Сбои в поставках полупроводниковых компонентов для бытовой и промышленной электроники за последние 2 года прочно вошли в топ тем мировой прессы. Причем проблемы возникли не только у самих производителей микропроцессоров, для краткости еще называемых чипами, но и практически у всех их заказчиков: производителей смартфонов, планшетов, компьютеров, автомобилей, авионики, станков и множества семейств программируемой бытовой техники. Очередным «черным лебедем» из целой стаи проблем электронной промышленности стали украинские события, остановившие производство неона и аргона, важных для производства полупроводников. С подробным рассказом о том, почему в мире хронически не хватает чипов и к чему это приведет, Дмитрий Наварра.
В ранней фазе нынешнего кризиса, в 2020 году, большинство экспертов посчитало, что сбой в поставках связан только с карантинами в странах Юго-Восточной Азии, где в радиусе менее 1 тыс. км сконцентрировано 80% мировых производственных мощностей по выпуску интегральных микросхем, что он не будет продолжительным и, главное, он не станет всеобъемлющим.
Но уже в марте 2021 журналисты Bloomberg попытались свести воедино весь обширный букет проблем в обзорной статье «Как нехватка чипов тормознула всё от телефонов до автомобилей».
«Звенят тревожные звоночки. Всё большее число отраслевых игроков, от Continental AG до Innolux Corp. и Renesas Electronics Corp., в последние недели предупреждали о более длительном, чем ожидалось, дефиците производства, который может закончиться летом [2021]. Samsung отметила «серьезный дисбаланс» во всём мире, и это крупнейшая компания, предупредившая о последствиях кризиса».
Прогноз оказался несколько более оптимистичным, чем можно было подумать. И вот еще год спустя руководитель Intel, инсайдер мирового уровня, поделился с CNBC своими опасениями на перспективу до 2024 года.
«Генеральный директор Intel Пэт Гелсингер (Patrick Paul Gelsinger) заявил CNBC в пятницу, что теперь он ожидает, что полупроводниковая промышленность будет страдать от нехватки поставок до 2024 года.
В интервью для TechCheck Гелсингер сказал, что глобальный кризис чипов может затянуться из-за ограниченной доступности ключевых производственных инструментов, что служит препятствием для увеличения уровня производственных мощностей, необходимых для удовлетворения повышенного спроса».
Позиция его прямого конкурента в феврале 2022 года выглядела более оптимистичной.
«В полупроводниковой промышленности происходят масштабные инвестиционные процессы, говорите ли вы о пластинах, некоторых подложках или иных внутренних компонентах. Так что мы добиваемся прогресса. Я верю, что первая половина этого года будет оставаться довольно напряженной. Но я думаю, что во второй половине этого года ситуация немного улучшится», — сказала генеральный директор AMD доктор Лиза Су (Lisa Su) на панели Yahoo Finance Live.
Надо напомнить, что AMD, как и Intel, разрабатывает не только такие широко известные процессоры для обычных компьютеров, как Ryzen или Radeon, но и различные решения для той же автомобильной промышленности, в основном, конечно, для встроенных систем мультимедиа.
И от их общей возможности поставлять комплектующие в необходимом темпе зависит годовое производство нескольких миллионов автомобилей, начиная с полностью диджитализированных автомобилей Tesla Илона нашего Маска до практически любой современной модели.
«Нехватка чипов также привела к закрытию линий по производству автомобилей: некоторые автопроизводители выпускают автомобили без премиальных функций из-за отсутствия чипов. Например, GM удалила такие функции, как автоматический старт-стоп, потому что не может получить нужные чипы».
Гипотетический заказчик микропроцессоров мог бы предположить, что рынок сам всё прекрасно организует и заказ можно просто передать другому производителю.
Эксперты McKinsey&Company в своей публикации для сайта Всемирного экономического форума в начале 2022 года оценили возможность таких переходов как вещь весьма проблематичную.
«Но текущая нехватка микросхем вряд ли будет решена в ближайшем будущем, отчасти из-за сложности процесса производства полупроводников. Типичное время выполнения заказа может превышать 4 месяца для продуктов, которые уже хорошо зарекомендовали себя в производстве. Увеличение мощности за счет перемещения продукта на другую производственную площадку обычно добавляет еще 6 месяцев (даже на существующих заводах). Переход к другому производителю обычно добавляет еще 1 год или больше, потому что конструкция чипа требует изменений, чтобы вписаться в конкретные производственные процессы нового партнера. Некоторые микросхемы могут содержать интеллектуальную собственность производителя, что может потребовать внесения изменений [в техническую документацию] или дополнительного лицензирования».
Но кроме фактора времени для решения вопросов в зашивающейся отрасли важен и фактор денег, точнее очень больших денег.
Американские производители полупроводниковой продукции скромно оценили стартовый этап всеамериканского цикла искусственного роста в $ 52 млрд из государственного бюджета, о чём ипопросили конгрессменов в своем письме Санта-Клаусу в канун Рождества 2021 года. Инициатива была изначально одобрена сенаторами, но в Конгрессе не шла, как хотелось бы.
«В прошлом месяце руководители более 50 американских компаний призвали лидеров Конгресса принять закон, предусматривающий гранты и стимулы на сумму $ 52 млрд для отечественного производства микросхем, а также отдельный законопроект о поощрении разработки и производства полупроводников».
«Но законодательство продвигается медленно» — и это был еще январь. К марту республиканцы смогли убедить высшие силы и самих себя в обеих палатах, что свободный рынок обязан справляться сам, и затолкали билль под ковёр: «Республиканцы в Сенате отказываются от поощрения производителей полупроводников на сумму $ 52 млрд».
Но деньги не стоят на месте. Из-под лежачего камня их позвали в другое место.
Уже в феврале 2022 года крупнейший в мире поставщик микросхем для Apple — Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.(TSMC) — нацелился единолично освоить сумму вдвое бо́льшую, чем его американские конкуренты просили у своего правительства на всех.
«Крупнейший в мире контрактный производитель чипов, тайваньская TSMC, обязалась инвестировать $ 100 млрд в течение 3 лет, чтобы нарастить производство своих передовых кремниевых пластин, которые используются для производства различных чипов».
На рынке «литейного» производства в 2021 году TSMC получила самую высокую долю мирового рынка — 59,5%. На втором месте Samsung Electronics — 8,7%, а на пятом месте китайская компания SMIC, доля рынка которой составляет всего 5,7%, по данным DIGITIMES Asia.
Поскольку в новости прозвучало определение «контрактный производитель», стоит упомянуть, что компании, аналогичные TSMC, не поставляют на рынок собственные линейки изделий. Они только выполняют заказы внешних клиентов, например производят бо́льшую часть процессоров для продукции Apple.
При этом роль TSMC на рынке не менее значима, чем роль тех же компаний Intel, Texas Instruments, Qualcomm и Samsung Electronics.
Упомянутая пятёрка компаний уже несколько лет возглавляет различные рейтинги производителей микросхем.
По этой причине случающиеся у них проблемы по принципу домино распространяются на всю глобальную экономику. А проблемы случаются. Одной из них стал дефицит основного производственного оборудования — фотолитографических машин. Так получилось, что в этой отрасли доминируют всего три производителя, из которых один — компания ASML из нидерландского Эйндховена, которая контролирует более 60% рынка (практически 100% оборудования для новейших техпроцессов). Оставшаяся доля распределилась между широко известными японскими компаниями Canon и Nikon. В начале января 2022 года на одном из их заводов (берлинском) произошел пожар. 3 января представители холдинга заявили в СМИ, что пожар был незначительным и на производственную программу повлиять не должен, но уже 6 января американские и азиатские эксперты забеспокоились: а так ли всё благополучно?
«В целом пожар на заводе ASML в Берлине окажет бо́льшее влияние на производство оборудования для литографии EUV, когда речь идет о литейных цехах и памяти. По информации TrendForce, нельзя исключать, что ASML получит необходимые компоненты из других заводских кампусов. Кроме того, текущие сроки поставки оборудования EUV довольно велики. Таким образом, фактическое влияние на предложение EUV еще предстоит увидеть».
И вот в апреле 2022 уже упомянутая TSMC пожаловалась, что «неожиданные» задержки с поставками оборудования сдвигают сроки запланированного роста производительности.
«В четверг Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. заявила, что работает с поставщиками оборудования для микросхем, чтобы справиться с «неожиданными» ограничениями поставок, поскольку она готовится резко увеличить производство со следующего года».
Слово «неожиданный» внезапно прочно вошло в активный лексикон рынка полупроводников и всех цепочек снабжения на нём. В марте 2022 неожиданным стал срыв поставок охладителя — одной из расходных жидкостей в процессе производства микросхем. Правда, позже появилось разъяснение, что предприятие было остановлено не неожиданно и не по злому умыслу, а после длительных бюрократических препирательств и исключительно ради всеобщего блага.
«Завод 3M по производству охлаждающих жидкостей для полупроводников в Бельгии был закрыт на неопределенный срок в связи с ужесточением местных экологических норм. На завод приходится 80% от общего объема выпуска охлаждающих жидкостей [для производства] полупроводников. Эта мера была принята 8 марта, а 18 марта компания 3M направила своим клиентам официальное уведомление. В число клиентов входят Samsung Electronics, SK Hynix, TSMC и Intel. Постановления правительства Бельгии касаются выбросов перфторалкильных и полифторалкильных веществ (PFAS), которые являются водонепроницаемыми и устойчивыми к теплу, маслу и воде».
Впрочем, эти поставки временно прервались по-хорошему, другие прервались по-плохому. Так, военные действия на Украине также неожиданно нарушили производство неона и аргона — химикатов, важных для производства полупроводников.
«В ближайшие кварталы и годы полупроводниковая промышленность почувствует огромное влияние этих обстоятельств», — сказал Томас Фой, директор по вертикальным рынкам EMEA в Avnet Silica.
Из справки, упомянутой в мартовской 2022 года публикации Reuters, следует, что из объема глобальных поставок выпали 45-55% необходимого продукта.
В Японии же природа как будто подгадала к общей дате, и стране в марте 2022 года случилось землетрясение немалой силы в известной всем префектуре Фукусима. Помимо прочего землетрясение вызвало остановку производства на нескольких среднего размера производствах полупроводниковых компонентов.
«Землетрясение магнитудой 7,3, произошедшее в среду у побережья Фукусимы, Япония, привело к временной остановке некоторых крупных производителей, в том числе производителей микросхем и компонентов Murata, Renesas и Kioxia, а также более крупных производственных компаний в этом районе. Fujitsu сообщила, что хотя сообщений о травмах не поступало, были задокументированы некоторые повреждения на ее производственном предприятии в префектуре Фукусима».
Многие отраслевые эксперты достали калькуляторы с большими регистрами и стали поквартально прикидывать, во что глобальному рынку обойдётся пролёт этой стаи «черных лебедей».
«Из-за глобальной нехватки полупроводников инженеры вынуждены искать запасные части, отменять проекты или перепроектировать оборудование с нуля, сообщил в этом месяце дистрибьютор Avnet.
После интервью с 530 инженерами по всей планете Avnet сказал, что 93% респондентов наблюдают задержки поставок микросхем и более длительные сроки отгрузок. Большинство также ожидает, что цены на чипы вырастут в ближайшие 18 месяцев.
Среди наиболее проблемных частей — микроконтроллеры (MCU), задержки которых достигают 50 недель. Спрос на MCU также превысил предложение, что привело к резкому росту цен. Согласно опросу, респонденты заявили, что цены MCU были «более чем в 10 и даже 20 раз выше, чем до пандемии».
Опрос Министерства торговли США, проведенный в январе, также показал, что нехватка микроконтроллеров наносит удар по критически важным отраслям, поскольку мешает развитию медицинских устройств, широкополосного оборудования и автомобилей. Нехватка была в основном в микроконтроллерах, сделанных на устаревших узлах от 40 до 250 нм.
В результате затронуты оказались практически все сектора: не только премиум-сегменты, ориентированные на сверхпродвинутые технологические процессы, но и производства, обеспечивающие самые простые базовые производственные и потребительские нужды.
Ну, а в остальном остаётся ждать и надеяться — как на частную инициативу, так и на большие государственные деньги. Что-то из этого да должно сработать.
Может быть, вопрос решился бы и быстрее, но из-за антикитайской кампании в США Пекин оказался отрезан от легального использования многих технологий. Сейчас их компании даже не могут официально купить патенты и техническую документацию на фотолитографическое оборудование и наладить его производство в том же Шэньчжене.
Так вот специфично устроен современный мир.
