Półprzewodnikowa Wojna Światowa

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (25 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
OCEŃ & PODAJ DALEJ, niech i inni mają szansę POCZYTAĆ

Świat trzeciej dekady XXI jest okresem, w którym technologia oraz jej rozwój stanowią coś naturalnego. Zaawansowana elektronika konsumencka oraz wojskowa stały się wyznacznikiem kierunku, jak i elementem dominującym rozwoju gospodarczego. Widoczne jest to wyraźnie, gdy dołożyć do tego zmiany pokoleniowe. Nasi dziadkowie czy rodzice podróżowali używając mapy, dzwonili z telefonu stacjonarnego i wysyłali listy pocztą. My jesteśmy pokoleniem, które obserwowało udostępnienie sygnału GPS dla potrzeb cywilnych, doświadczało rozpowszechnienia internetu, wprowadzania WiFi, oraz używało pierwszych bezprzewodowych telefonów komórkowych, często jeszcze z fizyczną klawiaturą. Z kolei nasze dzieci, urodzone są już w dobie powszechnego internetu światłowodowego i smartphonów z ekranem dotykowym, będącymi dzisiaj rynkowym standardem. A przed nami w kolejce stoją przecież nowe technologie, jak np. życie w internecie przyszłości “Metaverse”.

Elektronika w szerokim rozumieniu stała się wszechobecna i stanowi pewien procent wartości gotowego produktu. W zależności od rozpatrywanego sektora i skomplikowania finalnego produktu procent ten oczywiście różni się. Niezaprzeczalnym faktem jest jednak obecność podzespołów elektronicznych praktycznie w każdym otaczającym nas urządzeniu z włącznikiem i wyłącznikiem. Począwszy od słuchawek bezprzewodowych, smartphonów, komputerów, pralkach a kończąc na samochodach, traktorach i rakietowych systemach namierzania celów.

Wielokrotnie w badaniach psychologicznych czy w wizjach pisarzy science fiction pojawiały się wątki wpływu technologii na człowieka oraz uzależnienia od niej. Można by pokusić się zatem o potencjalnie “egzystencjalne ” pytania:

  • Co gdyby nagle nowoczesnej technologii zabrakło?
  • Czy świat stanąłby w miejscu?
  • Jak wpłynęłoby to na naszą egzystencję?
  • Czy nasze uzależnienie od technologii nie staje się niebezpieczne?

Na nasze nieszczęście, możemy obserwować to zjawiska teraz, za “naszej kadencji”. Przyczyny, przebieg i ewentualne skutki głodu półprzewodnikowego – bo o nim będzie mowa – są zjawiskiem dość złożonym, toteż Enemy z Teamu Bogaty, zdecydował się podjąć rękawicę i przybliżyć je szerszej publice. Tym bardziej, że już teraz wiadomo, iż kryzys w komponentach elektronicznych zostanie z nami przez dłuższą chwilę. A wszystko przez rozpoczętą wojnę technologiczno-handlową, która ma wiele twarzy. 

Konflikt może być ofensywny lub defensywny. Agresorem jest ta strona, która pierwsza popełnia akt przemocy, ale przecież działalność obronną z zastosowaniem środków prowadzi także strona, która doświadczyła takowego aktu. Wojna nie musi być kinetyczna, kiedy przeciwnika pokonuje się przy użyciu energii. W tym rozumieniu, od energii mięśni unoszących maczugę po energię jądrową ukrytą w głowicy nuklearnej. Może być też informacyjna, kiedy zniewala się przeciwnika informacją i przejmuje kontrolę nad jego świadomością. Wojna może przybierać też formę gospodarczą, gdzie jednoczesne wykorzystuje się w konflikcie element informacyjny i finansowy. Łącząc to wszystko w całość, mamy możliwosć powitać was, szanownych czytelników, w globalnej wojnie o półprzewodniki. Jest ona zaawansowaną wojną hybrydową, gdzie gra idzie o najwyższą stawkę: kontrolę nad globalną gospodarką, przy użyciu łańcuchów dostaw.


Jest to kolejny wpis z serii Commodities, mającej na celu przedstawienie i analizę najważniejszych surowców niezbędnych człowiekowi. Poprzednie analizy poświęcone zostały następującym surowcom:

Etap produkcji wafla krzemowego – bazy do produkcji chipów. Źródło: https://www.northropgrumman.com/what-we-do/advanced-technology-and-innovation/the-brains-behind-military-electronics-custom-asic-chips/

PÓŁPRZEWODNIK – SERCE TECHNOLOGII

Analizę Wojny o Chipy trzeba jednak rozpocząć od wytłumaczenia, czym są półprzewodniki, a dokładniej, układy scalone, lub używając popularnej nazwy – scalaki?

Powszechnie używana nazwa to półprzewodniki (semiconductors). Półprzewodnik może przełączać się między przewodnikiem a nieprzewodnikiem, przez co może umożliwić przepływ prądu lub powstrzymać go, gdy jest to konieczne. Stąd też ich potoczna nazwa.

Pełnią one w produktach elektronicznych rolę mózgu oraz układu nerwowego. Są to produkty zawierające miliony tranzystorów, wytwarzane przy użyciu technologii kilkudziesięciu nanometrów. Oznacza to, iż poszczególne elementy czy ścieżki na takim układzie są oddalone od siebie np. o 60 nanometrów (dalej nm). W projektowaniu chipów „nm” odnosi się do długości bramki tranzystorowej. Im mniejsza, tym więcej mocy obliczeniowej można upakować w danej przestrzeni.

Aby uzmysłowić sobie skalę miniaturyzacji takiego układu, trzeba ją do czegoś przyrównać. Nanometr to jedna miliardowa część metra (10-9), a ludzki włos ma średnicę 10 tys. nanometrów.

Pojęcie układu scalonego wiele osób rozumie zatem w sposób intuicyjny, choć sama definicja jest skomplikowana. Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej definiuje układ scalony jako:

“Jedno- lub wielowarstwowy wytwór przestrzenny powstały z elementów z materiału półprzewodnikowego tworzącego ciągłą warstwę, ich wzajemnych połączeń przewodzących i obszarów izolujących nierozdzielnie ze sobą sprzężonych, w celu spełnienia funkcji elektronicznych”.

Upraszczając, układy scalone są bijącym sercem i pracującym mózgiem naszych komputerów, konsol, elektroniki samochodowej, kalkulatorów i innych urządzeń elektronicznych. To one właśnie zapewniają im określoną moc obliczeniową.

Układ jednak układowi nie równy. Poza oczywistą różnicą w mocy obliczeniowej, istnieje również cała skomplikowana topografia układu scalonego. I ponownie, powołując się na definicję Urzędu Patentowego Rzeczypospolitej Polskiej:

“Przez topografię układu scalonego rozumie się rozwiązanie polegające na przestrzennym, wyrażonym w dowolny sposób, rozplanowaniu elementów, z których co najmniej jeden jest elementem aktywnym, oraz wszystkich lub części połączeń układu scalonego”.

Nic więc dziwnego, że topografia jako wypracowana dużym nakładem energii, środków i w ramach autorskiego procesu badań i rozwoju (research & development) podlega ścisłej ochronie intelektualnej.

Innowacyjne rozwiązania zapewniające lepsze moce obliczeniowe urządzeń, są zwyczajną podstawą postępu i uzyskiwania przewagi w branży elektronicznej. Wiek XXI to faza informatyki, która w coraz większym stopniu charakteryzuje się projektowaniem złożonych i coraz bardziej totalnych czy też zintegrowanych systemów automatyzacji, stosując w tym celu nowe, konwergentne technologie. W ten sposób półprzewodniki stają się podstawą technologii tzw. “ery informacji”. Chodzi tu m.in. o deep learning, przetwarzanie w chmurze oraz ogromny zakres czujników zbierających, analizujących i generujących dane. Stawką jest walka o opanowanie sektora maleńkich urządzeń elektronicznych, zwykle o rozmiarach mniejszych niż znaczek pocztowy, które napędzają nowoczesną gospodarkę, działając jako mózgi przetwarzające dane.

Półprzewodniki obecne są wszędzie, również w każdym systemie broni wyprodukowanym w XXI w. Dla przykładu chipy produkowane przez Tajwańskiego TSMC dla jego klientów, znajdują się w smartphonach, komputerach i platformach komputerowych o wysokiej wydajności, tabletach, serwerach, konsolach i wielu innych. Parafrazując sentencję z technologicznego sektora użytkowania złota i srebra – jeżeli urządzenie posiada włącznik, najpewniej będzie posiadać również półprzewodniki w jakiejś formie. I choć opisywane tu układy półprzewodnikowe są niepozorne z wyglądu i rozmiaru, to zawierają w sobie miliardy tranzystorów, kondensatorów, rezystorów, diod etc. które współpracują ze sobą aby wykonywać operacje logiczne i przechowywać dane.

Przykładowy chip od TSMC o rozmiarach 5 nanometrów posiada gęstość 171.3 mln tranzystorów na milimetr kwadratowy. Nie rozmiar ma zatem znaczenie, ale zastosowana technika.

Kontrolowanie zaawansowanej produkcji chipów w XXI wieku, można porównać w pewien sposób do kontrolowania podaży ropy w XX wieku. Kraj dominujący i kontrolujący produkcję, może zdławić potęgę militarną i gospodarczą konkurentów. Tym bardziej że mowa o rynku, którego dochody roczne wynoszą przynajmniej 500 mld USD, a kapitalizacja jest oczywiście znacznie większa.

Dochody roczne sektora półprzewodników globalnie na 2019 r. i prognozy do 2022 r. Źródło: Semiconductors – the Next Wave. Opportunities and winning strategies for semiconductor companies. Delloite 2019

HISTORIA I TWÓRCY

Choć mogłoby się wydawać, że tak nowoczesna technologia jest stosunkowo świeża, tak okazuje się, że układ scalony ma już ponad 60 lat. Prace nad układami zintegrowanymi prowadzili już w okresie powojennym m.in. Werner Jacobi, Geoffrey Dummer, Sidney Darlington i Yasuo Taru. Jednak na przeszkodzie stanęły albo techniczna niemożliwość zbudowania działającego układu, albo też brak zainteresowania rynkowego. Historia właściwa zaczęła się od dwóch inżynierów, którzy praktycznie równocześnie zaprezentowali pierwsze w świecie układy scalone. Byli to Jack Kilby (pracujący wówczas w Texas Instruments) i Robert Noyce z Fairchild Semiconductors. Warto zauważyć, że panowie pracowali oddzielnie, ale niemal w tym samym momencie zaprezentowali bardzo podobne do siebie rozwiązania, co stało się powodem ciągnącego się długie lata sporu patentowego. Obaj panowie doszli do wniosku, że tranzystory, rezystory i kondensatory można połączyć ze sobą w ramach jednego zintegrowanego obwodu. Różnica polegała na tym, że Noyce oparł swój wynalazek na układach krzemowych, a Kilby na pierwiastku germanu.

Jack Kilby zaprezentował pierwszy realnie działający mikrochip 12 września 1958 r. od razu zyskując zainteresowanie United States Air Forces. Swój wynalazek określił następująco:

„Korpus z materiału półprzewodnikowego… w którym wszystkie elementy obwodu elektronicznego są całkowicie zintegrowane”.

Po dziś dzień uznaje się, że układ scalony ma dwóch ojców. Jednak kariery obu naukowców potoczyły się zupełnie inaczej. Podczas gdy Jack Kilby związany był zawodowo ze środowiskami akademickimi, Rober Noyce założył w 1968 r. firmę Intel, i po dziś dzień jego nazwisku towarzyszy przydomek “Burmistrza Krzemowej Doliny”. Robert Noyce zmarł w 1990 r. na zawał serca. Nie doczekał zatem uhonorowania jego zasług w sposób podobny do konkurenta. W 2000 r. Jack Kilby otrzymał za swoje odkrycie nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Oceniając ogólny wpływ układów scalonych w rozwój elektroniki oraz swoją w tym rolę, przytoczył w swoim przemówieniu słowa Charlesa Townsenda:

“To tak jakby bóbr i królik przyglądali się potężnej zaporze przedzielającej rzekę i ten pierwszy powiedział do królika – ja jej nie zbudowałem, ale cały pomysł to chyba wzięli ode mnie”.

Z pełną odpowiedzialnością trzeba stwierdzić, że obecny przemysł byłby dziś w zupełnie innym miejscu gdyby nie rozwój układów scalonych. Można domniemywać, że zamiast mikrochipów istniałby silny sektor maszyn liczących, z zupełnie innymi rozwiązaniami do zapisu danych. Być może punktem wyjściowym dla nowych rozwiązań byłby system stworzony przez niemiecki oddział IBM dla ludnościowych potrzeb statystycznych III Rzeszy. Opierał się on na indywidualnych kartach perforowanych określających indywidualne cechy osobnika jak płeć, wzrost, kolor włosów czy znaki szczególne, oraz mechanicznych urządzeniach czytających te dane. Na pewno pójście taką gałęzią rozwoju technologicznego utrudniłoby czy wręcz uniemożliwiło popularyzację pewnych rozwiązań które znamy dziś. Jednak czy tego typu rozwiązanie ostatecznie nie dotarłaby w ślepą uliczkę? Ograniczeniem byłoby na pewno skomplikowanie układu zmechanizowanego, serwisowanie oraz ogólna zdolność jego miniaturyzacji.

W rezultacie, wprowadzenie komputerów pod strzechy, ich popularyzacja czy też zapewnienie wielofunkcyjności działania, mogłoby dziś być domeną teoretyków. Gdyby nie technologia układów scalonych, być może żylibyśmy dziś w erze bardziej przypominającej wizje science fiction z nurtu steampunk.

Istnienie i rozpropagowanie technologii układów scalonych, umożliwiło ludzkiej cywilizacji gigantyczny przeskok jakościowy i technologiczny. Biorąc pod uwagę natomiast mnogość zastosowań oraz powszechność, waga sektora jest w kategorii najpoważniejszej globalnie. Brak chipów mógłby bowiem obecnie przekształcić się w brak energii, a brak energii to poważne cofnięcie się w cywilizacji.

SEMICONDUCTOR 101  – JAK POWSTAJE CHIP

Wyprodukowanie chipa czy też półprzewodników nie jest jednak zadaniem, którego można podjąć się w przydomowym garażu. Wymaga on specjalnych warunków i ogromnych nakładów pracy oraz finansowych, zarówno na etapie projektowania jak i produkcji.

Jest to wyspecjalizowany proces, wymagający sterylnych warunków oraz wysoce specjalistycznego sprzętu. Należy przy tym pamiętać, iż zwykle mowa o jednym ważnym podzespole całości pewnej konstrukcji. Przykładowy chip jest bowiem osadzony na płycie głównej systemu a do niej mogą być podłączane podłączane przecież kolejne podzespoły, z których każdy może być zaopatrzony również w swoje własne chipy. Do tego należy dodać inne układy, w tym np. układ chłodzenia oraz stabilną, zabezpieczającą obudowę zarówno chipsetu, poszczególnych komponentów czy też całości konstrukcji.

Przekrojowy proces produkcji półprzewodnika. Źródło: https://www.gallagherseals.com/blog/semiconductor-manufacturing-process

Skupiając się na produkcji półprzewodników proces rozpoczyna się od stworzenia wafla krzemowego. Chodzi o element nazywany z angielskiego “wafer”. W formie ostatecznej jest on cienkim i lśniącym dyskiem powstałym przez cięcie krzemowego pręta na plastry odpowiedniego rozmiaru. Przynajmniej na tym etapie nie należy martwić się o brak surowca. Krzem jest bowiem powszechnie obecny w piachu i po tlenie jest drugim najobficiej występującym pierwiastkiem na naszej planecie.

Zilustrowanie metody Czochralskiego. Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Metoda_Czochralskiego#/media/Plik:Czochralski_Process_PL.svg

Proces rozpoczyna się od wyekstrahowania i oczyszczenia krzemu. Produkt formuje się docelowo w kształt pręta lub sztaby za pomocą procesu Czochralskiego albo metody Floating Zone. Kim był profesor Jan Czochralski? Oddajmy na chwilę głos naszym rodzimym pop-specjalistom od historii. Bez cenzury, oczywiście.

W przypadku tej pierwszej i jednocześnie najpopularniejszej metody, opracowanej w 1916 r. przez naszego rodaka, profesora Jana Czochralskiego, umieszcza się ziarno krzemowe w roztworze polikryształów krzemu a następnie metodą powolnej rotacji w cylindrycznym naczyniu nadaje się mu kształt… cygara. Po odcięciu stożkowych końcówek otrzymujemy pręt o stałej średnicy, który następnie jest cięty diamentowymi ostrzami na cienkie okrągłe krążki. Te z kolei poddaje się dalszej obróbce, tak aby powierzchnia stała się nieskazitelnie gładka. Umożliwi to poprawne naniesienie na wafel układu scalonego.

Różne rozmiary dysków krzemowych. Współczesna technologia umożliwia stworzenie układów o średnicy 300 mm. Źródło: https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-1-creating-the-wafer

Wafel nie posiada on jednak jeszcze właściwości przewodzących. Zdolność tą nabywa za pomocą różnych substancji chemicznych i poprzez proces utleniania. Dysk pokrywa się dodatkowo warstwą tlenku silikonu mającą zdolności ochronne. Na tym etapie obróbka wymaga temperatur rzędu 800-1200 stopni Celsjusza.

Dopiero teraz, można rozpocząć proces nadrukowania gęstej siatki wzoru obwodu. Aby wyprodukować układ scalony, czyli bardzo drobny i złożony wzór, należy najpierw zaprojektować go przy użyciu CADa czy analogicznych narzędzi. To już branżowy standard, że projekt wzoru do przeniesienia może mieć rozmiar zawierający się pomiędzy 10-50 m. Docelowo powinien znaleźć się powierzchni rozmiaru paznokcia lub mniejszej. Precyzja ma więc zasadnicze znaczenie a jakikolwiek poziom tolerancji błędu właściwie nie istnieje.

Proces przenoszenia wzoru, wykorzystuje wrażliwe na światło fotomaski, które odwzorowują jego dokładną zminiaturyzowaną wersję. W związku z tym każdy uprzednio stworzony krzemowy wafel pokrywa się warstwą substancji o wysokiej światłoczułości. Warstwa musi być cienka, o równej powierzchni i odpowiedniej reaktywności na światło ultrafioletowe. Stąd też wymóg aby baza silikonowa, była nieskazitelnej jakości / równości.

Po uprzednim zbadaniu w kontekście niedoskonałości, wzór jest powielany na szklanym podłożu wykonanym z ultra-czystego kwarcu, za pomocą wiązki elektronów. Powstaje w ten sposób wzorzyste podłoże zwane fotosiatką lub fotomaską, które działa jak ultrafioletowy film negatywowy. Ponieważ, maska jest znacznie większa niż rzeczywisty rozmiar chipa, przechodzi ona przez soczewkę redukcyjną, aby przenieść skomplikowany wzór na powierzchnię chipa. Proces ten można przyrównać do druku czarno-białego negatywu na papierze światłoczułym, tylko przy użyciu zestawu narzędzi pomniejszających.

Schemat zestawu świateł i soczewek nanoszący mający oryginalnie 10-50 m wielkości wzór na wafel krzemowy. Źródło: https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-4-drawing-structures-in-nano-scale

Projekty obwodów zostały naszkicowane na waflu krzemowym, następnym etapem jest zatem wytrawianie. Celem, jest usunięcie niedoskonałości oraz zbędnych elementów wzoru naniesionego na etapie poprzednim. Do procesu wytrawiania w produkcji półprzewodników wykorzystuje się wytrawiacz ciekły lub gazowy. Najpierw pokrywa się docelowe obwody warstwą bez-korozyjną, a następnie traktuje się selektywnie całość wytrawiaczem usuwając zbędne elementy. Na koniec procesu, na powierzchni płytki powinny pozostać tylko pożądane wzory obwodów.

Aby chip półprzewodnikowy uzyskał pożądane właściwości elektryczne, nakłada się na siatkę obwodów warstwę specjalistycznej folii z materiałami ułożonymi na cienkiej warstwie gęsto na poziomie atomowym czy też molekularnym. Folia ta jest tak cienka, że do jej równomiernego nałożenia na wafel potrzebna jest bardzo skomplikowana i precyzyjna technologia. Tym bardziej, że proces powtarza się kilkuset-krotnie z wręcz chirurgiczną precyzją. Po tym procesie nasz półprzewodnik jest gotowy. 

Należy mu jednak zapewnić teraz środowisko pracy oraz pierwiastek przewodzący – interkonektor. Dlatego też wafel osadza się w dwutlenku krzemu, a następnie używa różnych metali spełniających wymagania: takie jak przyczepność do konstrukcji krzemowej, niski opór elektryczny, wysoka niezawodność, łatwość formowania, termiczna i chemiczna stabilność. Spełniającymi takowe kryteria są tytan, aluminium oraz wolfram. Jako że ich ceny rynkowe są różne, to też użycie lepszej jakości materiału zdefiniowane jest przez budżet projektu i koszt przypadający na jednostkę czy na partię. 

engineering.com - Is Artificial Intelligence Already Streamlining Its Own  Supply Chain?

Źródło: https://new.engineering.com/story/is-artificial-intelligence-already-streamlining-its-own-supply-chain

Na sam koniec producenta czekają jeszcze szerokiej gamy testy jakościowe i wydajnościowe, wycięcie serii odpowiednich kształtów z okrągłych wafli krzemowych oraz pakowanie w konstrukcje zintegrowanych obwodów wraz z warstwami ochronnymi. Jako że wafle krzemowe oraz docelowe chipy różnią się rozmiarem i skomplikowaniem obwodów w zależności od typu produktu w którym będą zainstalowane, ilość chipów pochodzących z wafla może się różnić. Aby przytoczyć jakąś skalę porównawczą, posłużmy się znów przykładem prosto z Tajwanu. TSMC planuje inwestycję w Arizonie gdzie produkować będzie wafle krzemowe o średnicy 300 mm. Z jednego pozyskuje się tysiące chipów rozmiaru 5 nm – czyli najbardziej zaawansowanych technicznie w portfolio producenta.

Fragment gotowego wafla krzemowego podzielonego na chipy. Źródło: https://www.anandtech.com/show/12377/tsmc-starts-to-build-fab-18-5nm-in-early-2020

Chip stał się ostatecznie gotowym do działania produktem. Czy zatem istnieją jakiekolwiek limity technologiczne?

DLACZEGO ROZMIAR (7NM) JEST WAŻNY?

Bramka tranzystorowa rozmiaru 3 nm w jednostkach CPU, która ma być wkrótce osiągalna rynkowo a nie tylko w fazie R&D, jest rozmiaru około 12 atomów. Technologia rozwija się zatem nieustannie a w szczególności miniaturyzacja i zwiększanie mocy obliczeniowej. W tym kontekście należy przytoczyć proroctwo jednego ze współzałożycieli Intela – Gordona Moora. W 1965 r. stwierdził on, że liczba tranzystorów w pojedynczym chipie komputerowym będzie podwajać się co dwa lata. To w rezultacie miało zwiększać możliwości obliczeniowe komputerów, jako technologii rozwijanej wykładniczo zamiast przyrostowo.

Jego prognoza została sformalizowana do wersji znanej jako Prawo Moore’a. Producenci chipów zwiększają bowiem zagęszczenie tranzystorów, w celu wzmocnienia mocy obliczeniowej. Jednak w dzisiejszych czasach, gdy tranzystory zbliżają się do rozmiarów atomu, utrzymanie tego tempa staje się coraz trudniejszą do wykonania i droższą opcją.

W kilka lat od jego prognozy, człowiek miał postawić stopę na Księżycu, a zdolności obliczeniowe ówczesnych komputerów NASA przyrównuje się do mocy dzisiejszych kalkulatorów kieszonkowych.

Moment przekroczenia przez producentów i projektantów granicy 7 nm w 2018 r. stał się sytuacją, w której nowe wyzwania postawiły dotychczasowo działające prawo pod ścianą.

Zmniejszenie rozmiaru bramki tranzystorowej, pozwalało dotychczas na osadzenie ich większej liczby na waflu krzemowym. Po prostu ilość tranzystorów ulegała zagęszczeniu a ich rozmiar zmniejszeniu. Jednak efektem ubocznym po przekroczeniu granicy 7 nm było “odchudzenie” warstwy izolacyjnej z dwutlenku krzemu. Po przekroczeniu 7 nm pojawia się zatem problem w postaci spontanicznego przepływu elektronów z bieguna ujemnego do dodatniego. Im cieńsza warstwa krzemowa, tym większy “przeciek”, który w efekcie powoduje zwiększony pobór mocy przez całość układu.

IBM oraz naukowcy z Berkeley Institute opracowali pewnego rodzaju rozwiązanie tego problemu (technologie SOI i CNT) jednak w naszej analizie wolelibyśmy zająć się aspektami rynkowymi półprzewodników, pozostawiając techniczne detale zainteresowanym. A tych, odsyłamy do interesującego opisowgo źródła.

Wydajność nie skaluje się dokładnie z rozmiarem tranzystora, a przy tak małych skalach, liczby nie są już precyzyjne. Sposób, w jaki mierzy każda odlewnia półprzewodników, może się różnić w zależności od producenta. Na przykład 10 nm firmy Intel jest konkurencyjny względem 7 nm od TSMC, mimo że liczby teoretycznie nie pasują do siebie.

Prześledźmy tymczasem ostatnie dwie dekady tego postępu technologicznego na przykładzie historii UMC – drugiego największego producenta półprzewodników w świecie, rodem z Tajwanu. W 2003 r. wyprodukowali oni pierwszy w swoim portfolio procesor 90 nm, który wszedł do masowej produkcji w rok później. W 2005 r. UMC stworzył jednostkę 65 nm, w 2006 r. 45 nm. Przeskok na 28 nm miał miejsce w 2011 r. W 2017 r. do masowej produkcji trafiły jednostki 14 nm. Rozmiar 10 nm został osiągnięty w 2016 r. Aktualnie, najważniejsi producenci półprzewodników w świecie, po osiągnięciu w 2018 r. etapu 7 nm, posiadają w swoim portfolio jednostki 5nm jako najnowocześniejsze. W opracowaniu są jednak modele jeszcze bardziej zaawansowane. Inny Tajwański producent i jednocześnie globalny lider – TSMC – dotarł do progu 4 nm i zapowiedział na 2022 r. jednostki 3 nm.

Rozwój technologii procesorowej na przykładzie TSMC. Źródło: https://www.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/technology/logic/l_5nm

Wszystkich zadziwił jednak przed kilkoma miesiącami Amerykański IBM, który zaanonsował 6 maja 2021 r. powstanie jednostek obliczeniowych o technologii 2 nanometrów. Przypomnijmy – im mniejszy rozmiar bramki tranzystorowej, tym więcej mocy można upakować w danej przestrzeni. Co za tym idzie, ten sam rozmiar CPU ale zwiększona moc obliczeniowa. Rozmiar bramki 2 nm to 50 mld tranzystorów ułożonych na powierzchni wielkości paznokcia. Różnica pomiędzy układem 7 nm a 2 nm powinna zatem przynajmniej w teorii pozwalać na osiągnięcie 45% lepszej wydajności, lub 75% mniejszego zużycia energetycznego, w zależności od sposobu w jaki wykorzystujemy nasz CPU. Przenieśmy to na przykłady bardziej “z życia wzięte”.

  • Nasz telefon komórkowy mógłby osiągnąć 4-krotnie dłuższy czas życia baterii (nie wliczając przy tym jednak naturalnego ubytku energii spowodowanego niedoskonałością dzisiejszych akumulatorów litowo-metalowych);
  • Zmniejszenie śladu węglowego sektora np. centrów danych. Czyli zlikwidowanie części kosztów związanych z kosztami zielonej księgowości;
  • Zwiększenie wydajności urządzeń osobistych, czyli szybsze działanie i mniejszy lag przy działaniach wymagających mocy obliczeniowej;
  • Szybsze rozpoznawanie obiektów w przypadku samochodów poruszających się w trybie autonomicznym.

Wprowadzanie jednostek 2 nm jest jednak absolutnym novum i na dzień dzisiejszy bardziej nowinką technologiczną niż rozwiązaniem rynkowym. Komercjalizacja zajmie przynajmniej 2-3 lata, a i tak tego typu technologia będzie w pierwszej kolejności miała zastosowania militarne i korporacyjne, dopiero po kolejnych kilku latach trafiając na rynek cywilny. Docelowo IBM 2 nm CPU mają bowiem być osadzone w jednostkach IBM Power10, dedykowanych enkrypcji, kryptografii, kryptografii kwantowej oraz enkrypcji homomorficznej.

Niespełna dwa miesiące po informacji od IBM, działające wspólnie MIT, Narodowy Uniwersytet w Tajwanie oraz TSMC ogłosiły przełom w ich badaniach nad jednostkami 1 nm. Skoro zatem w zagęszczeniu tranzystorów zbliżyliśmy się do etapu 1 nm, to może wkrótce, zgodnie ze wspólną propozycją naukowców z MIT, Stanford, UoC/Berkeley oraz TSMC, zaprzestaniemy używania nanometrów jako jednostki miary. Istnieją już propozycje zastępcze – naturalnym rozwojem nazewnictwa byłoby tu użycie angstromów, gdzie 10 tychże równa się 1 nm. Takie rozwiązanie mogłoby okazać się przestarzałe już w przeciągu dekady. Dlatego też inną opcją jest wspólna propozycja kilku ważnych jednostek badawczych – LMC density metric, czyli nowa jednostka gęstości dla tranzystorów.

ZASTOSOWANIA I MODELE CENOWE

Wydawałoby się, że każdy postęp w procesie produkcyjnym czy rozwojowo-badawczym może przynieść ogromne zyski dla producentów chipów. Rzeczywiscie, działało to płynnie aż do osiągnięcia progu 28 nm, po czym zaczęło spowalniać. Jednak od poziomu 14-16 nm, a przynajmniej do momentu osiągnięcia podobnego etapu przez konkurencję, postęp zwiększa koszta.

Powodem, dla którego nowy proces produkcyjny jest kosztowny, jest nie tylko wysoki koszt opracowania czy początkowa jego niska wydajność, ale także niezwykle drogi sprzęt taki jak maszyny litograficzne czy maszyny do wytrawiania. W rezultacie, produkując w 2018 z wafli krzemowych o rozmiarze 300 mm procesory 10 nm o odpowiedniej mocy, koszt maskowania pojedynczej jednostki oscylował w okolicy 100 USD. Oczywiście nie wszędzie i nie zawsze potrzebujemy najmniejszych chipów o jak największej mocy obliczeniowej. Rozmiar zależy od architektury układu osadzonego. Porównując sektor telefonów komórkowych i “samochodówkę” uzyskamy następujące zakresy:

Zastosowanie półprzewodników dla sektora telekomunikacyjnego i samochodowego wymaga zupełnie innych rozmiarów. Źródło: Semiconductors – the Next Wave. Opportunities and winning strategies for semiconductor companies. Delloite 2019

Strategia cenowa firmy zajmującej się projektowaniem układów o niskim zysku, to metoda wyceny 8:20, co oznacza, że ​​koszt wynosi 8 podczas gdy cena wynosi 20. Ogólna strategia cenowa Intela to 8:35. AMD na pewnym etapie działania osiągnęło nawet 8:50. Krótko mówiąc, cena przykładowego procesora 10 nm w 2018 r. nie mogła być niższa niż 250 USD, nawet po odliczeniu pewnych kosztów z grupy “overheads”.

Użycie procentowe półprzewodników w sektorach. Źródło: Semiconductors – the Next Wave. Opportunities and winning strategies for semiconductor companies. Delloite 2019

Wiedząc zatem o najnowszych trendach nanometrycznych w jednostkach CPU, wypadałoby teraz odpowiedzieć na pytanie, czym posługujemy się my – cywile. Autor stworzył zatem zestawienie wybranych produktów dla najpopularniejszych kategorii nm, tak aby pokazać jakiego rodzaju rozwiązanie napędza CPU naszych komputerów, CPU telefonów komórkowych czy wspomaga karty graficzne.

Jednostki 5 nm:

  • Dla komputera – Procesor M1 (Apple)
  • W telefonie komórkowym – Samsung Exynos 2100
  • W telefonie komórkowym – Qualcomm Snapdragon 888
  • Dla kart graficznych – brak jednostek z procesorem 5 nm
  • Trivia – 5nm CPU montowane są we flagowych telefonach komórkowych jak Iphone 12, czy Huawei Mate 40 

Jednostki 7 nm:

  • Dla komputera – Procesor AMD Ryzen Threadripper 3990X
  • W telefonie komórkowym – Qualcomm Snapdragon 865
  • Dla kart graficznych – XFX Radeon RX 6900 XT Speedster Zero WB
  • Trivia – procesor AMD Zen 2 montowany w Playstation 5 oraz planowanym Steam Deck

Estymowany udział firm w kontekście użycia technologii 5 nm i 7 nm. Zauważalny jest brak Europy. Źródło: https://www.extremetech.com/computing/322343-taiwan-dismisses-eu-effort-to-build-leading-edge-semiconductor-capacity

Jednostki 10 nm:

  • Dla komputera -Procesory Intel Core i7-11700B i i9-11900H
  • W telefonie komórkowym – Samsung Exynos 9609
  • Dla kart graficznych – Seria GeForce 30, która de facto jest zmodyfikowaną wersją procesora 8nm
  • Trivia – telefon Samsung Galaxy S8

Jednostka 14 nm:

  • Dla komputera -Procesor Intel i9-11900K
  • W telefonie komórkowym – Qualcomm Snapdragon 660
  • Dla kart graficznych – AMD Radeon Pro V340 MxGPU
  • Trivia – Iphone 6S i 6S plus, oraz Xbox One S, który de facto był zaopatrzony w wydajniejszą jednostkę 16 nm od TSMC.

Jednostka 22 nm:

  • Dla komputera -Procesor intel Core i7-4790K

Jednostka 28 nm:

  • Dla komputera -Procesor AMD A12-9800
  • W telefonie komórkowym – MediaTek MT6753T
  • Dla kart graficznych – Sapphire Radeon Pro Duo

Jednostki 40mm:

  • ADAS, czyli advanced driver-assistance systems
  • Samochodowe mikrokontrolery (MCU)

W powyższym wyliczeniu celowo pominięto sporo przykładów z sektora samochodowego, któremu detaliczniej poświęcony będzie jeden z dalszych rozdziałów tej analizy. W tym momencie warto wspomnieć, iż najmniejsze i najwydajniejsze typy jednostek obliczeniowych używanych w sektorze to 7 nm i większe. Głównymi dostawcami rynkowymi są natomiast Infineon/Cypress, NXP, Renesas, Texas Instruments oraz STMicro.

Dostawcy półprzewodników samochodowych i ich udział w sektorze. Źródło: https://www.statista.com/

Powyżej podane zostały cywilne zastosowania półprzewodników. Poza zastosowaniem konsumenckim, oraz w branżach samochodowej, lotniczej czy rozrywkowej, pełnią one również fundamentalną rolę w sektorze wojskowym i obronnym. W szczególności w dobie rozpadu globalizacji, możemy obserwować wzmożony i asymetryczny rozwój militarny każdej ze stron: USA, Chin czy Rosji.

Jest to znany od starożytności konflikt o dominację pomiędzy mieczem (systemy ofensywne) a tarczą (systemy defensywne), tylko przeniesiony do ery technologicznej. Jak wiadomo armia musi posiadać sprzęt najnowocześniejszy, a różnica jakościowa może zadecydować o życiu żołnierza czy powodzeniu konfliktu. Oczywiście myślimy tu nie tylko o systemach zaawansowanych jak pociski sterowane, drony, baterie obrony przeciwlotniczej, systemy komunikacyjne i zakłócania czy współczesne systemy celownicze. Chodzi również o wyposażenie personalne żołnierza. Noktowizory używane przez USA mają np. gwarancję działania na 15 tys. godzin. W przypadku CHRLD w najlepszym przypadku będzie to 10 tys. W warunkach przedłużającego się konfliktu zbrojnego, różnica ta robi znaczenie. Niestety, choć bardzo byśmy chcieli w bogaty.men detalicznych i aktualnych specyfikacji, to ze względu na utajnienie informacji, takiego zestawu nie otrzymamy.

Pomimo wysokich kosztów stałych, cykliczności rynkowej czy nierównowagi rynkowej, w planach wojny nowoczesnej, quasi, czy hybrydowej, udział zaawansowanej technologii jest nieodzowny. W przypadku ciągłego progresu, jaki widoczny jest w sektorze wojskowym, może zdarzać się, że spory procent komponentów czy planów staje się przestarzały jeszcze przed uruchomieniem programu. Dlatego też istnieją specjalne programy zarządzania cyklem życia półprzewodników.

Kluczowymi graczami na rynku półprzewodników w sektorze lotniczym i wojskowym USA są Airbus Group, BAE Systems, General Dynamics, Lockheed Martin Corporation, Northrop Grumman, Raytheon, Altera Corporation (spółka zależna: Intel), Infineon Technologies AG, Microsemi Corporation, ON Semiconductor Corporation, Texas Instruments Inc. i Xilinx, Inc. Firmy te nieustannie poszukują strategicznych inicjatyw w celu uzyskania przewagi konkurencyjnej nad innymi graczami. 

Można więc powiedzieć, iż rozwijający się przemysł elektroniki obronnej, zwiększone wydatki na wojsko i lotnictwo, przyrost zapotrzebowania konsumenckiego oraz dynamicznie rozwijający się przemysł Internetu rzeczy (IoT) to czynniki, które są przede wszystkim odpowiedzialne za rozwój tego rynku.

STRUKTURA SEKTORA CHIPÓW 

Wiemy zatem czym są półprzewodniki, jak wygląda ich produkcja i dlaczego ich brak w dzisiejszym świecie jest tak silnie odczuwalny. Czas zapoznać się z globalnym podziałem sektora. W tym momencie jednak należy zrozumieć, iż mowa będzie o kilku jurysdykcjach, podmiotach rynkowych oraz sporej ilości wzajemnych powiązań w ramach offsetowania części produkcji do podwykonawców. Mimo wszystko mamy do czynienia z rynkiem stosunkowo silnie skonsolidowanym ze względu na jego specjalistyczną naturę i wyspecjalizowanych klientów.

Z sektora można zatem wydzielić trzy podstawowe elementy, tak jak na poniższym wykresie.

U.S.-China Semiconductor Conflict Is About to Get Even Uglier - Bloomberg

Źródło: https://www.bloomberg.com/news/articles/2020-10-21/the-u-s-china-conflict-over-chips-is-about-to-get-even-uglier

Elementem pierwszym jest oczywiście design, czy może po prostu deska kreślarska. W jej skład wchodzą biura projektowe i inżynieryjne pracujące dla gigantów, patenty, rozwój i badania oraz oprogramowanie.

Elementem drugim są semiconductor fabrication plants, czyli fabryki wytwórcze półprzewodników. Powszechnie nazywa się je fabs lub foundries. To ostatnie należałoby przetłumaczyć na Polski jako odlewnie. Tłumaczenie dosłowne jest tu jednak bardzo nieprecyzyjne, gdyż naszym pierwszym skojarzeniem będzie tu zapewne odlewnia stali. W rzeczywistości, bliższym tematowi półprzewodników będzie zamknięte i sterylne środowisko laboratoryjno-wytwórcze. Jest to miejsce gdzie CADowskie projekty przekształca się w docelowe produkty.

Elementem trzecim będzie testowanie i pakowanie. Mowa tu detalicznym procesie testowania gotowego produktu, oraz o osadzeniu chipa w odpowiedniej konstrukcji zapewniającej mu stabilność termiczną i chemiczną działania a przede wszystkim odpowiednią przewodność.

Biorąc pod uwagę podział sektora na powyższe, w świecie wykształciły się specjalizacje, które dla podmiotów działających na rynku zintegrowanych układów prezentują się następująco (warto dodać, iż reprezentuje on tu znaczącą większość konsumpcji półprzewodników):

The chips are down - The semiconductor industry and the power of  globalisation | Briefing | The Economist

Źródło: https://www.economist.com/briefing/2018/12/01/the-semiconductor-industry-and-the-power-of-globalisation

Gdyby wziąć pod uwagę natomiast powyższy podział pod względem jurysdykcji okaże się, że istnieją dwa kraje dominujące w łańcuchu. Dla składania, testowania i produkcji będzie to Tajwan, dla projektowania natomiast przede wszystkim USA. Interesujący przy tym jest słupek pierwszy, mówiący nam o firmach zajmujących się procesem od przysłowiowego “a do z”. Chodzi tutaj o Południową Koreę, a konkretnie jej klejnot koronny – Samsung, oraz amerykańskie podmioty, w tym Intel. Jednocześnie, w każdym przypadku widoczny jest udział Chin w sektorze. Tym jednak zajmiemy się w dalszej części analizy.

W sektorze istnieją dwa główne typy firm produkujących półprzewodniki.

  • Niektóre podmioty jak Intel, Samsung, SK Hynix i Micron odpowiadają za design i tworzą własne produkty, korzystając w większości ze swoich własnych zakładów;
  • Z drugiej strony, istnieją firmy posiadające duże zakłady przemysłowe, ale będące stricte podwykonawcami oferującymi wyspecjalizowane narzędzia i przyjmującymi zlecenia od klientów prywatnych czy też z sektora wojskowego. Posiadają one również swój R&D, często równie zaawansowane, co wyspecjalizowane do poszczególnych gałęzi sektora technologiczengo. W tej kategorii dominuje Tajwański TSMC.

Poniższa grafika przedstawia podział rynkowy dla obu wspomnianych kategorii:

Bardziej detaliczny rzut oka na producentów półprzewodników. Źródło: https://www.google.com/amp/s/indianexpress.com/article/explained/automobile-manufacturing-coronavirus-impact-car-chips-shortage-7251945/lite/

Zaznaczmy także wyraźnie główne kierunki utylizacji półprzewodników w przemyśle, oraz perspektywy na większość bieżącej dekady. Poniższy model przewiduje podwojenie wartości rynkowej sektora półprzewodników w przeciągu bieżącej dekady. Widać zatem wyraźnie, iż mamy do czynienia z sektorem szybko się rozwijającym, ale jednocześnie ze względu na jego wagę w świecie, pełnym różnorakich zagrożeń.

Global semiconductor market by product(Source: IBS)
Click here for larger image

Źródło: https://www.eetasia.com/A-Welcome-Truce-in-the-US-China-Trade-War/

Skoro mowa o rynku gwałtownie się poszerzającym, trzeba również prześledzić jakie regiony są największymi konsumentami technologicznymi. W przeciągu ostatnich dwóch dekad, względna równość pomiędzy jurysdykcjami czy regionami, zamieniła się w ponad 60% dominację CHRLD w 2019 r. Przyczyną było przenoszenie produkcji elektronicznej do tanich pod względem kosztowym Chin (Labour, Materials, Overheads). Wiązał się z tym często transfer technologiczny, który jako czynnik długotrwały przyczynił się do wzrostu roli Chin w sektorze. Zresztą o metodach jakich używała chińska administracja celem utrzymania u siebie produkcji przemysłowej krajów pierwszego świata, można by napisać książkę.

Konsumpcja chipów w zależności od regionu. Źródło: https://warontherocks.com/2020/06/the-chip-wars-of-the-21st-century/

Na koniec, jeszcze jeden interesujący wykres, a mianowicie wpływ wydarzeń 2020 r (czyli gwałtowne zamknięcie i zerwanie łańcuchów dostawczych) na najważniejsze sektory użytkowe półprzewodników. Wyraźnie widać, iż wygranymi byli producenci wszelkich urządzeń usprawniających komunikację czy rozrywkę bezprzewodową. Wielkim przegranym stał się natomiast sektor samochodowy, który w dobie pełnego globalnego lockdownu, a później ograniczeń w przemieszczaniu się poniósł straszliwe straty. Jednocześnie, jego aktualna kondycja nadal pozostawia wiele do życzenia, o czym piszemy dalej.

Wpływ wydarzeń 2020 r. na wybrane sektory użytkowników półprzewodników. Źródło: https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/coping-with-the-auto-semiconductor-shortage-strategies-for-success

Półprzewodniki, jako ważny globalnie i rozwojowy sektor, używane są w rozwiązaniach zarówno konsumenckich, korporacyjnych, rządowych oraz militarnych. Stały się w pewien sposób “zakładnikiem” światowej wojny mocarstw. Przyjrzyjmy się zatem bardziej detalicznie zagrożeniom towarzyszącym producentom chipów. 

ZAGROŻENIA I SZANSE DLA SEKTORA 

Zanim zajmiemy się głównymi podmiotami sektora półprzewodników, skupmy się najpierw na wybranych aspektach całościowych. Poniżej znajduje się krótkie omówienie hasłowe tła rozwojowego oraz codzienności świata półprzewodników.  

Postęp technologiczny

Dobrze nie zdążyliśmy się nacieszyć dopiero co wprowadzaną technologią 5G, a tymczasem chiński producent smartfonów Vivo rozpoczął badania nad jej następcą 6G. Nie są w tym przedsięwzięciu osamotnieni, bowiem analogiczne badania prowadzi konglomerat Samsunga, Intela i LG. Zdaniem chińczyków, telefony komórkowe, okulary AR / VR i robotyka, to produkty które będą wymagały stałego użycia 6G. Jeśli chodzi o samą robotykę, profesor Qin Fei z Bejing University of Technology przewiduje, że do 2030 r. roboty wielofunkcyjne zastąpią istniejące roboty podstawowe, a ich sztuczną inteligencję będzie można aktualizować i przechowywać. To wymusi oczywiście rozwój innych technologii powiązanych sektorowo. Z kolei jeśli chodzi o technologię AR i VR, Qin Fei uważa, że ​​przyszłe okulary VR będą cieńsze, wygodniejsze i mogą być podłączone do interfejsu mózg-maszyna, umożliwiając dokładny odczyt ludzkiego mózgu.

Zabierając głos o różnicy między 5G i 6G, Qin Fei odpowiedział, iż 4G i 5G dotyczą łączności i cyfryzacji, podczas gdy 6G ma na celu wzmocnienie tych dwóch i połączenie ich z inteligentnym rozwojem w celu świadczenia usług komunikacyjnych, obliczeniowych i pamięci masowej. Powiedział też, że 6G nie może być po prostu utożsamiane z technologią 5G + AI, ale że te dwie technologie są od siebie niezależne na tym etapie i będą się rozwijać w zbieżny sposób w przyszłości.

Przyszłosć dla sektora półprzewodników. Źródło: Źródło: Semiconductors – the Next Wave. Opportunities and winning strategies for semiconductor companies. Delloite 2019

Gdzieś w tle istnieje zatem nacisk na rozbudowę sieci 5G i 6G, bez której kolejna rewolucja technologiczna, zbieranie i analizowanie danych oraz przepływ informacyjny może zostać znacznie spowolniony. Równanie 5G/6G + AR/VR + IT + IoT + Cloud + Crypto + DeFi + Big Data + Inne, brzmi doprawdy imponująco. Nawet jeśli będziemy mieli na uwadze jakiego typu narzędzia inwigilacyjne ono stworzy, oraz w jak znacznym stopniu zrobotyzuje życie nasze i następnych pokoleń.

Wyścig technologiczny 

Pod względem technologicznym, wychodzi, że przynajmniej w początkowej fazie IoT, czyli Internetu rzeczy, chipy 14 nm będą wystarczać dla naszych potrzeb. Spojrzenie na rynek uświadamia jednak, że urządzenia z najwyższych półek oraz o większym poziomie skomplikowania  będą wymagać technologii nowocześniejszej. W dniu dzisiejszym daje to przewagę wytwórczą oraz R&D światowi nie-chińskiemu, który konsoliduje się na terytorium USA. Mimo tego, pod względem rozwojowym nadal rządzi i dzieli Samsung, a pod względem wytwórczym dominuje TSMC. USA zatem ma wiele do nadrobienia, a co dopiero Chiny.

CHRLD deklaruje docelową samowystarczalności półprzewodnikową. Jest to cel jak najbardziej realny i osiągalny w przeciągu najbliższych kilku lat. Pytanie, czy jest to cel ostateczny? Na tę chwilę Chiny rozwijają technologię 14 nm i przymierzają się do komercyjnego opracowywania 7 nm, podczas gdy konkurenci już dawno przekroczyli tę barierę i sięgają po rozmiary 2-3 nm.

Koniec wolnego handlu

W perspektywie czasowej końca dekady, CHRLD jest w stanie nadgonić część zaległości i pod względem technologicznym stać się przynajmniej po części podmiotem konkurencyjnym. Jednak nie tyle z powodu mocy obliczeniowych co z powodów cenowych. Tu jednak wejdą do gry układy celne, taryfy oraz wielka polityka mogąca blokować import / eksport. Era wolnego handlu dobiega bowiem końca a przewagi chińskiego przemysłu, czyli taniej (aczkolwiek miejscami porównywalnej do europejskiej) Labour / Manufacturing / Overheads wytwórczości chińskiej zostają skutecznie zablokowane. Przy bi-lateralizacji świata, może to de-facto stworzyć dwa rynki globalne, które przenikać będą się wpływami w strefach buforowych, ale już nie na obszarach tzw. core / jądrach. Co to oznacza? Bez względu na jakość wykonania, w USA nie uświadczymy chińskiego telefonu komórkowego, a w Chinach posiadanie Iphona wręcz może być karalne.

Wojna celna pomiędzy USA i CHRLD jest widoczna gołym okiem, niewielu jednak zwraca uwagę na wojenki celne pomiędzy EU i USA, oraz ich ewentualny potencjał. Przykład teoretyczny: EU dąży aktualnie do znormalizowania typów slotów ładujących w urządzeniach elektronicznych high tech do standardu USB C. Nie musi i zdecydowanie nie podoba się to marce Apple, która posiada swój własny standard Lightning. Apple może zatem próbować osiągnąć wsparcie rządu amerykańskiego, który to będzie naciskać na Europę eskalując tym samym sytuację, może poddać się dyktatowi EU na obszarze unijnym, albo… może zrezygnować z ładowania przewodowego i postawić całkowicie na bezprzewodowe. Z perspektywy klienta, pozytywne ujednolicenie standardu. Z perspektywy producenta, kosztowny wymóg zmiany procesu technologicznego do standardu lokalnego. Z perspektywy politycznej, możliwość eskalacji podana na srebrnej tacy.

Zerwana logistyka

Problemem dla sektora są również skomplikowane łańcuchy dostaw, czyli spadek po blisko trzech dekadach świata otwartego handlu w ramach Pax Americna. Poszukiwano bowiem tańszych dostawców i producentów, często nawet na drugim końcu świata. Globalny lockdown numer jeden zatrzymał rozpędzoną globalną gospodarkę w taki sposób, iż toczy się ona jeszcze siłą rozpędu ale w silniku posłuszeństwa odmówiły tłoki, panewki i rozrząd. Dodatkowo, pętają go ograniczenia zielonej energetyki, oraz nowe pandemicznie organiczone możliwości logistyczne. Celem zminimalizowania strat, a często celem przetrwania, wiele z firm transportowych pozbyło się zarówno kontenerów jak i środków transportu. W rezultacie, klienci walczą o dostęp do logistyki międzynarodowej, której koszta i ceny rosną ze względów kosztów surowców oraz energii. Dodatkowo, cień pandemii oraz rzekomo poprawnych decyzji politycznych powoduje, że procesy logistyczne są spowolnione i ograniczone. W tym też celu szuka się sposobów skrócenia łańcuchów dostaw. Z drugiej strony, celuje się długoterminowo i inwestycyjnie w budowę zakładów produkcyjnych, bliżej swoich wysoko-wolumenowych odbiorców.

USA na ten przykład dokonuje outsourcingu produkcyjnego do TSMC i koreańskiego Samsunga, a obie firmy w ramach geograficznej dywersyfikacji budują zakłady przemysłowe w EU i USA. Tajwańczycy poza wspomnianymi powyżej problemami mają na dodatek problem z natury patologicznego sąsiedztwa, co wpływa na postawę ich poważnych klientów. Co prawda TSMC zapowiedziało w 2021 r. zwiększenie proporcji swojej produkcji ukierunkowanej w stronę sektora samochodowego. Jednak zwiększenie mocy produkcyjnych odbędzie się najprawdopodobniej kosztem innych odbiorców. Nikt zatem nie będzie zadowolony w pełni.

Moce energetyczne

Samsung z początkiem 2021 r. cierpiał na problemy spowodowane opóźnieniami dostaw od ich własnych amerykańskich dostawców podzespołów. Przyczyną bezpośrednią były braki energetyczne w Teksasie zimą tego roku. Spowodowało to przestoje produkcyjne u poddostawców koreańskiego giganta. Temat ten akurat ma szansę do nas wrócić jeszcze wielokrotnie.

Aktualnie, nawet Chiny cierpią na poważne problemy energetyczne związane z brakami węgla, drożejącymi cenami surowców i przestawianiem się na zielone źródła energetyczne. Rezultatem jest limitowanie energii elektrycznej już nawet dla sektora przemysłowego. Widać to również w Europie, a w szczególności Wielkiej Brytanii. W UK energia generowana przez farmy wiatrowe odpowiada za blisko 25% całości. W aktualnej sytuacji gdy nie ma wystarczającej siły wiatru wiatru, farmy wiatrowe nie generują prądu. Gdy mamy do czynienia natomiast z jego zbytnią siłą, elektrownie wiatrowe trzeba wyłączać. Podobnie dzieje się z paliwem przejściowym dla zielonej rewolucji energetycznej, czyli gazem ziemnym. Jego globalne niedobory oraz zwiększone zapotrzebowanie rynków azjatyckich sprawiło, że gaz stał się droższy. Otwarcie Nord Stream 2 nie zbilansuje od razu zapotrzebowania EU w gaz. Podobne braki notuje się także w USA, gdzie huragany uderzające w Zatokę Meksykańską powodują wyłączenie produkcji ropy i gazu w regionie, oraz zatrzymują zdolności rafinacyjne stanów południowych. W tym kontekście, spodziewalibyśmy się nadciągającego komercyjnego boom na technologię małych reaktorów modułowych (SMR).

Zapotrzebowanie surowcowe

Studia dotyczące braków wody w Chinach są perspektywicznie niebezpieczne dla przemysłu półprzewodników. Chodzi tu na przykład o produkcję UPW, czyli ultra czystej wody, którą używa się do celów oczyszczania. Solucja jest tak czysta. Uznaje się ją wręcz za rodzaj rozpuszczalnika przemysłowego. Potrzeba 1400-1600 galonów zwyczajnej wody na wyprodukowanie 1000 galonów UPW. Wyprodukowanie elektroniki obliczeniowej telefonu komórkowego wymaga ponad 2000 galonów UPW do produkcji. Nie jest to odosobniony przypadek, ponieważ z podobnym problemem boryka się Tajwan.

Poza brakami wody należy wspomnieć o zwyczajnych surowcach, jakie znamy z układu pierwiastkowego. Aluminium, boron, krzem, silikon, german, cyna, selen, tellur, arszenik to podstawy surowcowe dla stworzenia chipu. A ten trzeba przecież osadzić w kolejnym układzie, poszerzającym listę surowców potrzebnych. Ze względu na brak ujednolicenia technologicznego między producentami nawet często w tym samym kraju, ilości i domieszki mogą się różnić. Za produkcją półprzewodników stoi zatem cały surowcowy łańcuch zaopatrzeniowy. Z tym wiążą się niebezpieczeństwa logistyczne i energetyczne. Na szczęście sektor producentów półprzewodników posiada w swoich modelach pewne rezerwy komponentów gwarantując sobie w ten sposób x czasu produkcji w przypadku przerwania łańcucha dostaw. Dodatkowo ze względu na jego wagę i rolę, może również liczyć na potencjalną pomoc interwencyjną aparatu państwowego.

Popyt a moce produkcyjne

Potencjalne przeniesienie produkcji od jednego wykonawcy do innego, np. z większą możliwością produkcyjną (np. z TSMC do Samsunga lub odwrotnie) to proces trwający 6-12 miesięcy i koszmar dla działów inżynierskiego i wdrażania nowych projektów. W tym czasie wolumen produkcyjny jest zmniejszony, a samo wyprodukowanie partii chipów trzymających docelowe parametry może potrwać kolejne miesiące. Jednak wolnych zdolności produkcyjnych praktycznie już nie ma. Powstaną one dopiero gdy wybuduje się nowe fabryki. Oznacza to, iż “głód półprzewodnikowy” w obecnej postaci może potrwać w różnym natężeniu w zależności od sektora przynajmniej przez najbliższe 3 lata!!!

Przyczynia się do tego jeszcze element ściągania półprzewodników z rynku przez klientów celem stworzenia zapasu bezpieczeństwa. To z kolei generuje dwojakie problemy. Z jednej strony klient zabezpiecza się względem przerwania łańcucha dostaw oraz względem zapotrzebowania płynącego ze swoich zdolności produkcyjnych. Z drugiej natomiast wymaga się od producenta chipów pracy na podwyższonych obrotach non stop. Poza elementem biznesowym istnieje tu oparty o wszystkie czynniki powyższe element wzajemnego zaufania czy też jak ostatnio, jego braku. Czas i środki konieczne na zwiększenie swoich zdolności produkcyjnych to poważna inwestycja, która stoi pod znakiem zapytania z powodu ewentualnego potencjału przecenienia przez producenta trendów popytu rynkowego czy własnych możliwości. Tak jak stało się to z Intelem w sektorze telefonii komórkowej.

Za i przeciw konsolidacji

Jako że sektor i tak należy do dość skonsolidowanych, to w sytuacji przykładowych dalszych fuzji, przejęć i akwizycji rynkowych, może okazać się, iż producent półprzewodników będzie posiadać zarówno słabo zdywersyfikowaną grupę klientów. Oznacza to, że trzeba będzie zaspokoić potrzeby bieżące najważniejszych klientów, kosztem tych którzy są mniejsi wolumenem zamówień lub zwyczajnie spóźnili się.

Również w kontekście dostawców, poza ryzykiem logistycznego ściśnięcia, geopolitycznym, militarnym, oraz oczywiście elementem cyber-bezpieczeństwa, potencjalna konsolidacja może zwiększyć ryzyka ciągłości przepływu komponentów. Sektor nie działa w trybie dostaw just-in-time a raczej długoterminowych kontraktów wysoko-wolumenowych i rezerw. Na tym przykładzie widać poważny zgrzyt pomiędzy modelami działania producentów półprzewodników i sektora motoryzacyjnego.

Konsolidacja sektora dostawców materiałowych dla producentów półprzewodników, według TSMC. Źródło: TSMC Annual report 2020 r.

Dochodzi do tego jeszcze wątek konsolidacji wymuszonej. W amerykańskim stanie Arizona, łączą się interesy Intela, ASML oraz TSMC. Tworzy nam się zatem skonsolidowany hub technologiczny, pod moralnym nadzorem Intela, mający na celu zacieśnienie współpracy między stronami i zmniejszenie kosztów operacyjnych w kontekście najważniejszego globalnie rynku amerykańskiego. Stronom chodzi o zabezpieczenie ciągłości dostaw i skrócenie szlaków logistycznych, jednak efektem ubocznym może być próba miękkich nacisków na podzielenia się opatentowaną technologią. Amerykanie są bowiem w technologicznym wyścigu półprzewodnikowym za Koreańczykami a w wolumenach, daleko za mocami Tajwanu.

Z końcem września 2021 U.S. Department of Commerce poprosił m.in. Intela, TSMC oraz Samsunga o dostarczenie danych dotyczących ich sprzedaży, stanu zapasów i danych klientów. Wspomniane podmioty wstępnie odmówiły, jednak ze względu na dostęp do amerykańskiego rynku, pozostaje pytanie jak długo będą mogły odmawiać i jakiego rodzaju prośby mogą nastąpić w przyszłości, wraz z zaostrzaniem się geopolitycznej sytuacji.

Zobaczmy teraz, jak przedstawiają się najważniejsi uczestnicy rynku półprzewodników. Skupimy się tu na najważniejszych jurysdykcjach, ale i najsilniejszych producentach, zarówno pod względem R&D jak i wolumenów. Zaczniemy od katalizatora zmian, jakim stały się Chiny ludowe.

CHINY W WOJNIE PÓŁPRZEWODNIKOWEJ

Dużym nakładem środków, sił, ale i często również przy pomocy inżynierii wstecznej oraz użycia szpiegostwa przemysłowego, można doprowadzić do stworzenia sektora produkcyjnego półprzewodników pod swoją jurysdykcją. Przykładem połączenia powyższych, który od razu powinien przyjść nam na myśl są Chiny kontynentalne. Z jednej strony nadrobienie dekad technologicznego niedorozwoju względem świata, było i jest dla tego kraju wyzwaniem. Z drugiej natomiast, CHRLD jest w sytuacji, w której może próbować szerokiego wachlarza metod pozyskania technologii już opracowanej. Chodzi tu zarówno o samodzielny R&D czy legalne próby przejęcia specjalistów rynkowych, ale i sposoby mniej legalne. Odczuwa to na swojej skórze TSMC z Tajwanu, raportujący podkupywanie specjalistów i ataki hakerskie. CHRLD jest w pewien sposób w lepszej pozycji niż konkurencja, ponieważ nie przeciera szlaków, a nadgania. Dodatkowo zagraniczne podmioty zostały ostatnimi laty spowolnione przez problemy techniczne związane z przełamaniem Prawa Moore’a.

Matt Sheehan z MacroPolo, skupionego na CHRLD think tanku działającego pod egidą Paulson Institute powiedział:

“Półprzewodniki są tak wielką bronią, ponieważ są jednym z najbardziej wyraźnych wąskich gardeł w światowym handlu technologiami”.

W 2019 ministerstwo przemysłu Chin oceniło w raporcie, iż kraj ten musi polegać na imporcie w przypadku 95% wysokiej jakości chipów używanych w procesorach komputerowych i ponad 70% w urządzeniach mobilnych. Około 55% chińskich zamówień na półprzewodniki w 2020 r. realizowane było przez tajwańskiego giganta branży – TSMC. Przynajmniej do czasu ogłoszonego przez USA banu eksportowego na dostarczanie najnowocześniejszych technologii do Chin. Oczywiście w tym kontekście poza elementem chińskiego bezpieczeństwa narodowego czy planowanej samowystarczalności gospodarczej, pozostaje pytanie o koszta takiego ruchu dla Chin oraz wpływ na ostateczną cenę produktu końcowego.

Jak poważnym wyzwaniem dla Chińskich planów samowystarczalności był niedobór półprzewodników? Deloitte podaje, iż ostatnimi laty, CHRLD wydawało na ich import więcej niż na import ropy naftowej.

Waga importu półprzewodników dla Chin ostatnimi laty. Źródło: Semiconductors – the Next Wave. Opportunities and winning strategies for semiconductor companies. Delloite 2019

W kontekście rozwoju półprzewodników CHRLD stworzyła kilka wykładni kierunkowych. Plan Made in China 2025 był jednocześnie planem drogowym tego kraju i narzędziem finansowania, tak aby CHRLD zapewniło sobie krajową produkcję 70% ich własnego zapotrzebowania. Wagę półprzewodników zaznaczono również w 14-tym planie pięcioletnim 2021-2025. Oczywiście, powyższe odnoszą się do rozwoju kraju całościowo, a nie tylko do wybranych sektorów. Jeśli tego mało, to od 2014 r. w Chinach funkcjonuje 2014 National Integrated Circuit Plan. Branża mówi, że samowystarczalność CHRLD jest w stanie osiągnąć w przeciągu najbliższych 4-5 lat.

Chińskie zakłady sektora półprzewodników. Źródło: https://thediplomat.com/2021/08/water-with-your-chips-semiconductors-and-water-scarcity-in-china/

Chiny mają zatem bardzo ambitny program dotyczący rozwoju sektora. Planują zarówno rozwój technologiczny jak i zwiększeni zdolności produkcyjne chipów na swoim terytorium. Na sierpień 2021 r. CHRLD odpowiadają za 7.6% globalnej sprzedaży półprzewodników. Jednak poczynione i planowane na okres 2014 – 2030 inwestycje na rozwój mają wynieść zbiorczo 150 mld USD. To oczywiście spowoduje, że procent udziału globalnego ulegnie zatem zmianie. Dodatkowo, ze względu na specyfikę polityczną, CHRLD jest w stanie pozwolić sobie na planowanie sektorowe i rzucanie swoich sił inwestycyjnych w kierunkach określanych przez rząd i partię jako perspektywiczne.

Innym zagrożeniem są niedopracowane jeszcze w porównaniu do konkurentów rozwiązania produkcyjne w odlewniach czy też elementy zawierające się w etapie R&D. Jednak tu należy pamiętać, że Samsung, Intel czy TSMC mają lata doświadczeń, a CHRLD działa w pewien sposób w osamotnieniu i rozwija u siebie własny R&D.

Z sektora low-tech CHRLD przekształca się zatem rozwijającego się producenta dóbr high-tech. W tej grupie jako produkty końcowe zawierają się m.in. samochody elektryczne, komputery nowej generacji, telekomunikacja, robotyka, sztuczna inteligencja i zaawansowane chipy. Celem, jest zmniejszenie uzależnienia Chin od zagranicznych technologii i globalna promocja chińskich firm high-tech. Dla świata takie działanie może mieć niebagatelne znaczenie. Tak zwane Wielkie Chiny – które obejmują Chiny, Hongkong i Tajwan – są realnym planem politycznym Pekinu, który całkiem niedawno zakończył quasi-niezależną egzystencję Hong Kongu i od zawsze uważał Tajwan za zbuntowaną prowincję. Dodając do tego bliskość Korei Południowej jako hubu Samsunga, oraz Japonii jako ważnego klienta na rynku użytkującym moce obliczeniowe CPU, to geopolityczna mapa sektora półprzewodników już teraz niebezpiecznie przechylona jest w stronę Azji.

Wojna handlowa oraz cicha wojna o wpływy jaką toczą między sobą Stany Zjednoczone i Chiny, potęgują napięcia na obszarze na którym znajdują się dziś praktycznie wszystkie wiodące technologie procesowe. Każde zakłócenie miałoby zatem duży wpływ na dostęp USA do najnowocześniejszych technologii procesowych.

Chiński udział w globalnym sektorze półprzewodników pod względem segmentu. Źródło: https://www.semiconductors.org/taking-stock-of-chinas-semiconductor-industry/

W miarę jak narastają napięcia handlowe między USA a Chinami, amerykański przemysł półprzewodników obawia się, że nadciąga zimna wojna technologiczna, która może zakłócić globalny łańcuch dostaw. Każdy z hegemonów jest zdeterminowany, aby odizolować swoje łańcuchy dostaw półprzewodników przed potencjalnym hybrydowym atakiem drugiego. Aktualnie możemy mówić o banie na dostarczanie nowych technologii do Chin Nie oznacza to, że TSMC traktuje CHRLD jako czarną dziurę na ich mapie klientów a SMIC udaje że nie słyszało o wyspie Tajwan. TSMC posiada zakład produkcyjny w CHRLD, SMIC posiada przedstawicielstwo handlowe w Taipei – po prostu obie strony patrzą sobie dokładnie na ręce.

SMIC – CHIŃSKI GIGANT i PRZYPADKI HUAWEI

Najważniejszym chińskim producentem półprzewodników jest Semiconductor Manufacturing International Corporation, czyli SMIC. Jest to największy producent w Chinach kontynentalnych odpowiedzialnym za 19% sektora domowego. Pod względem wagi globalnej, jest to trzecia największa firma tego typu w świecie.

SMIC produkuje swoje półprzewodniki przede wszystkim w CHRLD, głównym sektorem jest telefonia komórkowa. Jednak chipy w portfolio pod względem technologicznym są kilka długości za światową czołówką. Podczas gdy czołowi producenci komercyjnie zaopatrują świat w CPU 5-7 nm (a koncepcyjnie już w 2-3 nm), najnowocześniejszym komercyjnym rozwiązaniem ze stajni SMIC jest 14 nm (a koncepcyjnie 7 nm). Jest to rozwiązanie mające premierę światową w 2014 r. Okazuje się przy tym, że 91% dochodu największego chińskiego giganta pochodzi z technologii dziś uznawanych jako dojrzałe rynkowo. Swoją drogą interesujący jest sposób zaraportowania typów półprzewodników przez SMIC w konsolidowanym raporcie rocznym za 2020 r. Połączono tam w jedną grupę 28 i 14 nm celem uzyskania wizualnie lepszego wrażenia. Kategoria ta odpowiada zatem za 9% sprzedaży całościowej.

Rozkład produkcyjny półprzewodników od SMIC. Źródło: SMIC Annual Report 2020

Nie oznacza to jednak że CHRLD nie miało dostępu do nowocześniejszych rozwiązań. Tajwański TSMC zaopatrywał chińskie Huawei w chipy 7 nm jak np. seria Huawei Kirin. Te jednak w porównaniu do konkurencji (np. Samsung Exynos) cechują się według testów branżowych znacznie mniejszą wydajnością. Z oczywistych względów, pomimo kuszenia przez stronę chińską, TSMC było niechętne aby przenieść produkcję nowszych projektów do swojej filii w CHRLD w Nankingu.

Chińscy potentaci branży otrzymali ostatnimi laty serię ciosów wymierzoną w ich PR w świecie, ale również w ich zdolności nabywcze technologii. Począwszy od aresztowań czołowych przedstawicieli Huawei – chińskiego giganta telekomunikacyjnego – z paragrafu o szpiegostwo (Polska) czy łamanie sankcji technologicznych nałożonych na Iran (Kanada), poprzez bolesne finansowo zrywanie i wykluczanie Huawei z kontraktów na budowę sieci 5G w krajach europejskich.

Najważniejszym było zablokowanie dostępu giganta do zakupu rozwiązań technologicznych na rynku USA, czy dokonywania zamówień na Tajwanie. To ostatnie dotyczy ZTE, DJI (drony), Huawei oraz SMIC z pośród wielu podmiotów. Żadna odlewnia wykorzystująca amerykańską technologię do produkcji chipów nie może już wysyłać komponentów do Huawei, wypychając realnie tę firmę z rozwijającego się globalnego rynku 5G na którym do niedawna byli podmiotem dominującym. Nie zrozummy się źle – CHRLD nadal pozostaje globalnym liderem sieci 5G i jako pierwsza zaczyna mówić głośno o wdrażaniu 6G, która ma być wykorzystywana przy zaawansowanym AI. Jednak w świecie w którym najwięcej do powiedzenia nadal mają USA, a Chińska technologia otrzymała – nie bez powodu zresztą – łatkę urządzeń szpiegowskich, siła przebicia technologicznego CHRLD po prostu znacznie zmalała.

Działania amerykańskie wymusiły w rezultacie dalszy outsourcing produkcyjny Huawei na rzecz SMIC. Rezultatem jest globalna utrata konkurencyjności przez chińskiego giganta telekomunikacyjnego na rzecz innych, nie-chińskich. W dalszej perspektywie przyspieszy to konsolidację sektora technologicznego w CHRLD. Przykład takowego widzieliśmy z początkiem 2021 r., kiedy to około 90 rodzimych firm aplikowało do Narodowego Komitetu Technicznego ds Standardyzacji Układów Scalonych (National Integrated Circuit Standardization Technical Committee).

Zgodnie z założeniami linii partii i organów administracyjnych, oraz będąc elementem technologicznej zimnej wojny pomiędzy potęgami, Huawei od 2019 r. pracuje nad wybudowaniem swojej własnej fabryki 7 nm chipów w niesławnym Wuhan. Sama prowincja Hubei ma stać się natomiast odpowiednikiem amerykańskiego Silicon Valley. SMIC z kolei postawiło na Szanghai, i za 14 mld USD buduje obiekt dedykowany przede wszystkim jednostkom 14 nm, ale też 7 nm.

Chipy 14 nm są bliższe parametrami jednostkom 7 nm niż 28 nm, wymagają jednak mniejszych nakładów produkcyjnych. Co ważne, na ten moment niewielka część aplikacji korzystających z 5G i Internet of Things będzie potrzebować czegoś mocniejszego niż procesory 14 nm. Może to jednak ulec zmianie w niedalekiej przyszłości.

SMIC jest technologicznie zdolne do produkcji chipów 7 nm czy też jednostek N+1, co zademonstrowało przyjmując zamówienie na takowe od lokalnego górnika kryptowalut ASIC w 2020 r. Działo się to zanim rząd w Pekinie wymusił eksodus górników krypto. Jednak wydajność tych jednostek i zużycie energetyczne względem konkurencji zagranicznej stanowią poważną bolączkę. Inną, są aktualne rozwijane zdolności produkcyjne.

TRANSFER TECHNOLOGICZNY ASML DO SMIC i INTEL

Skoro o chińskich bolączkach mowa, to jedną z nich – poza oczywiście wydajnością względem konkurencji – są braki w specjalistycznych sektorach powiązanych. Chodzi o maszyny litograficzne, umożliwiające opisane wcześniej precyzyjne naświetlanie światłoczułej warstwy wafla krzemowego celem naniesienia pomniejszonej i skomplikowanej siatki układów scalonych.

Liderem globalnego sektora litograficznego jest holenderska firma ASML. Z jej usług korzystają między innymi Samsung i TSMC. Sami Holendrzy dostarczają najnowocześniejszych rozwiązań, będąc rynkowym potentatem i jednocześnie jedyną firmą sektora proponującą maszyny litograficzne EUV. Są one dokładniejsze od dotychczas stosowanych DUV, przez co stanowią nieodzowny i praktycznie obowiązkowy element do produkcji chipów 7 nm i mniejszych. Jednak ich wysokie wyspecjalizowanie i cena dochodząca do setek milionów dolarów są powodem, dla którego ASML buduje je zgodnie z wolumenami zamówień, a nie z nawiązką. Chińczycy mogliby zatem podjechać pod bramy ASML z kontenerem wypełnionym Euro i nie uzyskali by niczego. Tym bardziej iż w 2018 r. ASML zaliczyło sporych rozmiarów pożar, co wpłynęło na opóźnienia dostaw w rok później.

W kontekście litograficznym, sektor jest uzależniony praktycznie holenderskiego od monopolisty. Najbliżsi konkurenci czyli marki Canon i Nikon stanęli na etapie maszyn DUV i z różnych przyczyn nie byli w stanie kontynuować rozwoju w tym zakresie. W bardzo dobry sposób temat opisany jest w niniejszym linku aczkolwiek autor zdecydował się nie wchodzić w aspekty techniczne, a zatem kontynuujemy o trendach.

Przekrój przez maszynę EUV produkcji ASML i porównanie do rozmiaru człowieka. Źródło: https://www.elinfor.com/news/asml-supplier-is-caught-in-a-fire-and-delivery-of-euv-lithography-machines-will-be-delayed-early-next-year-p-10958

Z końcem bieżącego roku Shanghai Microelectronic Equipment (SMEE) ogłosiło, że będzie gotowe do wypuszczenia na rynek swojego autorskiego rozwiązania litograficznego, dedykowanego pod 48 nm i 28 nm. W ten sposób Chiny będą w stanie ominąć po części ograniczenia amerykańskie, przynajmniej dla części swoich chipów. W opiniach branżowych stanowi to długoterminowo krok milowy. Nie chodzi bowiem o samą technologię produkowaną – wspomniane rozmiary są uznawane przez rynek za dojrzałe a w niektórych przypadkach nawet przejrzałe. Ważny jest fakt, że Chiny są w stanie wyprodukować swoją własną maszynerię litograficzną. W ten sposób posiadają fundament pod dalsze badania.

Długoterminowe perspektywy rozwoju na rynku rodzinnym nie wpłynęły jednak na silne postanowienie SMIC o nabyciu maszyn DUV od ASML o wartości 1.2 mld USD, a także próby zakupu wspomnianych EUV. Holenderskie produkty posiadają jednak części i rozwiązania technologiczne, wspierane przez amerykańskie podmioty. Ze względu jednak na obecność firm kraju środka na amerykańskich czarnych listach, eksportowych formalnie zamykało to bramkę chińczykom do tych urządzeń. W 2019 r., za czasów prezydentury Donalda Trumpa i w ramach działań w wojnie handlowej między podmiotami, USA wraz z rządem holenderskim i EU zablokowały sprzedaż maszyn EUV oraz DUV z ASML do SMIC. Spowodowało to, że chińskie podmioty musiały skierować swoją uwagę na rynek wtórny. Chiny próbowały również metody zakupu holenderskiego podmiotu co jednak spełzło na niczym. Po kilkukrotnym pivocie, ostatecznie strona amerykańska zrelaksowała obostrzenia w stosunku do SMIC w marcu 2021 r., umożliwiając producentom amerykańskim deale handlowe z podmiotem chińskim, ale z zastrzeżeniem, że dotyczyć będą one procesorów dojrzałych – 14 nm i starszych. ASML i SMIC otrzymały zatem zielone światło dla transakcji dotyczącej starszych maszyn DUV. Najnowocześniejsze, czyli EUV pozostają nadal poza zasięgiem chińskim.

W dawnych czasach, zaopatrującego w broń obie strony konfliktu traktowano z najwyższą pogardą. Dosyć często również takie indywidua zmuszano do wyboru jednej ze stron, albo też sprawiano, że kończyły swój żywot gwałtownie, za to w bólu i cierpieniu. W 2020 r. za 31% przychodu ASML odpowiadało TSMC a za 17% Chiny, z zastrzeżeniem, że udział procentowy Tajwanu malał a Chin rósł. Będąc w centrum globalnej wojny półprzewodnikowej, Holendrzy dość długo pozwalali sobie na zachowanie neutralności. Jednak próby sprzedaży najnowocześniejszej technologii do CHRLD, stały się momentem w którym nacisk polityczny ze strony USA na ASML wzrósł.

W 2021 r. AMSL dokonał pivotu w stronę amerykańskiego Intela. Holendrzy przygotowują się aktualnie do nawiązania szerokiej współpracy, będą również eksportować do USA więcej maszyn litograficznych w przyszłości. Obserwujemy zatem konsolidację rynku amerykańskiego, i chociaż siła produkcyjna chipów Intela nie jest tak silna jak TSMC i Samsunga, to gigant pracuje nad tym.

ASML przeniesie się do nowego biurowca w Stanach Zjednoczonych w grudniu tego roku. Niby nic, ale budynek znajduje się w Chandler Business Park w Phoenix – gdzie powstaje również 5 nm chip TSMC. Ponadto Intel już wcześniej planował zainwestować tutaj 20 miliardów dolarów w celu poprawy lokalnych możliwości produkcji chipów. Dodanie ASML jest równoznaczne z utworzeniem ścisłego łańcucha branży półprzewodników w USA, właściwie globalnie niezależnego.

Z kolei Chiny zostały pozbawione środków do rozwoju najnowocześniejszych technologii, aczkolwiek aktualny deal pomoże im w przyspieszeniu rozwoju chipów 14 nm, najnowszych w portfolio SMIC, będących minimum wydajnościowym dla IoT, 5G, 6G i nowoczesnych systemów wymiany danych, ale będącymi jednak jednostką rynkowo dojrzałą.

TAJWAN W WOJNIE PÓŁPRZEWODNIKOWEJ

Wpływy eksportowe pochodzące z przemysłu elektronicznego i maszynowego stanowią ponad połowę wpływów Tajwanu. Całościowo, w samym sierpniu 2021 r. było to prawie 40 mld USD. Po latach stabilnego poziomu, tendencja rosnąca ukształtowała się w drugiej połowie 2020 r. i trwa po dziś dzień. Jednocześnie kategoria maszyny odpowiada za 39.6%, części do produktów elektronicznych to 21.9% a określane jako komunikacja i audio-wideo 17.2%. Tajwan zarabia zatem na rosnącym zapotrzebowaniu jakie nastąpiło w wyniku zakończenia działań rozumianych jako zapobiegawczych pandemii. Przyczyn wzrostów zapotrzebowania na usługi Taipei należy upatrywać w tzw. post lockdownowym odbiciu, ale również w problemach logistycznych i wynikającymi ze strachu producentów przed brakiem komponentów. Ten wygenerował większe zapotrzebowanie a w rezultacie braki. To opiszemy jednak dalej, w rozdziałach o kartach graficznych i sektorze samochodowym.

Podczas gdy niektóre firmy amerykańskie, takie jak Intel i Micron Technology, nadal wytwarzają chipy w Stanach Zjednoczonych, punkt ciężkości branży od dawna jest przesunięty do Azji, gdzie Taiwan Semiconductor Manufacturing (TSMC) jest odpowiedzialny za ponad połowę całego rynku chipów zakontraktowanych i to bynajmniej nie pośledniej klasy. Apple, Qualcomm i Nvidia – wszystkie polegają na TSMC i innych azjatyckich odlewniach przy produkcji swoich chipów. Istnieją co prawda dobre substytuty wielu innych technologii, ale nie ma dobrego substytutu dla TSMC, jak mówi się w sektorze. TSMC w odpowiedzi na amerykańskie zarzuty przeciw Huawei przestało przyjmować nowe zamówienia od chińskiego giganta. Był to drugi największy po Apple ich klient odpowiadający za 20% przychodu. Jednak ze względu na globalne zapotrzebowanie, luka została zapełniona. Aktualnie TSMC cierpi na problem nadmiaru zamówień względem własnych zdolności produkcyjnych.

Source: https://fortune.com/2020/08/10/us-china-trade-war-semiconductors-chips-tsmc-chipmakers/

Oczywiście istnieje teoretyczna opcja przeniesienia części produkcji do podwykonawców jednak jest to proces długotrwały, kosztowny i nie gwarantujący produktu odpowiadającemu ścisłym parametrom zaraz po ustawieniu linii produkcyjnej. Dodatkowo zdolności produkcyjne wszystkich producentów są aktualnie wykorzystywane do maksimum. 

Poza TSMC, które jest najczęściej wymienianą i odmienianą przez przypadki gramatyczne firmą sektora, na Tajwanie działa również UMC – drugi najważniejszy producent półprzewodników w świecie. Technologicznie jest on za TSMC, jednak jeśli spojrzeć zbiorczo, to te dwa podmioty Tajwańskie odpowiadają za 41% rynku światowego.

Podział rynku półprzewodników pomiędzy producentami. Źródło: https://www.notebookcheck.net/TSMC-has-the-largest-market-share-in-the-global-semiconductor-manufacturing-industry-Counterpoints-Research.518137.0.html

Dla TSMC najważniejsze zagrożenie płynie ze strony politycznej. Chiny kontynentalne od zawsze uważają Tajwan za zbuntowaną prowincję. Konsolidacja władzy w strukturach państwowych i partyjnych jaką widzimy ostatnimi laty, udowadniają jednoznacznie, że CHRLD będą dążyć do “ostatecznego rozwiązania problemu”. Państwowe podmioty chińskie mówią o tym w swojej oficjalne wykładni politycznej. Skoro zatem jednym z celów  stało się “zjednoczenie ziem chińskich pod mandatem nieba”, to trzeba poważnie rozważać sytuację utraty suwerenności przez Taipei. Tym bardziej, że na gruncie uznawania Tajwanu jako byt niepodległy i jednocześnie “kontynuatora tradycji prawdziwych Chin” wyspa zalicza ostatnimi laty porażki. Nieprzekonanym do takiego potencjalnego rozwoju wydarzeń należy przypomnieć casus Hong Kongu, zaznaczając przy tym wyraźnie, że HK był jednym z kroków do celu, ale raczej balonem próbnym. W przeciwieństwie do Tajwanu, który jest celem głównym.

Gdyby zatem CHRLD przejęła chirurgicznym uderzeniem Tajwan, to USA i Korea, jako główni odbiorcy produktów TSMC stają przed dużym problemem. Miecz jest jednak obusieczny i reperkusje polityczne mogłyby uderzyć w chińskie dostawy oraz plany. Idea zjednoczenia ziem chińskich, którą od wielu lat wyraźnie podnosi Pekin zamieniła się zatem w kontekście Taipei w partię szachów geopolitycznych. W samym kontekście półprzewodników, analitycy stwierdzają, że zajęcie Taipei nie poprawiłoby natychmiastowo kondycji sektora w Chinach, a na pewno przyczyniłoby się do jakiegoś stopnia alienacji Pekinu w stosunkach międzynarodowych. Pozostaje pytanie, czy aktualny rząd amerykański posiadałby chęci i odpowiednie środki nacisku na swoje i nie tylko firmy produkujące w Chinach.

Poza operacją militarną, należy rozważyć również opcję “pokojową”. Ta mogłaby nastąpić Po przykładowym wydrenowaniu technologicznego Tajwanu przez USA, przeniesieniu najnowszych technologii do oddziału TSMC w Arizonie a następnie pozostawieniu wyspy samej sobie sobie w ramach np. procesu wycofania się z Pacyfiku. Wtedy CHRLD mogłaby uciec się do zwyczajnej blokady morskiej i pomimo międzynarodowego rabanu, prawdziwe Chiny zmuszone byłyby dokonać dobrowolnego akcesu do Chin kontynentalnych. Być może, jako prowincja Tajwan otrzymałby jakieś czasowe gwarancje zachowania i poszanowania praw dotychczas panujących. Casus Hong Kongu oczywiście pokazuje jak wartościowymi by one były w pewnym zakresie czasowym.

Lokacje produkcji półprzewodników na Tajwanie. Źródło; https://www.mijngroeve.nl/history/taiwan-taking-center-stage-in-2021/

TSMC – JEDYNY W SWOIM RODZAJU

Najbardziej znaną firmą i posiadającą jednocześnie największy udział rynkowy w sektorze półprzewodników jest pochodzący z Tajwanu TSMC – Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited. Firma posiada dość silne i znane marki pośród swoich udziałowców. Są to Narodowy fundusz Rozwoju w Tajwanie (National Development Council), Citibank działający jako custodian dla Norges Bank i rządu w Singapurze oraz JP Morgan Chase działający jako custodian dla kilku podmiotów, w tym funduszu Vanguard.

Główni udziałowcy TSMC. Źródło: TSMC Annual report 2020 r.

Ze względów rozmiarowych, dla działalności tajwańskiego giganta istnieją różnorakie ryzyka operacyjne. Zła inwestycja technologiczna względem wymagań rynkowych, może być poważnym problemem. Tym bardziej, że TSMC rozpoczęło już pewne inwestycje dedykowane powiększeniu ich zdolności produkcyjnych, co wynika z ich skonsolidowanego raportu finansowego.

Dziesięciu najważniejszych klientów generuje 71% przychodu firmy. Czworo najważniejszych klientów odpowiada za 56%. Raport finansowy z 2020 r. pomija nazwy, ale z informacji rynkowych wiadomo, że do tej grupy należy m.in. Apple. Dowodzi to, iż TSMC służy największym i najważniejszym. Patrząc na rozkład geograficzny dochodów firmy, okaże się że 62% pochodzi z Północnej Ameryki, 17% z Chin, i po 5% z Europy, Chin oraz bliskiego Wschodu. Za resztę czyli 17% zbiorczo, odpowiadają klienci z regionu Azji Południowo-Wschodniej i Pacyficznej.

TSMC pracuje nad wprowadzeniem na rynek w 2022 r. jednostki 3 nm. W drugim kwartale 2020 r. wypuściło na rynek technologię 5 nm. Najszybciej rosnącą grupę zamówień, stanowią te dotyczące ich chipów 7 nm. Jeżeli spojrzeć na proporcje sprzedażowe, to jednostki 16 nm i nowsze stanowiły w 2020 r. 58% produkcji giganta, co jest wzrostem r/r o 8%. Plany założone na 2021 r. mówią o wzroście tego wskaźnika do poziomu 60-70%. Ze względów zwiększonej podaży, gigant pracuje nad zwiększeniem swoich mocy produkcyjnych z 12-13 mln wafli krzemowych o rozmiarze 300 mm do poziomu 14 mln w roku bieżącym. Jako że wśród klientów giganta pośrednio i bezpośrednio znajdują się najważniejsze marki samochodowe, TSMC pracuje aktualnie nad zwiększeniem proporcji swojej produkcji w stronę tegoż sektora. Jednak bardziej opłacalne finansowo jest produkowanie mniejszych i silniejszych jednostek zdolnych do zaawansowanych obliczeń. Chipy samochodowe w ogromnej większości są rozmiarowo większe niż te w telefonach komórkowych i nie potrzebują aż takich mocy. Ponadto sektor samochodowy wymaga poziomu “zero porażek”, podczas gdy telekomunikacyjni giganci maksymalnie 10%. Sektor samochodowy, korzystający z usług TSMC będzie musiał zatem zapłacić więcej, aby jego zamówienia były realizowane.

Firma samodzielnie odpowiedzialna jest za 28% produkcji półprzewodników w świecie, mając jednocześnie około 50% udział w sektorze “foundries”, czyli zakładów przemysłowych je wytwarzających.

Waga TSMC w świecie wzrosła jeszcze bardziej z powodu tzw. post-lockdownowego odbicia i problemów w globalnym łańcuchu logistycznym. Poza Tajwanem firma posiada fabryki w Phoenix i w stanie Washington. Dodatkowo trwają prace nad postawieniem kolejnej jednostki w Arizonie – jest to obiekt Fab 21. Widoczna jest zatem konsolidacja Intela, ASML oraz TSMC mająca na celu zabezpieczenie zachodniego łańcuchu produkcyjnego półprzewodników oraz zdolności R&D.

Przez pewien czas negocjowano również ze stroną chińską rozwój fabryki w Nankingu, jednak negocjacje zakończyły się porażką. TSMC będąc bowiem świadomym chińskich zdolności do szpiegostwa przemysłowego i inżynierii wstecznej, a także doświadczając od lat aktywności chińskich hakerów oraz ciągłego podbierania im specjalistów sektorowych, nie zgodziło się aby w Nankingu odbywała się produkcja ich najnowocześniejszych półprzewodników. A właśnie na tym zależało CHRLD. 

UMC – W CIENIU MŁODSZEGO KONKURENTA

United Microelectronics Corporation – UMC – to kolejny podmiot rodem z Tajwanu i jednocześnie globalny producent półprzewodników numer dwa w świecie. Jest to jednocześnie najstarsza firma produkujące półprzewodniki na Tajwanie, założona w 1980 r. Pośród udziałowców znajdują się rynkowe podmioty tajwańskie, lokalny fundusz pracy, Norges Bank oraz JP Morgan Chase działający w dwojakiej roli – depozytariusza firmy oraz custodiana funduszu Vanguard.

Firma posiada oddziały w całym świecie, w tym Singapurze, Japonii, USA i Chinach. Pod względem produkcji była bardziej “zinternacjonalizowana” niż TSMC – posiada m.in. jednostki produkcyjne w Japonii, Korei Chinach i USA. Pod względem sprzedaży swoich produktów UMC nastawione jest przede wszystkim na Pacyficzną Azję (57%) a dopiero potem na USA (30%). Głównym produktem z katalogu UMC są jednostki 14 nm. Aktualnie posiada 13% światowego udziału rynkowego.

STANY ZJEDNOCZONE W WOJNIE PÓŁPRZEWODNIKOWEJ

Wspominaliśmy kilkukrotnie o Intelu, czas zatem spojrzeć za ocean i zapoznać się ze statusem przemysłu półprzewodnikowego w ich ojczyźnie. Stany Zjednoczone opracowują nowe strategie, aby zapobiec dalszemu pozostawaniu w tyle za Koreą, Tajwanem, a być może wkrótce nawet za Chinami w produkcji półprzewodników, ponieważ napięcia handlowe i obawy o bezpieczeństwo narodowe wciąż rosną.

Wobec przybierającej na sile wojny handlowej, USA w praktyce odcięło największy chiński koncern telekomunikacyjny Huawei od amerykańskiej technologi. Podobnie stało się z SMIC czyli chińskim Semiconductor Manufacturing International Corporation oskarżonym o o wspieranie technologiczne chińskich sił zbrojnych. W obu tych głośnych przypadkach padły poważne oskarżenia, czy to o szpiegostwo, czy też o inżynierię wsteczną.

W ramach odcinania Huawei, prezydent Donald Trump podpisał m.in. executive order blokujący firmy technologiczne z USA mające interesy z Huawei. Akt prawny dotyczył nabywania, importu, transferu, instalacji, kontaktów handlowych czy dzielenia się informacjami, technologią lub usługami, bez specjalnego zezwolenia. Formalnie wypchnęło to chińskiego producenta poza rynek USA. Dołączyły do tego podmioty amerykańskie. Google – czyli dostawca pakietów usług – zaprzestał licencjonowania swojego systemu Android do Huawei, czyniąc go de facto firmą o zasięgu na CHRLD i zmuszając ją do budowy własnego oprogramowania i system operacyjnego.

Dominacja USA w sektorze wydaje się być bezsporna. Zagrożeniami jest azjatycka konkurencja i outsourcing produkcji do Azji. Źródło: https://theconversation.com/whats-at-stake-in-trumps-war-on-huawei-control-of-the-global-computer-chip-industry-124079

Oczywiście były to odczuwalne dla Pekinu ciosy. USA naciskało dodatkowo na sojuszników, celem nie używania technologii chińskiej. Doświadczaliśmy tego w Europie, gdy niektóre z krajów najpierw podjęły decyzję o budowie sieci 5G przez Huawei a następnie zerwały kontrakty i postawiły na podmioty nie-chińskie, o technologii będące kilka kroków za azjatyckim molochem.

W kontekście wojen taryfowych zainicjowanych przez prezydenta Trumpa, efektywnie, 25% cła na określone komponenty elektroniczne wyprodukowane w Chinach weszły w życie z początkiem 2021 r. Z kolei administracja prezydenta Joe Bidena przepchnęła w czerwcu przez senat US Innovation and Competition Act, przyznający 50 mld USD na domowy rozwój sektora półprzewodników.

Półprzewodniki to jeden z ważniejszych amerykańskich towarów eksportowych. Źródło: https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2020/06/2020-SIA-State-of-the-Industry-Report.pdf

USA od lat są liderem w opracowywaniu nowych produktów chipowych, takich jak GPU i mikroprocesory. Ale z punktu widzenia produkcji chipów Stany Zjednoczone tracą pozycję w dwóch krytycznych obszarach. Po pierwsze, odlewnie Intela i USA pozostają w tyle pod względem technologii procesowej w stosunku do swoich azjatyckich rywali – TSMC i Samsunga. Chiny również stopniowo zmniejszają tę lukę. Po drugie, w USA nastąpił gwałtowny spadek liczby nowych fabryk i mocy produkcyjnych. Jednak sektor półprzewodników pozostaje w USA wiceliderem w kontekście nakładów na R&D oraz jedną z najważniejszych gałęzi eksportowych kraju.

Pod względem R&D Stany Zjednoczone są praktycznie globalnym liderem. Jednak to produkcja chipów ma kluczowe znaczenie dla utrzymania technicznej pozycji lidera, zarówno z punktu widzenia łańcucha dostaw, jak i ekonomii, a także ze względów bezpieczeństwa. Amerykańskie firmy przez lata należały do ​​liderów w opracowywaniu nowych produktów chipowych i wytwarzaniu ich we własnych fabrykach wafli. Ale czasy się zmieniły. Obecnie dynamika na froncie technologicznym jest bardzo różna i wskazuje one na pewne alarmujące trendy w Stanach Zjednoczonych.

„Od dawna tracimy pozycję lidera w produkcji półprzewodników”.

Słowa te wypowiedział Wally Rhines, emerytowany dyrektor generalny Mentor, należąca do Siemens Business.

„Jeszcze ważniejsza jest pozycja lidera w świadczeniu najnowocześniejszych usług odlewniczych, które są czymś więcej niż tylko produkcją”.

Jest to złożony problem z wieloma różnymi aspektami. Stany Zjednoczone pozostają w tyle pod względem dawnej dominanty – technologii procesowej. Branżowi specjaliści potwierdzają, że de facto Intel został wyprzedzony przez TSMC i Samsunga. Intel obiecuje, że naprawi problem i wróci na właściwe tory, ma to jednak konsekwencje dla bezpieczeństwa narodowego. Amerykanie co prawda niedawno obwieścili sukces w kontekście prac nad chipem 2 nm, jednak posiadanie najnowocześniejszych procesorów jest niezbędne dla Departamentu Obrony USA i firm wojskowych / lotniczych, a także dla konkurencyjności biznesu.

„Dominujesz chipy i dominujesz w przemyśle obronnym, technologicznym i wywiadowczym”

Te słowa wypowiedział z kolei Robert Maire, prezes firmy Semiconductor Advisors.

„Oczywiście idzie to w parze z globalną dominacją. Jednym z powodów, dla których Stany Zjednoczone są tak dominujące, jest nasza technologia, która jest zakorzeniona w branży półprzewodników ”.

Jednocześnie producenci chipów nadal budują nowe fabryki w USA, co jest nadganianiem błędów inwestycyjnych z przed lat. Dotyczy to m.in. dwóch obiektów Intela i jednego od TSMC. Na nowoczesny hub produkcyjny wyrasta tu wspominana wielokrotnie Arizona.

Główne lokacje produkcji półprzewodników w USA. Źródło: https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2020/06/2020-SIA-State-of-the-Industry-Report.pdf

Według US Semiconductor Industry Association (SIA) i Boston Consulting Group (BCG) udział Stanów Zjednoczonych w zainstalowanej na całym świecie mocy wytwórczej chipów spadł z 37% w 1990 r. do 12% w 2020 r. W tym samym okresie w Azji gwałtownie wzrosła liczba nowych fabryk do tego stopnia, że ​​obecnie stanowią one 80% światowej zdolności produkcyjnej.

USA vs Azja w kontekście manufacturing growth. Źródło: https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2020/06/2020-SIA-State-of-the-Industry-Report.pdf

INTEL – HISTORIA SUKCESÓW I BŁĘDÓW

Ostatnimi miesiącami Intel przeżywa dobre chwile. Chodzi tu o konsolidowanie sektora na amerykańskiej ziemi oraz opracowanie chipa 2 nm, które odbiło się we wrześniu 2021 r. głośno w świecie. I choć do użytku komercyjnego wejdzie on nie prędzej niż w 2024 r., jest to aktualnie najbardziej zaawansowana tego rodzaju jednostka  świecie. Czy szybsza niż 3 nm od TSMC, to się już okaże. Ale to nareszcie jakieś dobre wieści dla amerykańskiego giganta, tym bardziej, że następują one po latach spowolnienia po stronie amerykańskiej spowodowanej nietrafnymi decyzjami inwestycyjnymi.

Intel zajmuje się dostarczeniem układów obliczeniowych zarówno dla centrów danych oraz komputerów osobistych. Wynika to z ich założonego modelu biznesowego, który jest odmienny od choćby tego reprezentowanego przez np. TSMC. Podczas gdy modele biznesowe azjatyckiej konkurencji oparte są głównie na dostarczaniu rozwiązań zamówionych przez zleceniodawców, Intel posiada bardzo silny udział w sektorze badawczym, czyli R&D. Stara się zachować przy tym  jak największy procent etapów produkcji chipów pod swoim własnym nadzorem. Efektem są odmiennie rozłożone środki ciężkości – TSMC z szerokim wachlarzem produktowym potrzebowało zachować elastyczność, tak aby móc “przezbroić” się w kierunku nowych oczekiwań klientów. Intel dominował natomiast w pewnych sektorach i potrzebny był mu silny fundament produkcyjny pod nie dedykowany.

W przeszłości strategia produkcyjna firmy Intel opierała się na szybkim wdrażaniu nowych technologii procesorowych. Większość przychodów firmy pochodziła z najnowocześniejszych produktów, podczas gdy stare eliminowano. Pozwoliło to Intelowi na zdominowanie sektora komputerów osobistych w latach 80-tych, następnie centrów danych w 90-tych a w nowym millenium komputerów wysokiej wydajności.

Budowanie dominacji sektorowej przez Intela. Źródło: https://www.extremetech.com/extreme/227720-how-intel-lost-10-billion-and-the-mobile-market

Intelowi nie udało się zdobyć jednak miejsca na powstałym i gwałtownie rozwojowym rynku mobilnym, ponieważ nie chciał ryzykować zachwiania swojego własnego modelu ekonomicznego, który przekształcił go w molocha. Fabryki, strategie produkcyjne i zasoby firmy były nastawione na duże, drogie procesory (Core), a nie na ogromną liczbę tanich rdzeni mobilnych (Atom). Nadanie priorytetu Atomowi nad Core wymagałoby od firmy przezbrojenia typu produkcyjnego przynajmniej niektórych swoich zakładów.

Ogólnie rzecz biorąc, gigant zareagował na nowy gwałtownie rozwijający się segment telefonii komórkowej za późno, za mało zdecydowanie i bardzo zachowawczo. Sprawiło to, że po krótkim okresie istnienia dywizji odpowiedzialnej za rynek mobilny, Intel wycofał się z tego rynku, nie chcąc zagrozić swojej pozycji rynkowej w innych sektorach wyspecjalizowanych. “Eksperyment” kosztował go jednak około 10 mld USD.

Narodziny i upadek snów Intela o podboju sektora telefonii komórkowej. Źródło: https://www.extremetech.com/computing/227816-how-intel-lost-the-mobile-market-part-2-the-rise-and-neglect-of-atom

W 2016 r. Intel zanurkował głęboko w temat rozwoju sieci 5G. I choć jeszcze do niedawna, osiągnięcia amerykanów względem technologicznych osiągnięć chińskiej konkurencji były… niekonkurencyjne, to globalna rozpoznawalność marki, siła w innych sektorach, oraz zmiany geopolityczne w połączeniu z wojnami handlowymi sprawiają, że ponownie waga giganta jest nie do przecenienia.

Wyniki finansowe za 2020 r. Źródło: https://www.intc.com/intel-online-annual-report

Intel posiada obiekty produkcyjne w Arizonie, Nowym Meksyku, Oregonie, a poza USA w Irlandii i Izraelu.

GLOBAL FOUNDRIES – WSCHODZĄCA GWIAZDA Z KONEKSJAMI

Interesującym przypadkiem z rynku amerykańskiego jest Global Foundries, czyli zawodnik numer pięć rynku półprzewodników, posiadający 7% wycinek tortu zarówno w kontekście globalnym, jak i w temacie mocy zakładów produkcyjnych. 

Z końcem pierwszej dekady nowego millenium, trwała wojna o udziały rynkowe toczona pomiędzy AMD a Intelem o produkcję CPU dla komputerów o wysokiej wydajności. AMD przegrało konflikt i w ramach mitygowania strat musiało pozbyć się swojego ramienia produkcyjnego, czyli dobrze zorganizowanych odlewni. W ten sposób powstało Global Foundries, które bardzo szybko znalazło się w posiadaniu posiadaniu funduszu Mubadala Investment Company z Emiratów Arabskich.

Firma posiada nowoczesne zakłady produkcyjne zlokalizowane w Dreźnie, Singapurze oraz na wschodnim wybrzeżu USA. W 2018 r. podjęła decyzję o zarzuceniu badań nad chipami 7 nm i mniejszymi, celem skupienia się na jednostkach wyspecjalizowanych

Mimo iż młoda stażem, gwałtownie rozpycha się na rynku półprzewodników. W 2014 r. zakupiła od IBM fabryki półprzewodników w USA. Jako część umowy, Global Foundries pozostaje jedynym dostawcą chipów serwerowych dla giganta aż do połowy 2025 r. Dodatkowo w 2019 r. firma oskarżyła TSMC o naruszenie jej praw patentowych w stosunku do technologii używanej przez Tajwańczyków przy produkcji chipów 7-28 nm. TSMC ogłosiło oskarżenie za bezpodstawne i bardzo szybko zrewanżowało się analogicznym pzowem w stosunku do produkowanych przez amerykanów chipów 12 – 28 nm. W rezultacie spór zakończył się ugodą w wyniku której obie strony zgodziły się na wzajemną dożywotnią licencję.

Po nieudanych próbach przejęcia przez Intela w połowie tego roku, w październiku 2021 r. firma dokonała IPO i planuje wejść na Nasdaq z tickerem GFS. IPO prowadzone jest przez “śmietankę” bankowości amerykańskiej – Morgan Stanley, Bank of America, JPMorgan Chase, Citigroup, oraz Credit Suisse.

KOREA – REPUBLIKA SAMSUNGA

Przez wiele lat Republika Korei nazywana była ironicznie “republiką Samsunga”, jako że odpowiadał on za dwucyfrowy procent jej dochodów. Zarówno ekonomiści, jak i przedstawiciele małego i średniego biznesu twierdzili chóralnie, że siła giganta elektronicznego jest równa a miejscami przewyższa siłę państwa. Trudno było myśleć inaczej skoro gigant był w Korei wszechobecny nie tylko w swoim naturalnym sektorze, ale również na rynku usług finansowych czy nieruchomości. Również jego koneksje w kolejnych ekipach rządowych, nie były bez znaczenia.

Jednym z obszarów, w którym firma od lat prowadzi silną działalność, jest segment odlewniczy półprzewodników. Samsung rozpoczął inwestycje w biznes odlewniczy od 2006 roku i umieściła go jako jeden ze strategicznych filarów rozwoju półprzewodników. Od tego czasu Samsung jest jednym z globalnych liderów w produkcji urządzeń półprzewodnikowych. Samsung rozpoczął masową produkcję procesu wytwarzania półprzewodników klasy 20 nm w 2010 r. a następnie w 2013 r. proces osiągnął 10 nm. W 2018 r. osiągnięto poziom  7 nm. Na etapie przejścia z R&D do produkcji znajdują się jednostki 5 nm. Planowana premiera niekomercyjna jednostek 3 nm opóźniło się z powodów wydarzeń 2020 r. i według nowych danych planowane jest w 2022 r.

Mając solidne fundamenty i zaawansowane zaplecze technologiczne, a zarazem korzystając ze spowolnienia amerykańskiego, w 2010 r. przewidywano, że Samsung stanie się w przeciągu kilku lat największym na świecie dostawcą chipów półprzewodnikowych, wyprzedzając przy tym Intela. Z tempem skumulowanej rocznej stopy wzrostu przychodów z półprzewodników rzędu 13.5% procent i 3.4% procent w przypadku Intela, Koreańczycy dokonali tego na pewien czas w 2017 r.

Aktualnie, Samsung znów objął globalne prowadzenie jako największy na świecie dostawca półprzewodników. Stało się to w Q2 2021 r., po tym, jak dziesięcioprocentowy skok pozwolił mu wyprzedzić Intela w rankingu. IC Insights – firma analityczna zajmująca się półprzewodnikami – plasuje Samsunga jako firmę z największą na świecie sprzedażą półprzewodników w drugim kwartale – w porównaniu z drugim miejscem w pierwszym kwartale. Intel zajmuje drugie miejsce. Pozostała piątka pozostaje stabilna w swoich pozycjach rankingowych. A są to: TSMC, SK Hynix i Micron. Do sukcesu Koreańczyków przyczyniły się znacznie rosnące zapotrzebowanie na pamięć – DRAM i flash.

Dodatkowo, Samsung obwieścił dalsze inwestycje rzędu 250 mld USD w sektory bio-farmaceutyczny, półprzewodnikowy oraz telekomunikacyjny, a wszystko to rozłożone na najbliższe trzy lata. Blisko 2/3 tej kwoty przeznaczone zostanie na inwestycje krajowe. Poza planami rozbudowy zdolności produkcyjnych, Samsung inwestuje dużą część tej kwoty w R&D nowych zaawansowanych chipów.  I nawet głośne ostatnimi laty problemy związane z powiązaniami władz kraju i Samsunga, a skupiające się medialnie na osobie byłego wiceprzewodniczącego firmy – Jay Y. Lee, wydają się nie być w stanie zatrzymać powstrzymać rozpędzonego giganta.

W wyniku rozwijającej się wojny handlowej potęg, oraz zagrożeń płynących z silnej konsolidacji sektora, również Koreańczycy zaczęli poszukiwać inwestycyjnych na terenie Europy i USA. 

PRZYPADEK BEZRADNOŚCI – UNIA EUROPEJSKA

Unia Europejska wydaje się być czarną plamą na globalnej mapie półprzewodnikowej. Wypadałoby zatem odpowiedzieć sobie na pytanie, jak to się stało. Potencjalne zdolności rozwoju sektora w EU istniały w przeszłości i istnieją teraz. Problemem są wysokie koszty prowadzenia działalności w UE i ograniczona możliwość konkurowania z importowanymi chipami. Nie ukrywajmy też, że względem wolności gospodarczej oraz stawek podatkowych, EU nie jest konkurencyjną względem innych licznych jurysdykcji. Dlatego też europejski 44% udział w rynku globalnym w 1990 r. zmalał aktualnie do poziomu około 10%.

Podział sektora półprzewodników geograficznie, w zależności od produkowanych typów jednostek. Źródło: https://www.ft.com/content/d365bfe0-98c4-49b5-8e82-dc4386623ace

Mimo tego, istnieje plan nawet podwojenia udziału EU w rynku globalnym do końca dekady. Oczywiście wyzwalaczem tych planowanych zmian stały się braki i problemy logistyczne. Skoro uderzyły one w europejski sektor samochodowy w tym Niemiecki, to też Bruksela zdecydowała się stworzyć plan działania. Plan wart 145 mld EUR, czyli ok. 175 mld USD.

Suma wydaje się znacząca do momentu aż nie porównamy jej z sumami wydawanymi w sektorze. Samsung przeznacza w tym samym momencie 116 mld USD celem dogonienia TSMC w kontekście budowy chipów 3 nm.

Już samo połączenie słów “Bruksela” i “plan” powinno wzbudzić pewne obawy i zmniejszyć zbyt wygórowane oczekiwania. I tak też powinniśmy się zachować w kontekście omawianego “European Recovery and Resilience fund“. Wygląda na to, że EU planuje zwiększyć możliwości produkcyjne (foundries) i w tym kontekście zapewnić zaopatrzenie krajom producenckim w swojej jurysdykcji. Obrońcy takiego porządku rzeczy twierdzą, że chodzi o wyspecjalizowanie starego świata w pewnych sektorach i zapewnienie ich klientom globalnej konkurencyjności. Co można przetłumaczyć jako “należy ratować łańcuchy dostawcze naszych najważniejszych podmiotów z Niemiec, Francji i Beneluxu”.

W żaden sposób nie planuje się w EU skoordynowanego rozwoju naukowego w najnowocześniejsze jednostki, ani tym bardziej gwałtownego rozwoju badań nad nimi. A skoro przecież wyzwalaczem do programu inwestycji stały się problemy łańcucha logistycznego, to czy nie byłoby bezpieczniej założyć, że problem może rozlać się to również na inne wyspecjalizowane sektory?

Egzystujący na terenie starego kontynentu producenci półprzewodników – w tej liczbie Infineon, NXP i STMicorelectonics – skierowani są w stronę sektora aeronautycznego, samochodowego i przemysłowego. Wspomniane firmy nie technologicznie nie są zdolne do produkcji chipów 7 nm i 5 nm, a na dodatek dokonują outsourcingu części swojej produkcji do TSMC.

Unijny plan ma na celu podtrzymanie niknącej dominacji europejskich sektorów aeronautycznego, samochodowego i przemysłowego w świecie poprzez zapewnienia im dostaw odpowiednich chipów. Jednak w żaden sposób nie rzuca wyzwania  technologicznej supremacji zagranicznych partnerów handlowych. Marazm polityczny, technologiczny, oraz rosnące koszta energetyczne i materiałowe sprawiają, że EU jest omijana przez potencjalnych inwestorów. TSMC nie zdecydowało się wybudować fabryki na terenie EU zwyczajnie z powodu jej “zacofania technologicznego”. Intel posiada jeden zakład w Irlandii, znanej powszechnie jako ekspozycja podatkowa dla amerykańskiego świata korporacyjnego w Europie. Kolejny zakład Intela istnieje w Izraelu, który posiada bardzo mocne R&D technologiczne oraz silne koneksje w USA. A w EU – skonstatujmy to ze smutkiem – innowacyjność umarła.

De facto na terenie Unii pozostały zaledwie dwa zakłady wytwórcze chipów, z czego jeden – Dialog – został sprzedany ostatecznie we wrześniu 2021 r. japońskiemu Renasas. To akurat jest dobrym znakiem dla europejskich fabryk Nissana, Renault i Toyoty.

CASUS KART GRAFICZNYCH – GPU

Znamy już zatem sektor półprzewodników, jego silne i słabe strony, zagrożenia mu towarzyszące, oraz szanse rozwojowe. Poznaliśmy również trochę szczegółowiej jego najważniejszych reprezentantów, zarówno w kontekście jurysdykcji jak i podmiotów. Mając silne fundamenty spróbujmy wykorzystać je do bliższego przyjżenia się dwóm dużym, lecz odmiennym sektorom o globalnym zasięgu. Różnie je praktycznie wszystko, łączy to, że zostały dotknięte “głodem półprzewodnikowym”. Oto sektory GPU i producentów samochodów.

Jednym z sektorów korzystających z dokonań półprzewodników jest sektor kart graficznych. Jest on jednocześnie dość dobrze opisany i udokumentowany, jako że jest to klasyczny produkt cywilny, bez elementu tajemnicy wojskowej a jedynie dotyczącej opatentowanych rozwiązań. Głód półprzewodnikowy odcisnął na nim dość odczuwalne piętno i sytuacje gdy za nową kartę trzeba znacząco przepłacić nikogo już nie dziwią. Jednak gdy po ośmiu miesiącach od zamówienia nowego komputera, klient znajduje się na pozycji 255 na liście oczekujących – a jest to przykład oparty na faktach – to skojarzenia z kolejkami w PRL nasuwają się same.

Przykład pożądania – RTX 3080. Sprzedam lub zamienię na willę w okolicy warszawskich Mazur. Źródło: https://www.x-kom.pl/p/658146-karta-graficzna-nvidia-gigabyte-geforce-rtx-3080-ti-gaming-oc-12gb-gddr6x.html

Najprościej tłumacząc po co nam karta graficzna – odpowiada ona za rendering obrazów wyświetlanych, W tym zakresie mówimy o zdjęciach, kodowaniu i dekodowaniu wideo, gamingu, ray tracingu, grafice 2D i 3D oraz produkcji i postprodukcji. Dodatkowo, istnieją także dalsze zastosowania polegające na użyciu mocy drzemiącej w karcie celem wykonania pracy niegraficznej. I tu oczywiście pojawia się wątek kopania kryptowalut, czyli dokonywania wyspecjalizowanych obliczeń.

W infrastrukturze komputerowej istnieją dwa najbardziej podstawowe typy jednostek graficznych (wymiennie dalej stosowany będzie skrót GPU od Graphic Processing Unit):

  • Zintegrowane GPU, które jest wbudowane w płytę główną na stałe, przez co nie daje to możliwości upgrade’u. Jest to rozwiązanie stosowane w budżetowych PC, części laptopów, oraz sprzętu mniej zaawansowanego technicznie (np. biurowego).
  • Zewnętrzne GPU, montowane modularnie w odpowiedni slot na płycie głównej i z wyjściami input/output pod urządzenia peryferyjne wystającymi poza wnętrze jednostki. To rozwiązanie stosuje się w komputerach wymagających dużej mocy obliczeniowej np. pod przetwarzanie renderingów czy po prostu gaming. I tu standardem jest cykliczna wymiana GPU na nowszy model. A czasem nawet posiadanie dwóch kart w jednej jednostce.

Oczywiście do tego wszystkiego dochodzi jeszcze wątek architektury hardware. Stacjonarne jednostki od Apple na ten przykład posiadają zintegrowaną a nie ustępują wydajnością niektórym jednostkom modularnym. Choć i to się zmienia, ale pozostawmy ten wątek specjalistom.

Producentami kart graficznych do komputerów stacjonarnych są kalifornijskie Nvidia i AMD. W podziale rynkowym z czasem dolicza się do tej grupy również Intela, ale ten zajmował do niedawna tylko jednostkami zintegrowanymi. Udział rynkowy za Q1 2021 r. to 81% Nvidia / 19% AMD jeżeli mowa o kartach graficznych. Jednak jeśli dodamy do tego rozwiązania zintegrowane, wtedy podział rynkowy za ten sam okres będzie zgoła odmienny – 68% Intel / 17% AMD / 15% Nvidia. Skąd takie diametralne różnice? Intel to praktycznie monopolista rynku zintegrowanego GPU wykorzystywanego w sektorze rządowym, korporacyjnym itd. AMD z kolei, poza kartami graficznymi dostarcza dodatkowo rozwiązań zintegrowanych np. dla popularnych konsol PS i Xbox nowej generacji.

PC GPU podział tortu. Źródło: https://www.tomshardware.com/news/jpr-gpu-shipments-in-q1-2021-hit-119-million-units

Bez względu na to gdzie i od kogo dokonujemy zakupu karty graficznej, zazwyczaj będzie to produkt bezpośrednio od wspomnianych wcześniej, albo też na ich licencji. Stąd np. Asusy RTX 30xx czyli GPU na licencji Nvidii.

Konstrukcja tak zaawansowanych wunderwaffe obliczeniowych jest wymagająca i surowco-żerna. Karta graficzna składa się z kilku podstawowych elementów wyliczonych poniżej w formie skompresowanej:

  • W samym chipie GPU, wykonującym całą pracę znajdziemy 6 mld tranzystorów i kondensatorów zawierających tantal i pallad. Skoro mowa zaś o elektronice hi-tech to oczywiście jest tam również złoto zapewniające przewodność.
  • Płyta główna GPU zawiera aluminium, cynę, cynk, miedź do przewodności elektryki, włókno szklane lub ABS oraz ponownie złoto lub srebro do połączeń.
  • Pozostałe elementy GPU, łącznie z obudową  i jednostką chłodzącą, zawierają w sobie zbiorczo spory kawałek tablicy Mendelejewa. Poza wyżej już wymienionymi warto wspomnieć tu o niklu i platynie. Ta ostatnia stosowana jest w kartach graficznych lepszej klasy.

Dodatkowo, w chipie GPU znajduje się konstrukcja warstwowa krzemowo-tantalowa  stabilizująca chip i umożliwiająca lepsze przechowywanie danych z użyciem mniejszego chipa. Dlaczego zatem nie wymieniłem tego w punktach powyżej? Bo powszechność użycia krzemu i powiązane ze zmianami technologicznymi problemy sprawiły iż aktualny kryzys poza nazwą “Great Semiconductors Famine” jest także znany jako “Silicon Chip Shortage”.

Kończąc opis ogólny, dla zainteresowanych, link poniższy poszerza podział komponentów składowych jednostki GPU:

Interesujące opisanie czym jest karta graficzna oraz jak działa znajduje się w linku poniżej:

Z kolei w linku poniżej znajduje się dość dokładny opis poświęcony zastosowaniu surowców w budowie komputerów:

W 2007 r. ilość komputerów w świecie szacowano na 2 mld urządzeń. W 2018 r. liczba ta przekroczyła 8.5 mld jednostek, czyli więcej niż ludzi na planecie Ziemia. Oczywiście wiąże się z tym zwiększone zapotrzebowanie na upgrade’y starszych jednostek czy też zmiany pokoleniowe sprzętu.

Dla powyższych liczb czym innym jest zatem 1% chętnych do zmiany karty graficznej w dniu premiery w 2007 r. a czym innym ten sam procent z 2018 r. Z kolei w kontekście ewolucji wymagań, to komputer dedykowany pod Wiedźmina III (2015 r.) na ustawieniach ultra, dziś jest raczej już w kategorii tzw. średniaków. Do powyższego dochodzi gigantyczny rynek smartphonów, konsol, wszelkiej maści hand-heldów (jak np. Nintendo Switch czy zapowiadany Deck od Steama) a mówimy jak na razie praktycznie tylko o sektorze rozrywkowym, nawet nie zaczynając np. o profesjonalnym użyciu mocy kart graficznych.

Sprawia to wszystko, że globalnie licząc rynek GPU był warty 25 mld USD w roku 2020. Dodając do tego naturalny jego rozwój oraz popularyzację rozwiązań AR / VR predykcje na 2028 r. zwiększają go do blisko 250 mld USD.

Jak ta moc miała być natomiast wykorzystywana w rożnych sektorach? Zobaczmy poniżej na reprezentatywnym przykładzie Republiki Federalnej Niemiec.

Zastosowanie mocy GPU w Niemczech w 2017 i predykcje na 2024 r. Źródło: https://www.gminsights.com/industry-analysis/gpu-market

Ku przyzwoitości należy wspomnieć, iż nie jest to pierwszy raz gdy świat stanął przed wąskim gardłem przepływu technologii. Rok 1988 świat rozrywki elektronicznej zapamiętał jako rok “chip shortage”. Przyczyną było Nintendo i ich system SNES, a dokładnie trzecia część przygód “włoskiego hydraulika” i jego brata. Popyt przebił podaż i przez kilka miesięcy większość graczy poszukująca Super Mario Bros 3, musiała obejść się smakiem powtarzając sobie:

“Sorry Mario, Princess is in another castle”

Jednak problem z chipami okazuje się być cyklicznym. Poza wspomnianym 1988 r., odczuwalny był on również w 2000 r., 2004 r., i w 2011 r. z przyczyn różnych. Jednak aktualny, spowodowany gwałtownym zamknięciem globalnych gospodarek jako odpowiedź rządowa na wymogi Great Reset / Covid-19, jest znacznie głębszy i o skali globalnej.

INTEL – KŁOPOTY GIGANTA SYSTEMÓW ZINTEGROWANYCH

Wracając jednak do czasów nam bliższych. Przed 2020 r. czynnikami powodującymi braki na kartach graficznych były opóźnione zmiany technologiczne na Intelowskich waflach krzemowych (2001 – po dziś), limitowana ilość produkcji GPU (począwszy od 2016 r.), a następnie zwiększone zapotrzebowanie płynące od górników kryptowalut (2017-2018 r.).

Niestety, ale złożyło się to w czasie w którym dodatkowo Intel doświadczył problemów z dostawami swoich CPU (Central Processing Units) czyli zwyczajnie procesorów. Firma przed pandemią działała agresywnie celem zwiększenia podaży, tak aby wyjść naprzeciw wyzwaniom rynku mobilnego. Przykładem była tu konstrukcja fabryki Fab 42. Intel zdecydował jednak ostatecznie o rezygnacji z rynku telefonów komórkowych, w związku z czym budowę Fab 42 za-pauzowano. Intel był wtedy w trakcie zmian generacyjnych produktów ale problemy firmy w tym węźle oraz silne zapotrzebowanie ze strony centrów danych / data centres spowodowały, że musiał zarzucić inwestycje i kontynuować dostarczanie procesorów o starszej technologii.

Przychód i nie tylko Intela. Źródło: https://www.anandtech.com/show/16842/intel-reports-q2-2021-earnings-client-computing-leads-the-way

W związku z zapotrzebowaniem, Intel wznowił budowę Fab 42 i w 2020 r. i dokończył budowę. W tym też czasie zainstalowano nowy sprzęt w bieżących obiektach oraz przeniesiono część produkcji do TSCM.

W 2020 r. czyli od rozpoczęcia przez Covid-19 tourneé światowego, rozpoczęły się natomiast problemy skali światowej. Z jednej strony zapadł lockdown totalny, z drugiej natomiast zwiększyło się zapotrzebowanie od klientów pracujących z domu, czy też zwyczajnie siedzących i nudzących się. Lockdown nr. 1 miał miejsce również w CHRLD, globalnej fabryce dóbr wszelakich i w dużej mierze elektronicznych. Nawet pomimo poważnej globalnie roli Tajwanu jako producenta chipów, procesorów i półprzewodników (ogólnie semiconductors), to rola Chin kontynentalnych jest nie do przecenienia. Jak określa to Apple:

“Designed in California, assembled in China”

Kolejnym klockiem do katastrofy było wejście w życie z dniem 1 stycznia 2021 r. zapowiedzianych jeszcze przez administrację Donalda Trumpa 25% ceł na komponenty elektroniczne made in China. USA obudziło się trochę za późno w kontekście budowy zakładów zaopatrujących w chipy made in USA. Z początkiem 2021 r. Joe Biden zadeklarował poprzez executive order rozwój w tym kierunku, co jest w pewien ironiczny sposób kontynuacją programu jego przeciwnika politycznego – walki o przenosiny produkcji z Chin do USA.

Problem w tym, że budowa fabryk półprzewodników to koszt 10-20 mld USD trwający 3-5 lat. Inna kwestia to technologia i jej ewentualne współdzielenie pomiędzy podmiotami. Na przykład Intel, TSMC, Samsung, IBM i Global Foundires są zaangażowane wspólnie w konsorcjum celem optymalizacji kosztów. Sama produkcja również nie jest błyskawiczna i wymaga odpowiednich warunków opisanych wcześniej, a także niezakłóconych łańcuchów dostaw.

W ramach wspomnianego kursu politycznego i zapotrzebowania rynkowego, Intel rozpoczął inwestycję w dwie kolejne fabryki podzespołów, dedykowanych pod sektor technologiczny i rządowy. W ramach skrócenia łańcuchów produkcyjnych ulokowane są one w Chandler w Arizonie, tam gdzie gigant posiada HQ. Co ciekawe, Intel zdecydował po 20 latach przerwy o powrocie na rynek niezintegrowanych układów graficznych z modelem DG1. Jednak sprzęt będzie dostarczany integratorom systemów, gdzie będzie częścią gotowych zestawów komputerowych.

Inwestycje w sektor półprzewodników globalnie. Źródło: https://www.eetimes.eu/wp-content/uploads/2021/07/Governments-Incentives_Semiconductor-Manufacturing_SEMI.png?resize=640%2C361?w=759

NVIDIA I AMD – ZEWNĘTRZNE GPU

Od sierpnia 2020 r. można mówić o prawdziwej apokalipsie na rynku GPU. Premiera RTX 3080 i RTX 3090 (Founders Editions) od Nvidii odbyła się w miarę zgodnie z planem, ale pomimo sporej ceny, karty te zostały wykupione natychmiast.

I tu, poza wątkiem wzmożonego popytu przekraczającego naruszoną przez anty-Covidowe zapobieganie podaż, pojawił się dodatkowy element, czyli scalping. W Polsce zjawisko to uzyskało ironiczne miano “Januszowania biznesowego”. Polega to na masowym skupie przedpremierowym produktu, z pominięciem limitów na osobę, poprzez zakładanie osobnych kont i używanie algorytmów a następnie odsprzedaż z przebitką cenową. Zjawisko jest zazwyczaj powszechne co do elektroniki high-tech. W dniu premiery na jesień 2020 r. doświadczyli go pragnący zakupić najnowsze wersje konsol PS5 i Xboxa.

Bądźmy jednak świadomi tego, że scalping to element o wadze mini, i pomimo całej nienawiści ze strony nabywcy końcowego, ma on znaczenie właściwie tylko dla niego. Producent walczy z nim tylko dlatego aby pokazać, że na konsumencie mu zależy i aby gniew ludowy mas nie został skierowany właśnie przeciw niemu.

Tymczasem katalog produktów Nvidii był coraz bardziej niedostępny, a braki dotknęły również  modeli RTX 3000. Z powodów problemów dostawczych i ogromnego zapotrzebowania, Nvidia zmuszona była do przełożenia premier kolejnych modeli swoich flagowców 3080 i 3090. Ten sam los czekał zaplanowaną na późną jesień RTX 3070.

Przychód (nie dochód) kwartalny Nvidia. Źródło: https://investor.nvidia.com/financial-info/quarterly-results/default.aspx

Sytuację próbował wykorzystać AMD ze swoją serią Radeonów 6800 i 6800 RX. Karty rozeszły się na pniu, przez co większość konsumentów mogła zobaczyć je w działaniu tylko w testach branżowych. Jednak konstrukcja okazała się pod pewnymi względami niezaspokajająca ani potrzeb konsumenckich ani testerskich. Jednym z elementów problematycznych było nie do końca poprawne wspieranie starszych gier, co można w sumie nazwać problemem ze wsteczną kompatybilnością.

Przychód AMD. Źródło: https://www.guru3d.com/news-story/quarterly-figures-amd-makes-99-percent-more-sales-than-a-year-ago.html

W tle cały czas funkcjonował dodatkowo wątek kopania kryptowalut, do którego używa się mocy obliczeniowych kart graficznych. Zwiększone zapotrzebowanie płynące z tej strony oraz wzrosty rynku krypto sprawiły, że karty RTX 3060 od Nvidii weszły na rynek z wbudowanym ogranicznikiem do wydobywania Ethereum. Docelowo takie rozwiązanie było uchylonym kapeluszem w kierunku potrzeb graczy komputerowych. Jednak szybko okazało się, że ogranicznik jest tylko software’owy a nie hardware’owy i można go obejść poprzez sterowniki. Nvidia zapowiedziała już wdrożenie poprawionej wersji tego rozwiązania w swoich kolejnych modelach. Produkty blokujące kopanie na łańcuchu Ethereum opisane są na pudełkach jako “Lite Hash Rate”. Sektor spekuluje zatem, czy producent przypadkiem nie puszcza w ten sposób jednak oczka w stronę górników. Zapewne jest to nadinterpretacja i chodziło o ograniczenie procederu jak najtańszym kosztem. W tym samym czasie AMD wyszedł na przeciw górnikom i potwierdziło, że ich RTX 6700 XT będzie pozbawiony takich rozwiązań.

Trochę optymizmu pchnęły w sektor zapowiedzi Ethereum Foundation dotyczące planów odejścia od tradycyjnego modelu wydobycia w  stronę Proof of Stake. Docelowo powinno to zmniejszyć zapotrzebowanie na GPU w kopaniu kryptowalut. Wszystko to jednak dzieje się zbyt późno i zbyt powolnie.

Dziś mówiąc “kopalnia” trzeba doprecyzować co ma się na myśli. Źródło: https://www.eetimes.eu/wp-content/uploads/2021/07/Governments-Incentives_Semiconductor-Manufacturing_SEMI.png?resize=640%2C361?w=759

Aktualizacje sektorowe z Q2 2021 r. są wręcz dramatyczne. Nvidia prognozuje, że w roku bieżącym popyt zdecydowanie przerośnie podaż. Tajwański TSMC będący dostawcą dla AMD i pod rynek konsol prognozuje że będziemy doświadczać braków jeszcze w 2022 r. Tym samym głosem przemawia Intel. Z kolei Dell, który zdecydował się zabezpieczyć dostawy płacąc wyższe premium, jest jeszcze mniej optymistycznie nastawiony. Trochę lepiej będzie wyglądać sytuacja z dostępnością dla GPU nie będącymi z najwyższej z półek cenowych. Co oznacza, że klient będzie musiał zmniejszyć oczekiwania.

CASUS AUTO – PROBLEMY PANA SAMOCHODZIKA

Można zaryzykować wręcz stwierdzeniem, iż w świecie napędzanym przez rozwiązania technologiczne, sektor półprzewodników stanowi technologiczny odpowiednik ropy W XX w. Jak można inaczej określić sytuację, gdy brak komponentu wartego 0.5 USD blokuje produkcję samochodu wartego kilka tysięcy razy więcej?

Wydawałoby się że do skonstruowania auta potrzebne jest podwozie, nadwozie, skrzynia biegów, bak, silnik, sprzęgła… cała masa komponentów przede wszystkim mechanicznych. Wypada zatem odbrązowić mity.

Podzespoły elektroniczne używane we współczesnych samochodach. Źródło: Semiconductors – the Next Wave. Opportunities and winning strategies for semiconductor companies. Deloitte 2019

Sama elektronika wykorzystywana w autach odpowiada za przedział 45-50% ich ceny z perspektywą rosnącą i przyspieszającą. Wszak w użyciu są już zastosowania pół-autonomiczne, a od kilku lat w testach miejskich systemy w pełni autonomiczne.

Wraz z kryzysem w relacjach USA z Chinami, śledziliśmy doniesienia dotyczące sektora technologicznego. Przy wieściach o sankcjach i odcięciu od źródeł zaopatrzenia, chiński producent telefonów komórkowych Huawei już posiadał odpowiedni zapas umożliwiający produkcję. Podobnie zaczęły reagować inne marki. W taki sam sposób zareagował sektor samochodowy, próbując zabezpieczyć część produkcji od poddostawców. Jednak będąc przekonany o swojej wyjątkowości jako klienta high-volume i high market cap, zwyczajnie spóźnił się. Okazało się, że spriorytetyzowano drobniejszą elektronikę konsumencką przynoszącą ponadto lepsze zyski. Uderzyło to w producentów aut z całego świata, bez względu na kontynent. Ford, GM czy Volkswagen zmuszone były do poważnych cięć produkcyjnych czy przestojów. Grupa Nissan-Renault a także Honda i Mazda podobnie. Grupa VW wysłała sporą część pracowników na przymusowy płatny przy pomocy rządowej urlop / furlough. Przykłady można by mnożyć i ubrać w detale, które wielokrotnie dyskutowaliśmy na naszym Linkchacie, ale łączy je jedno – brak chipów powodujący przestoje produkcyjne.

Porównanie m/m rejestracji nowych samochodów na terenie UK. Źródło: https://www.smmt.co.uk/vehicle-data/car-registrations/

Oczywiście za wyzwalacz uważa się tu Covid-19. Prawdziwym jest jednak reakcja rządów na pandemię i przymusowe zamknięcia oraz ograniczenia produkcyjne. To w rezultacie naruszyło łańcuchy dostaw, i tak oto efekt domina zadziałał.

Sektor motoryzacyjny charakteryzuje się w dużej mierze typem dostaw “just-in-time”, czyli dostaw na czas bez tworzenia zbędnych zapasów. Istnieją oczywiście lokalne aberracje w postaci zapasów brexitowych czy zabezpieczenia zapasu kluczowych komponentów z powodu dramatycznej sytuacji globalnej.

W najlepszej sytuacji przez H1 2021 r. znalazła się zawsze myśląca do przodu Toyota, posiadająca kilkumiesięczny zapas. Jednak mający miejsce w marcu 2021 r.  pożar japońskiej fabryki półprzewodników Renesas będącego dostawcą do japońskich gigantów – Nissan i Toyota – uderzył w łańcuch zaopatrzenia giganta. Pomimo iż właściciel Renesas robi wszystko aby zabezpieczyć pewien poziom dostaw, to jednak sytuacja pogorszyła się do tego stopnia, że nawet niezniszczalna Toyota obwieściła na pewien czas cięcia w wolumenach produkcyjnych rzędu 40%. Przestoje ze strony grupy Renault-Nissan i bardzo krótki czas zapowiedzi nikogo w branży już nie dziwi. Ale Toyota cieszy się poważaniem i powagą. Jeśli zatem na miesiąc wyłącza z działania np. zakład produkcyjny we Francji, to znaczy że dobrze nie jest.

Aktualnie czasowe zamknięcia ze względu na braki chipów dotyczą praktycznie wszystkich wielkich producentów samochodowych. Co oznacza również, że na auto z salonu w konfiguracji typu “S-klasa” przez nas zamówionej również trzeba czekać, gdyż zwyczajnie zabrakło podzespołów elektronicznych. Czasem droższych bo o lepszej mocy obliczeniowej, a czasem własnie kosztujących 0.5 USD.

Wpływ braku półprzewodników na sektor samochodowy z USA. Źródło: https://www.visualcapitalist.com/global-chip-shortage-impact-on-american-automakers/

Doświadczamy zatem idealnej burzy: długoterminowe trendy związane z szybkim wzrostem popytu ze strony sektora motoryzacyjnego konkurującego z innymi szybko rozwijającymi się branżami o moce produkcyjne półprzewodników i niedopasowanie struktur łańcucha dostaw spotkały się z dramatycznymi wahaniami popytu spowodowanymi pandemią, przestojów fabryk z powodu przerw w dostawie prądu w Teksasie, pożarów w Japonii i niedoborów wody na Tajwanie. Przemysł motoryzacyjny będzie musiał gruntownie zmienić swoje procesy pozyskiwania półprzewodników – i to szybko. Z tym że jest to sektor dość powolny i uparty w działaniu, z powodów kapitalizacji rozpoznawalności oraz typu produktów.

Popyt na elektronikę samochodową będzie nadal rósł, ponieważ samochody stają się definiowanymi programowo urządzeniami elektronicznymi połączonymi “z chmurą”. Początek masowej adopcji pojazdów zasilanych bateriami elektrycznymi znacznie zwiększa przy tym zapotrzebowanie na energoelektronikę. Z tym że rosnące zapotrzebowanie na półprzewodniki motoryzacyjne konkuruje o pojemność z innymi szybko rozwijającymi się branżami. Branża motoryzacyjna jest zatem w niekorzystnej sytuacji ze względu na stosunkowo małe wolumeny zamówień, dużą złożoność oraz wysokie wymagania dotyczące jakości i niezawodności.

Mimo spadku liczb sprzedaży aut w całym swiecie i kłopotów sektora globalnie, chyba największe szanse na zmitygowanie strat mają chińczycy. CHRLD od dawien dawna wpuszczało zagraniczne firmy na swój teren, celem prowadzenia produkcji, najczęściej w specjalnych strefach i dostarczając im fachowej i zdeterminowanej siły roboczej. Kosztem ponoszonym przez zagranicę był częściowy transfer technologiczny, konieczność wejścia w spółkę na miejscu z podmiotem lokalnym oraz przymknięcie oczu na praktyki niezgodne z zachodnią filozofią szacunku wobec człowieka – tą przed-Covidową.

Po dekadach działania, okazało się że Chiny nie są już takie tanie. Produkcja w Schenzen generuje koszta płacowe podobne do Europy. Jednak globalne naruszenie łańcucha dostaw generuje znaczne ryzyko zmiany lokacji produkcyjnej. Przenosiny z Chin na przykład do tańszego Wietnamu, Kambodży czy innego kraju Azji Południowo-Wschodniej w dobie pandemii już nie są takie proste.

Komunistom trzeba z szacunkiem przyznać że pracę domową odrobili. Skrócone łańcuchy dostaw, zapewnienie sobie dopływu surowców w ramach umów międzynarodowych oraz neokolonialistycznych układów w ramach inicjatywy “Pasa i Drogi” oraz “Made in China 2025”, jak największa generacja produkcji u siebie w domu – wszystko to od dawna pojawiało się na zjazdach notabli partyjnych i państwowych i nie było żadną tajemnicą. Podobnie determinacja w zdobyciu technologii i osiągnięciu tytułu lidera w sektorach przyszłościowych. Zachód po prostu z początku nie docenił chińskiej determinacji, a gdy to dostrzegł, było już za późno. Choć per se Chiny nie są jeszcze liderem, tak do pozycji lidera konsekwentnie zbliżają się.

Najpierw “Made in China” było symbolem bubla i podróbki – im więcej pasków na dresie “Adonisa” tym lepiej. Ale praktyki zarysowane powyżej pozwoliły CHRLD na inżynierię wsteczną, stopniowe kopiowanie rozwiązań zachodnich a następnie ich usprawnianie i poprawianie. Możemy śmiać się z chińskiego Landwinda X7 będącego kopią Range Rovera Evoque, ale CHRLD wyrasta powoli na dominującą siłę zielonego sektora samochodowego. Ponadto zmieniają się gusta chińskiego konsumenta, a ci stają się bardziej wymagający.

Behold: Landwind… model albo X7 albo… Evoque? Źródło: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Landwind_X7

Chiny kontynentalne są już w pełni zdolne do budowania swoich własnych autorskich konstrukcji, zarówno zielonych jak i spalinowych. I to robią, choć jeszcze chwilę im zajmie osiągnięcie ciągłości 5 gwiazdek w testach NCAP.

Inną kwestią są ewentualne cła ochronne docelowo mające chronić producentów europejskich aut dla ludu przed zagraniczną konkurencją. Albo teoretyczne wymogi typu że np 30% komponentów w aucie sprzedawanym na terenie EU musi być “Made in EU”. Na wzór pomysłów poprzedniej administracji USA.

Rezultatem są modele i prognozy, w których Chiny stają się globalnym molochem zarówno pod względem produkcji samochodów jaki elektroniki high-tech. Modele mają do siebie jednak to, że posiadają zakres błędu nie przewidujący nieprzewidywalnego, np. – losowy przykład teoretyczny – Covid-24.

Rozwijająca się potęga CHRLD w sektorze półprzewodników. Źródło: https://www.google.com/amp/s/www.consultancy.asia/news/amp/4074/global-chip-and-semiconductor-industry-heavily-reliant-on-asia

Zmiany udziału rynkowego sektora samochodowego na przestrzeni lat. Źródło: https://www.google.com/amp/s/www.consultancy.asia/news/amp/4074/global-chip-and-semiconductor-industry-heavily-reliant-on-asia.

SŁOWEM FINALNYM

Z powyższej analizy wynika, iż układ gwiazd oraz timing ułożyły się zatem dla sektora półprzewodników w sposób najgorszy z możliwych. Jest on jedną z ważniejszych ofiar zamknięcia globalizacji, a następnie jej stopniowego zwijania. Aczkolwiek braki są tu również efektem błędnych decyzji z okresu pre-pandemicznego. Inwestycje aktualnie poczynione zaczną przynosić owoce dopiero za kilka lat. Nikt jednak nie gwarantuje że wysoki popyt nie ulegnie w tym czasie z jakiegoś powodu zmniejszeniu. Podobnie jak nikt nie jest w stanie zagwarantować ciągłości procesu dostaw i przepływu towarowego.

Kondycja sektora stoi zatem przynajmniej w najbliższych kilku latach pod poważnym znakiem zapytania. Jako że świat rozwija się technologicznie, końca pandemii nie widać, globalizacja się kończy a na naszych oczach rodzi się świat kilku-biegunowy, tak też półprzewodniki stanowią ekwiwalent odbezpieczonego pistoletu wycelowanego w głowę ciągłości działania światowej gospodarki. Kolejny zresztą, gdyż tych “pistoletów” się od 2020 r. nazbierało w kolejce. 

Wypadałoby zatem na zakończenie przedstawić predykcje. Jednak w świecie w którym każdy dzień przynosi nowe kluczowe aktualizacje dla sektora półprzewodników oraz powiązanych, coraz trudniej to zrobić.

Gdyby oderwać sektor od świata i traktować go jako osobną bańkę, to głód półprzewodnikowy potrwa przez najbliższe około 2-3 lata. Niestety, ale należy jednak rozpatrywać go jako część globalnej ekonomii. Należy tutaj zadać sobie pytanie czy zapotrzebowanie konsumenckie na nową technologię high-tech nie spadnie w sytuacji kryzysu a także kiedy wzrośnie jeszcze silniej.

Najważniejszą aktualnie bolączką jest tu globalna logistyka. Spodziewamy się pogłębiania tego problemu i to na dodatek w powiązaniu z brakami energetycznymi. Im bardziej wyspecjalizowany chip i im większy wolumen, tym lepiej – dlatego jeszcze przez pewien jeszcze czas, zwycięzcami będą producenci z sektora high-tech. Z kolei bez trwałych zmian w systemie logistycznym, sektor samochodowy znajduje się tu w najgorszej pozycji. Przynajmniej do momentu aż popyt na elektronikę nie zacznie coraz bardziej spadać. Aktualnie wycena spółek sektora półprzewodników jest na wysokich, jeśli nie nawet na rekordowych poziomach. Ale na giełdach widać wyraźne bardziej przegrzanie. Mowa tu zarówno o popularnych spółkach technologicznych będących ostatnimi miesiącami silnikiem wzrostów, czyli całej grupie FAANG / FAAMNG – ale również o indeksach giełdowych zbiorczo (Nasdaq).

Pewnym ratunkiem będzie tu rosnące zapotrzebowanie ze strony “zielonych” sektorów, czy też rządowo-militarne. Czy jednak wystarczy? Mimo iż najbliższe lata wydają się być przesłonięte wielkim cieniem globalnego kryzysu, w długim terminie spodziewamy się, że fundamenty sektora półprzewodników przeważą i te będą jaśnieć.

W krótkim i średnim terminie, największym przegranym pozostaje konsument końcowy, który to zawsze odczuwa wzrost ceny na sobie. Ale i ostatnio, nawet posiadając środki na zakup, zmuszany jest do obniżenia oczekiwań względem jakości produktu czy też jego dostępności od ręki. Być może zatem, sektor półprzewodników dotyka stagflacja.

Wszystko powyższe dotyczy założenia nieprzewidującego stanu wojny nie-kinetycznej. Jednak w Teamie Bogaty konstatujemy, że szanse na takowy niestety są wysokie. Ważnym aspektem potencjalnej przyszłości “chipów” jest potencjalna inwazja Chin na Tajwan. Jakie to by mogłoby mieć potencjalne skutki? Otóż autor uważa, iż wielorakie, ale na pewno wpływające najbardziej negatywnie na zachodnich kooperantów Tajpei. O Jakiej skali mówimy? Otóż zależy to wiele od scenariuszy takowej napaści, oraz globalnej odpowiedzi tajwańskich sojuszników, w tym USA, które obiecały iż będą bronić suwerenności Tajwanu. 

W przypadku gdyby USA wraz z “azjatyckim NATO” – tzw. QUAD – włączyły się czynnie w wojnę o Tajwan, to oczywistym jest, że nastąpiła by globalna zapaść produkcyjna półprzewodników. W wyniku odcięcia strefy wojennej, świat straciłby w sposób gwałtowny 50% mocy wytwórczych. Potencjalnie należałoby się także liczyć ze zniszczeniem tak cennych zakładów produkcyjnych na Tajwanie.  Gdyby tak się nie stało, a zostałyby one przejęte bezstratnie przez CHRLD, to i tak należałoby się liczyć z przerwaniem mostów logistycznych dla świata zachodniego na rzecz priorytetyzowania zapotrzebowania z CHRLD. To skutkowałoby brakiem półprzewodików na globalnych rynkach, przy którym aktualnie doświadczany głód półprzewodnikowy jawiłby się jako igraszka. W tej sytuacji należy zapytać ile są warte amerykańskie sojusze? Przekonało się o tym w ubiegłych latach już wiele nacji. Czy jednak będzie tak samo w przypadku Tajwanu?

W przypadku szybkiej aneksji “zbuntowanej republiki” i braku jakichkolwiek obrony “sojuszniczej”, Chiny przejęły by w bardzo szybkim czasie globalne fabryki produkcji chipów, wraz z technologią i zapewne z kapitałem ludzkim. W tym wypadku świat został by zmuszony zwyczajnie płacić takie stawki za półprzewodniki, jakich sobie życzą chińscy kontrahenci. Dostawy dla Zachodu nie były by też na pewno już priorytetem gdyż jak wiadomo chiński smok ma silne wielkie potrzeby na “elektroniczne serca”. Tak więc problemy zachodu zostały by zapewne pogłębione, aż do otwarcia własnych fabryk w USA. W tej sytuacji można również teoretycznie założyć, że USA dokonałoby szybkiej aneksacji czy podporządkowania tajwańskich fabryk w Arizonie a także, czy może przede wszystkim należącego do TSMC R&D.

Czy scenariusz chińskiej “ankeksji” Tajwanu jest możliwy? Team Bogaty uważa, ze jest on prawie pewny. Rozważać możemy jedynie formę. Czy będzie to wojna pełnoskalowa, chirurgiczne i precyzyjne uderzenie, czy też może blokada gospodarczo-militarna Tajwanu, która zmusiłyby Taipei do “dobrowolnego” akcesu do CHRLD. Timing tego zdarzenia jest jednak bardzo trudny do określenia. Czas gra na pewno na niekorzyść Chin, gdyż wiedzą one, że półprzewodnikowe eldorado zaczyna się szybko konsolidować na zachodzie. Już teraz dostęp Pekinu do nowoczesnych chipów z importu jest utrudniony, a może ulec to jeszcze dalszej intensyfikacji. Pod koniec czerwca 2021 obyły się uroczystościci obchodzin stulecia Komunistycznej Partii Chin, ktore to zdarzenie opisał Team Bogaty w swoim tygodniku KOTy 27 / 2021, a na których przedstawiono potencjalne plany uderzenia na Tajwan. 

Źródło: https://www.thesun.co.uk/news/15465131/ww3-fears-chinese-state-media-three-stage-battle-plan/

Czy i kiedy to nastąpi, pozostawiamy dszanownym czytelnikom do przemyślenia. Zachęcamy przy tym do podzielenia się wnioskami w komenarzach.

The End

Enemy / Bolesław Wójtowicz


Ps. Jeżeli podobał wam się artykuł, zachęcamy do ocenienia, skomentowania, podzielenia się przemyśleniami i za-linkowania lub podzielenia się via media.


DISCLAIMER / UWAGA! Niniejszy opracowanie (jak każde inne na tym blogu) ma charakter amatorskiej analizy, która ma na celu jedynie ogólnie przybliżenie czytelnikowi omawianego tematu. Analiza ta jest efektem dociekań autora, i jest na tyle szczegółowa/precyzyjna, na ile autor uznał za stosowne. Jest ona tylko prywatną opinią autora, nie stanowi żadnych rekomendacji inwestycyjnych, i nie może służyć jako podstawa decyzji inwestycyjno-biznesowych. W celach głębszego zrozumienia tematu, bądź też zdobycia profesjonalnej informacji, autor zachęca do sięgnięcia po prace specjalistów z danej dziedziny. Sam autor, na własne potrzebny, zebrał podstawowe informacje w tematyce po to, aby móc wyrobić sobie poglądy na interesujące go zagadnienia, a przetrawione wnioski są owocem tej pracy. 

Niniejszym Team Bmen-ów zastrzega, że publikowane informacje i tezy są wolnymi przemyśleniami amatorów, na podstawie których nie mogą być konstruowane żadne roszczenia, przyrzeczenia, obietnice te rzeczowe czy też matrymonialne. W przypadku oblania się gorącą kawą lub zakrztuszenia rogalem podczas czytania tekstu Team nie bierze za to żadnej odpowiedzialności i renty płacić nie będzie!! 

 


BIBLIOGRAFIA:

  1. ‘https://www.smmt.co.uk
  2. ‘https://cntechpost.com/2020/10/24/vivo-says-it-has-started-6g-research/
  3. ‘https://semiengineering.com/can-the-u-s-regain-its-edge-in-chip-manufacturing/
  4. ‘https://www.mijngroeve.nl/history/taiwan-taking-center-stage-in-2021/
  5. https://thediplomat.com/2020/12/would-china-invade-taiwan-for-tsmc/
  6. https://www.semiconductors.org/taking-stock-of-chinas-semiconductor-industry/
  7. https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2020/06/2020-SIA-State-of-the-Industry-Report.pdf
  8. https://www.chinasresourcerisks.com/post/water-with-your-chips-semiconductors-and-water-scarcity-in-china
  9. https://www.google.com/amp/s/www.fortunebusinessinsights.com/amp/semiconductor-market-102365
  10. https://www.tomshardware.com/news/jpr-gpu-shipments-in-q1-2021-hit-119-million-units
  11. https://www.dailysabah.com/life/graphics-card-shortage-when-will-it-end/news
  12. https://www.dailysabah.com/business/tech/playstation-iphone-prices-may-rise-amid-chip-crisis-stockpiling
  13. https://www.notebookcheck.net/Nvidia-RTX-3000-shortages-expected-to-last-at-least-until-3Q21.527941.0.html
  14. https://www.businessinsider.com/what-is-a-graphics-card?IR=T
  15. https://www.quora.com/What-are-the-raw-materials-used-in-making-a-graphics-card-for-a-PC
  16. https://www.pcmag.com/news/inside-the-gpu-shortage-why-you-still-cant-buy-a-graphics-card
  17. https://www.pcmag.com/news/hope-for-prospective-gpu-buyers-ethereum-prepares-to-phase-out-mining
  18. https://www.pcmag.com/news/michael-dell-says-chip-shortages-will-probably-last-for-years
  19. https://www.pcmag.com/news/nvidia-to-restrict-the-rtx-3060s-ability-to-mine-cryptocurrency
  20. https://www.pcmag.com/news/inside-the-gpu-shortage-why-you-still-cant-buy-a-graphics-card
  21. https://www.reuters.com/article/us-japan-renesas-taiwan-idUSKBN2BM09M
  22. https://pl.wikipedia.org/wiki/Wafel_krzemowy
  23. ‘https://www.extremetech.com/computing/322695-why-we-cant-build-our-way-out-of-the-semiconductor-shortage
  24. https://www.google.com/amp/s/www.fortunebusinessinsights.com/amp/semiconductor-market-102365
  25. https://fortune.com/2020/08/10/us-china-trade-war-semiconductors-chips-tsmc-chipmakers/
  26. https://www.cnbc.com/2020/09/18/a-brewing-us-china-tech-cold-war-rattles-the-semiconductor-industry.html
  27. https://www.scmp.com/economy/china-economy/article/3102518/us-china-tech-war-battle-over-semiconductors-taiwan-stokes
  28. https://tradevistas.org/this-tiny-chip-is-playing-a-big-role-in-the-trade-war/
  29. ‘https://warontherocks.com/2020/06/the-chip-wars-of-the-21st-century/
  30. ‘https://www.eetasia.com/A-Welcome-Truce-in-the-US-China-Trade-War/
  31. https://strategicstudyindia.blogspot.com/2019/04/as-us-china-tech-war-rages-on.html
  32. https://tradevistas.org/this-tiny-chip-is-playing-a-big-role-in-the-trade-war/
  33. https://worldview.stratfor.com/article/fifty-years-later-moores-computing-law-holds
  34. https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-1-creating-the-wafer
  35. https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-2-the-oxidation-process
  36. https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-3-the-integrated-circuit
  37. https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-4-drawing-structures-in-nano-scale
  38. https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-5-etching-a-circuit-pattern
  39. https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-6-the-addition-of-electrical-properties
  40. https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-7-the-metal-interconnect
  41. https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-8-electrical-die-sorting-eds
  42. https://news.samsung.com/global/eight-major-steps-to-semiconductor-fabrication-part-9-packaging-and-package-testing
  43. https://versus.com/en/glossary/semiconductor-size?fbclid=IwAR09xzTU2gOCM9PwCYNbcnj1XdBAZodvbBJ0-9S47_FbQk_k4iZrwUsGHkI
  44. https://ieeexplore.ieee.org/document/9063714
  45. ‘https://www.hpcwire.com/2020/06/01/10nm-7nm-5nm-should-the-chip-nanometer-metric-be-replaced/
  46. https://www.gamesradar.com/steam-deck-release-date-price-specs/
  47. https://store.steampowered.com/steamdeck
  48. https://www.elinfor.com/knowledge/break-through-processwhy-is-7nm-the-physical-limitwhat-is-the-1-nm-manufacturing-process-in-america-p-10872
  49. ‘https://dug.com/smaller-faster-stronger-1-nm-chips-by-tsmc/
  50. https://newsroom.ibm.com/2021-05-06-IBM-Unveils-Worlds-First-2-Nanometer-Chip-Technology,-Opening-a-New-Frontier-for-Semiconductors
  51. https://newsroom.ibm.com/2020-08-17-IBM-Reveals-Next-Generation-IBM-POWER10-Processor
  52. https://www.statista.com/statistics/277966/automotive-semiconductor-manufacturers-global-market-share/
  53. ‘https://spidersweb.pl/bizblog/budowa-5g-huawei-francja-uk/
  54. ‘https://www.gizchina.com/2021/06/26/huawei-should-start-producing-branded-kirin-processors-in-2022/
  55. https://www.notebookcheck.net/DJI-and-SMIC-join-Huawei-on-the-US-Entity-List.511099.0.html
  56. https://www.notebookcheck.net/New-US-12-billion-factory-for-SMIC-7nm-and-other-sub-14nm-wafers.519286.0.html
  57. ‘https://spidersweb.pl/bizblog/budowa-5g-huawei-francja-uk/
  58. https://tech.wp.pl/szefowa-huawei-zwolniona-z-aresztu-za-kaucja-6326789243799169a
  59. https://www.phonearena.com/news/smic-to-challenge-tsmc_id134785
  60. https://www.gizmochina.com/2021/02/01/huawei-xiaomi-smic-and-87-other-chinese-firms-collaborates-to-grow-the-local-semiconductor-industry/
  61. https://inf.news/en/tech/b0d85c5aeb39e1c4f45d1f7a1c1931f3.html
  62. https://min.news/en/digital/570af2cd7441a032aaae67de9d61239b.html
  63. ‘https://telecoms.com/511222/china-to-bolster-chip-self-sufficiency-with-new-shanghai-facility/
  64. https://www.reuters.com/article/us-asml-holding-smic-idUSKBN2AV1S6
  65. https://www.fool.com/investing/2021/04/20/asml-cant-stay-neutral-on-china-for-much-longer/
  66. https://www.notebookcheck.net/China-is-catching-up-SMIC-foundry-is-now-able-to-produce-7-nm-chips.498166.0.html
  67. https://www.bizjournals.com/phoenix/news/2021/09/13/tsmc-hires-head-state-government-relations.html
  68. https://bits-chips.nl/artikel/we-underestimated-the-demand-for-duv/
  69. ‘https://www.extremetech.com/extreme/227720-how-intel-lost-10-billion-and-the-mobile-market
  70. ‘https://www.extremetech.com/computing/227816-how-intel-lost-the-mobile-market-part-2-the-rise-and-neglect-of-atom
  71. https://download.intel.com/newsroom/2021/manufacturing/intel-build-fab-infographic.pdf
  72. https://www.intc.com/intel-online-annual-report
  73. https://www.smics.com/en/
  74. https://www.tsmc.com/english
  75. https://www.umc.com/en/home/Index
  76. https://www2.deloitte.com/
  77. https://finance.yahoo.com/news/globalfoundries-files-ipo-bid-capitalize-161824535.html
  78. https://gf.com/
  79. https://www.wsj.com/articles/intel-is-in-talks-to-buy-globalfoundries-for-about-30-billion-11626387704
  80. https://www.anandtech.com/show/13277/globalfoundries-stops-all-7nm-development
  81. https://semiengineering.com/behind-the-intel-globalfoundries-rumor/
  82. https://www.forbes.com/sites/tiriasresearch/2019/09/17/globalfoundries-change-in-strategy-pays-off/
  83. https://samsungsemiconductor-us.com/
  84. https://thediplomat.com/2021/07/tsmc-and-samsung-semiconductor-chip-shortage/
  85. https://www.theregister.com/2021/08/20/global_semiconductor_sales/
  86. ‘https://techcrunch.com/2021/08/24/samsung-to-invest-205b-in-semiconductor-biopharma-and-telco-units-by-2023-creating-40000-jobs/?
  87. https://www.theregister.com/2021/02/22/ic_insights_china_silicon_market_share/
  88. https://www.washingtonpost.com/world/in-s-korea-the-republic-of-samsung/2012/12/09/71215420-3de1-11e2-bca3-aadc9b7e29c5_story.html
  89. https://www.wsj.com/articles/samsung-rising-review-the-republic-of-samsung-11584906258
  90. https://www.theguardian.com/world/2021/sep/23/apple-opposes-eu-plans-to-make-common-charger-port-for-all-devices
  91. https://www.anandtech.com/show/12377/tsmc-starts-to-build-fab-18-5nm-in-early-2020
  92. https://www.elinfor.com/news/asml-supplier-is-caught-in-a-fire-and-delivery-of-euv-lithography-machines-will-be-delayed-early-next-year-p-10958
  93. https://www.rolandberger.com/en/Insights/Publications/Semiconductor-crisis-in-the-automotive-industry.html
  94. https://theconversation.com/europe-is-running-out-of-semiconductors-heres-what-it-can-learn-from-tech-survivor-osram-154028
  95. https://www.eenewseurope.com/news/opinion-moneys-not-problem-europes-semiconductor-rebuild
  96. https://www.renesas.com/us/en/about/press-room/renesas-completes-acquisition-dialog-semiconductor
  97. https://www.bloomberg.com/news/newsletters/2021-04-27/europe-is-trying-to-reclaim-its-lost-chipmaking-glory
  98. https://www.extremetech.com/computing/322343-taiwan-dismisses-eu-effort-to-build-leading-edge-semiconductor-capacity
  99. https://www.ft.com/content/d365bfe0-98c4-49b5-8e82-dc4386623ace
  100. https://www.extremetech.com/computing/322169-intels-ceo-travels-to-europe-to-talk-foundries-as-silicon-nationalism-rises

Komentarze ( 12 )

  • https://autogaleria.pl/skoda-wstrzymana-produkcja-polprzewodniki

    A więc jak o półprzewodnikach już mowa to skoda wstrzymuje produckję we wszystkich zakładach do końca roku. Co więcej szef Skody mówi, że w przyszłości tzn w 2022 roku będzie trzeba równierz zatrzymać produkcję właśnie od KW 42 tzn od 18 pazdziernika, bo równierz nie będzie chipów.
    A więc Skoda jako pierwszy producent automotive powiedział oficjalnie, że problemy z częściami nie są przejściowe, a potrwają długo i już wiedzą co będzie za rok.
  • Jak zwykle bardzo gruntowna i szeroka analiza rynku półprzewodników.
    Moim zdaniem to unikatowe analizy w polskim internecie.

    Z mojej strony odrobinę historii:
    Już w 1976 polski CEMI wypuścił na rynek mikroprocesor MCY7880 o parametrach identycznych z Intel 8080, a więc 8 bitowy procesor wykonany w technologii 6um.
    Produkowano również militarną wersję MCA5880 o znacznie rozszerzenych parametrach temperatury.
    Te procesory były sercem polskich mikrokomputerów.

    To było 45 lat temu, a Koreańczycy, Tajwanczycy i Chińczycy wtedy jeździli wozem ciągnionym przez woła.
    A gdzie jesteśmy teraz ?
  • Ogromne kudos dla osób zaangażowanych w przygotowanie analizy. Osobiście uważam, że przestój na rynku półprzewodników potrwa znacznie dłużej niż rok czy dwa.

    “Opóźnienia” są w głównej mierze spowodowane nierealnymi ramami czasowymi prognoz przejścia z elementów ogólnego przeznaczenia (np. mikrokontrolery od zewnętrznych dostawców) na układy dedykowane dla danego producenta aut (BMW, Audi, ..). Jak trafnie zauważyliście zwrot z chipów na rynek automotive jest dużo mniejszy niż z HPC, czy podupadającego ostatnio mobile, także duzi gracze zazwyczaj zainteresowani outsourcingiem projektu (Intel, Mediatek, etc.) nie są zainteresowani współpracą.
    Producenci aut nie skupiają się na budowie własnych zespołów projektowych, tylko na szybko starają się zlecać projekt małym, niedoświadczonym zespołom w wyniku czego po pierwsze standardem jest, że projekt twa 2x dłużej niż pierwotnie założono, po drugie znaczna część wymagań funkcjonalnych nie zostaje spełniona. Dodajmy do tego, że czas potrzebny na wykonanie chipu (od koncepcji do pomiarów wyprodukowanego układu) to 2 do 4ch lat, także w przypadku niemożliwości załatania dziur za pomocą oprogramowania pozostaje tylko czekać.

    Kolejny problem to brak inżynierów w Europie. Prym w projektowaniu zaawansowanych układów cyfrowych wiodła Wielka Brytania. Jednak w ostatnim dziesięcioleciu wiele firm zamknęło swoje oddziały zarówno tam jak i w Europie kontynentalnej (Nvidia, Imagination Technologies, Texas Instruments) powodując, że sporo osób przerzuciło się na inne dziedziny, a rynek było postrzegany jako mało rokujący dla osób bezpośrednio po studiach. Aktualnie wielcy gracze jak Facebook, Google czy Amazon starają się odwrócić ten trend, ale moim zdaniem zajmie to wiele lat..
  • https://www.cnbc.com/2021/10/12/chip-machine-maker-asml-will-grow-into-a-500-billion-business.html

    Nawiązując i kontynuując – ASML aktualnie wyceniany na MC 302 mld USD, w przyszłym roku powinien osiągnąć 500 mld USD kapitalizacji. Widzą znaczący wzrost przychodów do 2025 r. a także poza tą datą.

    Jak widać, cena przenosin na rynek amerykański ma za sobą spore korzyści. Spodziewałbym się – prawdopodobnie – wzrostu udziału zamówień z USA w proporcji geograficznej ich klientów.
  • Myślę, że tzw. braki chipów dla automotive są w pewnym stopniu zaplanowane.
    Ciekawe, że chipów brakuje do spalinowek, ale do elektryków już nie.
    Poza tym dlaczego branża automotive jest ostatnia w kolejce po chipy, skoro jest potężna i dobrze płaci ?
    Przecież koszt chipu w całkowitym koszcie auta to góra 1% a np. w takim smartfonie czy laptopie to już 20-40% więc jasno widać, że to raczej producenci elektroniki powinni być pod presją kosztową a nie automotive.

    Ktoś napisze, że jednak chipy do aut są inne.
    No tak są inne. Znacznie prostsze i produkowane w relatywnie starych technologiach.
    Nie może istnieć smartfon czy komputer bez chipu natomiast samochód jak najbardziej.
    Jeszcze 20 lat wstecz samochody nie musiały posiadać żadnych chipów i jakoś chodziły.
    De facto chipy w autach to przerost formy nad treścią.
    Żeby nawet uporać się z całym niezbędnym w aucie sterowaniem wystarczyłby prosty mikrokontroler lub ewentualnie zwykły PC czy laptop z odpowiednim software.

    Jakoś dziwne, że w dobie rozbudowanego zarządzania ryzykiem (często to całe działy z szefem w randze członka zarządu) nikt nie ma planu B na braki chipów i jedynym rozwiązaniem jest zamknąć fabrykę.
    • Arcadio, skąd informacja, że brakuje wyłącznie dla nie elektryków?
      Jeśli chodzi o Teslę, to od początku istnienia budowała u siebie zespoły IC, także po tylu latach ma know how i nie zleca projektów na zewnątrz. Starzy gracze dopiero zaczynają przerzucać się na dedykowane chipy/SOC.

      Branża automotive wcale nie płaci dobrze w porównaniu do rynku serwerów, smartfonów czy jakiejkolwiek drobnej masowej elektroniki. Czym większa liczba wyprodukowanych scalaków tym większy zysk. Bardziej opłaca się projektować małe układy ogólnego zastosowania, które możesz wykorzystać zarówno w smartfonie, konsoli, tablecie i milionach innych urządzeń niż w kilku modelach auta jednego producenta.
      Dodatkowo chipy do automotive są “safety critical”, co oznacza inne, bardziej złożone podejście do projektowania i testowania. Muszą działać w większym zakresie temperatur, w dłuższym okresie czasu niż elektronika konsumencka (10 lat vs 2-4 lat), z dużo większą przewidywalnością. Niektóre foundries (np. GlobalFoundry) w przypadku produktów automotive, mają dodatkowe wymagania przed wykonaniem masek.

      W autach są grube dziesiątki jeśli nie setki chipów. W przypadku układów analogowych preferowane są technologie z większą długością kanału tranzystora (więcej um), w przypadku szybkich cyfrowych mniejsze. Technologie takie jak 180um ciągle ewoluują i nie raz zdarza się, że są wykorzystywane na 95% ich możliwość co stwarza dodatkowe wyzwania podczas projektu. Złożoność technologi na poziomie foundry (czytaj stara technologia), może nie mieć nic wspólnego z wysiłkiem, który trzeba włożyć w zaprojektowanie układu.

      Zastosowanie mikrokontrolerów nie jest możliwe ze względu na ilość danych które trzeba analizować w czasie rzeczywistym. Nowe auta mają co najmniej kilka kamer, radarów, setki czujników, itd. Samo pobieranie i przetwarzanie danych z kamer w czasie rzeczywistym jest dużym wyzwaniem dla projektantów dedykowanych układów, a co dopiero dla mikrokontrolerów ogólnego przeznaczenia.. Oczywiście można zrezygnować z nowej funkcjonalności, tylko pytanie jak zareagują na to klienci:)
  • brak Chipów moze miec ciekawe konsekwencje dla amerykańskiej giełdy.

    Nie bedzie nowych Iphonów to szybką ją przecenią.. bo Flagship nie może to kto inny może?

    Apple Tumbles After iPhone Production Goal Slashed On Chip Shortage
    https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-10-12/apple-aapl-to-cut-iphone-production-targets-due-to-chip-shortage?s
  • Wygląda na to, że w wielu dziedzinach wojny technologicznej USA odstają od Chin: “Były szef działu oprogramowania Pentagonu powiedział, że zrezygnował z pracy w proteście przeciwko „powolnej innowacyjności technologicznej” w Stanach Zjednoczonych. Stwierdził też, że Chiny dominują w tej przestrzeni – szczególnie w rozwoju zaawansowanej sztucznej inteligencji.
    „Nie mamy konkurencyjnych szans w walce z Chinami w ciągu 15 do 20 lat” – powiedział Financial Times Nicolas Chaillan, który odszedł z Departamentu Obrony we wrześniu, w swoim pierwszym wywiadzie od czasu opuszczenia stanowiska”.
    https://forsal.pl/swiat/usa/artykuly/8269818,szef-technologii-pentagonu-usa-nie-ma-szans-w-walce-z-chinami.html
  • Myślę że Chiny nie zaaneksują Tajwanu przed olimpiadą .
  • https://asia.nikkei.com/Business/Tech/Semiconductors/Sony-to-join-TSMC-on-new-7bn-chip-plant-in-Japan

    Sony i TSMC w Japonii łączą siły żeby zbudować fab w Kraju kwitnącej Wisni.

    Mleko się już rozlało i nic tego nie zmieni. Trwają natomiast prace nad zmitygowaniem strat w przyszłości.

    Tymczasem do półprzewodnikowych zamknięć dołącza Renault w Mauberge wykluczając się do końca października. Czekamy w związku z tym na ewentualne decyzje ze strony nissana, wszak te dwa są już wspólnie.
  • https://www.youtube.com/watch?v=hOY7O_rkLog

    Być może dla wielu nie będzie to jakoś mega odkrywcze, ale moim zdaniem dość ciekawie, w pigułce gość prawi o obecnym etapie rozwoju komputerów kwantowych, stosuje kilka prostych, acz ciekawych porównań.

    Np. obecnie uzywane kompy mają się do kwantowego jakby porównać świecę do żarówki (trzeba będzie zmienić w ogóle percepcję postrzegania jak i system pojęciowy).
    Dzięki mocy obliczeniowej takiego komputera testowanie nowego leku pod względem wpływu na DNA mogłoby trwać kilka dni, godzin?.
    Operacja wykonywana przez taki komputer byłaby podobno nie do przechwycenia.
    Ale zbudowanie takowego ze względów technologicznych i rozumienia fizyki kwantowej, to jak mówi horyzont kilkudziesięciu lat (czyli co najmniej z 20). Do tej pory myślałem, że 20 lat to maks, żeby to weszło, a tak wygląda że mamy trochę więcej czasu żeby AI pohulała na czymś takim – to chyba dobrze


  • Skomentuj