Защо проблемът с чиповете няма лесно решение

Кризата с полупроводниковите чипове няма да затихне по-рано от 2022 година
(снимка: CC0 Public Domain)

Който се е наканил да си купува нов смартфон или компютър, навярно е дочул, че има проблем с производството на подобни дигитални устройства по цял свят и че цените навярно ще нарастват в идните месеци. Пазарните анализатори от Gartner предвиждат, че кризата ще продължи и надали ще стихне по-рано от 2022 година.

Острият недостиг на полупроводници ще продължи през 2021 г., а възстановяването ще започне едва към края на годината, за да достигне нормалните нива чак през второто тримесечие на 2022 г. нататък, прогнозира Gartner. По това време новият производствен капацитет евентуално ще може помогне за облекчаване на ситуацията.

Как се правят чиповете

Производството на полупроводници е специфичен бранш. Някои компании, като Intel например, проектират и произвеждат свои собствени чипове и като такива са известни като „Производители на интегрирани устройства” (IDM). Други, като Nvidia да речем, само проектират чиповете, без да ги произвеждат. Те се „безсилни”. А има и компании, които управляват фабрики, където всеки може да направи поръчка за различен модел чип – най-утвърдените са Samsung и TSMC.

„В момента има няколко много големи IDM”, казва Алън Пристли, анализатор на полупроводниковата индустрия в Gartner, пред ZDNet. „Но по-голямата част от индустрията разчита на използването на фабриките и причината е, че изграждането на производствени мощности за полупроводници е изключително скъпо”.

Intel е изключение. Чрез непрекъснати инвестиции компанията е успяла да се утвърди като основен дизайнер и производител на чипове. Но за по-голямата част от бизнеса все още е необходимо да делегира производството на чипове на външни изпълнители.

Фабриките поемат тежката част от процеса на производство на чипове. Въз основа на различни дизайни на чипове, интегрални схеми в нанометров мащаб се отпечатват върху силициеви пластини. Тези пластини се изпращат до следващия етап на производство, където се нарязват на отделни готови единици, преди да бъдат сглобени и пакетирани в електронни устройства, а след това тествани.

Има до 1400 стъпки в цялостния производствен процес на полупроводникови пластини. С други думи, за завършването на един усъвършенстван чип са нужни до 20 седмици време – през толкова много етапи минава създаването на всеки чип. Фабриките използват до 300 различни вида материали по време на производството.

„Почти невъзможно е да започнеш производството на чипове „от нулата”, казва Пристли. „Ето защо наблюдаваме консолидация в индустрията”.

Компаниите, които възлагат производство на външни изпълнители, в повечето случаи разчитат на две фирми – Samsung и TSMC. В резултат на това около три четвърти от общия производствен капацитет на полупроводници в света идва от Китай, Япония, Южна Корея и Тайван. Нещо повече, практически целият съвременен производствен капацитет на полупроводникови чипове по процеса под 10 нанометра се намира в Южна Корея и Тайван.

Всяка верига за доставки, която е толкова силно зависима от търговията с малък брой компании, разположени в един тесен регион, неизбежно страда от уязвимости. Геополитическото напрежение, спирането на фабрики, големите промени в баланса на търсенето и предлагането – или, в днешния сценарий, и трите едновременно – неизбежно накърняват цялата система.

„Компании като Apple, Nvidia, AMD и огромна гама от други фирми зависят от производствения капацитет на Samsung и TSMC”, казва Пристли. „А сега там няма достатъчно капацитет”.

Новият анализ на Gartner предвижда между шест и 12 месеца време за доставка на силициеви пластини в следващите месеци. Това от своя страна означава, че производителите на електронни устройства, които се нуждаят от чипове, ще бъдат затруднени да доставят продукти на своите клиенти.

Потребителите вече забелязват въздействието на недостига на чипове. Геймърите с трудност се добират до желаните игрови конзоли. Тези, които пазаруват персонални компютри или смартфони, вероятно ще усетят удължените срокове за доставка.

Икономистите предупреждават, че недостигът касае много други устройства, вариращи от звънци за врата до основни домакински уреди като микровълни печки или хладилници. Автомобилната индустрия е особено засегната. Някои производствени линии на автомобили даже са временно спрени.

Тъй като полупроводниците вече са вграждат в какви ли не уреди, то глобалният недостиг на чипове вероятно ще има много далечни и непредсказуеми последици. „Например за продуктите, които имат много високо съдържание на чипове, като персонални компютри или телефони, вероятно ще видим промени в конфигурациите”, казва Пристли. „Където преди сте имали нещо с 16 GB памет, сега ще се предлага с едва 8 GB”.

В борба за суверенитет

Не е изненадващо, че производителите на чипове вече обещаха да увеличат капацитета: TSMC планира да похарчи 100 милиарда долара през следващите три години за нови фабрики, Intel ще инвестира 20 милиарда долара за два нови завода, които също ще доставят чипове на други компании, SK Hynix се ангажира да увеличи разходите за оборудване за производство на чипове тази година.

Но недостигът катализира процес на „събуждане” сред правителствата, които все по-често обсъждат концепциите за „полупроводникова самодостатъчност”. Не е трудно да се разбере защо когато чиповете са ключови за всякакви важни продукти (от военно оборудване до телекомуникационна инфраструктура), силната зависимост от един регион на света е причина за притеснение.

В САЩ администрацията на Байдън обеща да предприеме „агресивни стъпки” за справяне с настоящия недостиг и да увеличи финансирането за вътрешни стимули за производство на чипове. Още при встъпването си в длъжност новият президент бе видян като благосклонен към ИКТ индустрията. Затова очакванията са, че той ще осигури мощно финансиране.

Местните производители са гласовити: обединени в новосъздадена коалиция „Полупроводници в Америка” (Semiconductors in America – SIAC), те настояват за инвестиция от не по-малко от 50 милиарда долара за финансиране на разширяването на производствените възможности на страната.

ЕС също има големи ресурси и амбиции. Стремежът на блока е да направи така, че да осигурява поне 20% от глобалното предлагане на полупроводници до 2030 г. На последните срещи с представители на TSMC и Intel еврокомисарят Тиери Бретон подчерта амбицията на блока да балансира световната верига за доставки на чипове и да създаде такова производство на полупроводници, което да защити интересите на националната сигурност в региона.

Бретон обаче бе разкритикуван заради някои странни настоявания, които могат да провалят напъните на ЕС да създаде достойно полупроводниково производство.

Перспективи

Разходите биха били непосилни за единичен играч, та било то и държава с големи ресурси. Според SIA, модерна полупроводникова фабрика със стандартен капацитет изисква между 5 и 20 млрд. долара капиталови разходи. Постигането на пълна производствена самодостатъчност би изисквало над 400 милиарда долара.

Така е, защото веригата за доставка на полупроводници е твърде сложна. От проектирането на чипове до обработката и тестването на силициевите пластини, през доставката на материали и сглобяването и опаковането – екосистемата е твърде голяма, за да бъде направена бързо и лесно.

„Дори да се хвърлят огромни суми пари във фабриките, това не решава проблема”, казва Пристли. „Веригата на доставки е изключително сложна. Едно е да направите една част от производството, друго е да изградите цялостното производство от край до край”.

Това навярно ще означава, че производството на чипове ще остане глобално и силно взаимосвързано. Може да се очаква през следващите няколко години да се появят нови фабрики в нови региони на света, поради което компаниите и правителствата ще се постараят да смекчат географските рискове, свързани с доставките на полупроводници.

През това време бизнесът и индивидуалните потребители ще трябва да стиснат зъби и да бъдат търпеливи в чакането на желаните дигитални системи, които искат да купят.