ta technologiczna nisza jest kluczowa dla rozwoju współczesnych gospodarek i jeżeli Amerykanie chcą wygrać geopolityczną rywalizację mocarstw z Państwem Środka, to muszą mocno spowolnić je w rozwoju tego krytycznego obszaru. Wszystko zaczęło się w 2018 roku, gdy USA zdecydowały o odcięciu chińskiego Huaweia od dostaw ze Stanów i kontrolowanych przez Waszyngton technologii półprzewodnikowych (Waszyngtonowi chodziło również o technologię 5G). Chiny odpowiedziały własnym programem rozwoju czipów i zaciśnięciem geopolitycznej pętli na Tajwanie.
Dlaczego półprzewodniki są tak ważne? Właściwie każda branża w pewnym stopniu z nich korzysta. Czipy znajdziemy w sprzęcie AGD, telewizorach, systemach uzbrojenia czy autonomicznych pojazdach. Im bardziej zaawansowany technologicznie produkt, tym większej liczby (i bardziej zaawansowanych) półprzewodników potrzebuje.
Branża czipowa pod lupą
Produkcja czipów to skomplikowany proces. Najpierw trzeba stworzyć projekt i przygotować odpowiednie teoretyczne podwaliny pod ich budowę. Potem przejść do samej produkcji (oraz zapewnić dostęp do urządzeń przeznaczonych do tego) oraz fazy testów i wdrażania. W końcu półprzewodniki trzeba dostarczyć.
Na cały półprzewodnikowy ekosystem składa się kilka podsektorów:
- producenci płytek krzemowych, które są podstawą produkcji w mikroelektronice. Liderami są tu japońskie Shin-Etsu Chemical oraz SUMCO Corporation;
- producenci zintegrowanych urządzeń – to firmy, która same odpowiadają za cały proces powstawania czipów – ich projektowanie, produkcję oraz sprzedaż. Liderem tego segmentu jest amerykański Intel;
- producenci czipów – firmy, które koncentrują się na samym procesie produkcji półprzewdoników (chociażby tajwańskie TSMC);
- firmy korzystające z outsourcingu w produkcji – ten model przyjęła choćby Nvidia (USA);
- testerzy półprzewodników – np. Teradyne (USA);
- projektanci software’u – jednym z liderwów jest tu Synopsis (USA);
- producenci urządzeń do litografii – choćby holenderskie ASML.
Liderami sektora czipów pod względem kapitalizacji są (stan na 20.02.2023):
- Nvidia (533 mld dol.);
- TSMC (467 mld dol.);
- Samsung (324 mld dol.);
- ASML (263 mld dol.);
- Broadcom (249 mld dol.).
Widzimy więc, że potentaci rynku czipów są spółkami o wielkiej kapitalizacji, która sugeruje ich duże znaczenie również na pozabiznesowych polach. Ważną rolę w branży zajmują także Holendrzy (ze względu na krytyczne znaczenie ASML) i USA, które są siedzibą wielu firm trzęsących światem półprzewodników.
Na branżę czipów najlepiej patrzeć z perspektywy geopolitycznej. Oto światowa mapa tej technologii.
Tajwan
W 2021 roku około 90 proc. wszystkich zaawansowanych półprzewodników produkowała jedna firma – Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited (TSMC). To też monopolista jeżeli chodzi o produkcję najbardziej zaawansowanych czipów w technologii 5 nanometrów (a firma pracuje już nad kolejną generacją 3-nanometrowych). TSMC to najważniejsza z geopolitycznego punktu widzenia firma świata. Niemalże połowę przychodów generuje ze sprzedaży produkcji do USA, co pokazuje, jak bardzo amerykańska gospodarka uzależniona jest od tej firmy. Również sam Tajwan wisi na jej barkach – raz, że TSMC generuje bardzo dużą część PKB tego kraju, dwa, jest głównym powodem, dla którego USA gwarantują Tajwanowi wojskową obronę. Prezydent Joe Biden powiedział niedawno, że w przypadku chińskiej inwazji na wyspę, Stany są skłonne wysłać tam do jej obrony swoich żołnierzy.
TSMC sprzedaje także do Chin. Problem Państwa Środka polega jednak na tym, że nie posiada ono dostępu do bezcennych technologii posiadanych przez spółkę. Uzyskanie pełnej kontroli nad Tajwanem to jeden z głównych celów Komunistycznej Partii Chin i największa osobista misja prezydenta Xi Jinpinga. W przypadku wybuchu wojny między Chinami a Tajwanem (czyli de facto również z USA) eksport półprzewodników na cały świat zostałby właściwie wstrzymany, bo znaczna część handlu nimi odbywa się drogą morską.
USA nie czekają na zaognienie wojskowej sytuacji. W grudniu zeszłego roku Biden wraz z prezesem TSMC Morrisem Changiem poinformował o wielkiej inwestycji, którą tajwańska firma zrealizuje w stanie Arizona. Będzie to nowoczesna fabryka, jednak najbardziej zaawansowane czipy mają być nadal produkowane wyłącznie na Tajwanie. Produkcja półprzewodników to bardzo skomplikowany proces i przeniesienie wszystkich jej elementów do innego kraju jest bardzo trudnym zadaniem. TSMC musi przy tym zadbać, by utrzymać swoją rynkową przewagę nad konkurencją. Tajwański rząd wprowadził już poważne ograniczenia w podróżach pracowników z kluczowych krajowych sektorów technologicznych do Chin. Przygotowuje też specjalny zespół, którego zadaniem będzie kontrola nad know-how i technologiami TSMC – również przed Amerykanami.
Chiny kontra USA
Największa azjatycka gospodarka zdecydowaną większość czipów nadal musi importować (Chiny produkują jedynie kilkanaście procent czipów wykorzystywanych przez swoją gospodarkę). Nie dość, że Chiny same niewiele produkują, to mają w dodatku spore zapóźnienia w zakresie technologii i są zdolne jedynie do rozwoju mniej zaawansowanych czipów niż choćby TSMC, chociaż chińska firma SMIC produkuje już 7-nanometrowe półprzewodniki.
Chiński plan jest niezwykle ambitny – do 2030 roku chcą produkować co najmniej 70 proc. wykorzystywanych przez własną gospodarkę półprzewodników. Cały rządowy program rozwoju chińskich technologii ma wartość 1,4 bln dol., z czego duża część zostanie przeznaczona na rozwój czipowego biznesu. Chiny stosują różne zachęty dla firm działających w tym segmencie – ulgi podatkowe, dotacje na badania i rozwój czy pomoc w imporcie komponentów do produkcji.
Sytuacja Chin jest trudna, bowiem amerykańscy stratedzy uświadomili sobie, że czipy mogą być piętą achillesową Pekinu i to w ten punkt powinni uderzyć. USA wyprowadziły cios z kilku kierunków. Administracja prezydenta Bidena wydała rozporządzenie ograniczające eksport do Chin półprzewodników o wielkości tranzystorów poniżej 14-16 nanometrów. Ma on dotyczyć czipów produkowanych w USA oraz wytwarzanych przez amerykańskie firmy w innych krajach. Rozporządzenie blokuje też praktycznie Amerykanom możliwość pracy dla chińskich firm z sektora półprzewodników.
USA uruchomiły także własną dyplomatyczną machinę, by skłonić Holandię i Japonię do odcięcia Pekinu od technologii z tych krajów. Według Bloomberga oba zgodziły się na ograniczenie eksportu zaawansowanego sprzętu do produkcji czipów do Państwa Środka. Dlaczego Waszyngton skupił się na małym europejskim kraju? Holandia to siedziba ASML, czyli globalnego lidera w produkcji maszyn litograficznych służących do produkcji miniaturowych układów krzemowych. Odcięcie Chinom dostępu do tego typu sprzętu to ogromny cios w produkcję czipów w tym kraju. ASML ma niemalże monopol na know-how w zakresie litografii w półprzewdonikach.
Stany Zjednoczone chcą też zwiększyć własne moce produkcyjne. W sierpniu 2022 rok Joe Biden podpisał ustawę "CHIPS and Science Act", na podstawie której USA przeznaczą 280 mld dol. na produkcję zaawansowanych technologii i badania naukowe w zakresie m.in. półprzewodników.
Europa
Europa ma dwa potężne atuty w globalnej wojnie czipowej – napisał na łamach Bloomberga Alan Crawford.
To nie tylko AMSL, ale również Międzyuczelniane Centrum Mikroelektroniki (The Interuniversity Microelectronics Centre – w skrócie „imec”), czyli najbardziej zaawansowany ośrodek badań nad półprzewodnikami na świecie, który ma swoją siedzibę w belgijskim mieście Leuven. „Istnieje wielkie zapotrzebowanie na badania tej instytucji jeśli chodzi o przyszłość chipów komputerowych oraz ich zastosowań w wielu obszarach, począwszy od sekwencji genomu po samochody autonomiczne” – pisze Crawford. KE konsultuje już z tą instytucją swoje plany budowy europejskiej fabryki chipów.
Imec znalazło się w centrum zainteresowania możnych z całego świata – znajduje się w bliskim kontakcie z urzędnikami z Korei Płd., pojawiło się w dokumentach Białego Domu dotyczących przeglądu amerykańskiego łańcucha dostaw w obszarze zaawansowanych półprzewodników, a w 2018 roku wizytowało chińskiego premiera Li Keqianga. Imec (razem z Huawei i Qualcommem) pomagało też chińskiej firmie SMIC w rozwoju działu badań i rozwoju.
Instytucja utrzymuje od blisko 30 lat bliskie relacje z ASML i to dzięki temu stała się wiodącym ośrodkiem badań nad skalowaniem, czyli produkcją coraz mniejszych urządzeń o coraz większej mocy. „Wśród produkowanych przez nią obiektów znajduje się warta 2,5 mld euro linia pilotażowa, która pozwala badaczom pracować nad zaawansowanymi procesami produkcji chipów, wyprzedzającymi te obecne na rynku o 2-3 generacje. W efekcie gdy dziś najbardziej zaawansowane chipy są wytwarzane w 5 nanomentrowej litografii, to imec pracuje już nad 2 nm a nawet mniejszymi” – pisze Crawford.
Również UE ma ambitne cele w zakresie zwiększenia swoich czipowych zdolności produkcyjnych. Na razie jednak brakuje spektakularnego przełomu. Poszczególne unijne kraje próbują za to ściągać do siebie duże inwestycje branżowych gigantów. Intel ogłosił już budowę fabryk w Niemczech i Włoszech oraz rozbudowę własnych obiektów i centrów badawczo-rozwojowych w innych krajach Starego Kontynentu.
Pekin na drodze do przełomu?
Pekin mocno inwestuje także w tzw. złożone półprzewodniki trzeciej generacji. Chodzi o czipy wytwarzane ze złożonych materiałów, takich jak azotek galu. Rozwinięcie tej technologii pozwoliłoby niejako na ominięcie problemu z Amerykanami, którzy kontrolują jak widzimy w dużej mierze tradycyjne półprzewodnikowe technologie oparte na krzemie.
Dyrektor imec Luc Van den hove sceptycznie podchodzi jednak do potencjału nowej technologii. Jego zdaniem półprzewodniki złożone będą stosowane raczej w niszowych dziedzinach i nie wyprą krzemu. „Prawo Moora, mówiące, że liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się co dwa lata, „w żadnym razie nie zwalnia”, choć sposoby osiągnięcia tego celu ulegną zmianie, np. poprzez połączenie innowacji, takich jak nowe projekty i typy tranzystorów. Wszystko to oznacza dalsze zmniejszanie się – dojdziemy do wielkości poniżej 1 nm” - powiedział Van den hove.