Jeden z najważniejszych dziś globalnych wyścigów, to ten o kontrolę nad półprzewodnikami

Półprzewodniki stały się ważniejsze niż kiedykolwiek w przeszłości. Zaczął się geopolityczny wyścig o światowe przywództwo w produkcji tych mikroskopijnych komponentów.

Nowe złoto świata – półprzewodniki

Półprzewodniki są czwartym najczęściej sprzedawanym produktem na świecie po ropie naftowej, ropie rafinowanej i samochodach. Wartość handlowa gotowych produktów (z uwzględnieniem całego łańcucha wartości potrzebnego do ich produkcji), których integralną częścią są półprzewodniki, osiągnęła w 2019 r. 1,7 biliona dolarów – cztery razy więcej, niż wynosi wartość globalnego rynku samych półprzewodników. Żadna inna branża nie charakteryzuje się taką intensywnością w zakresie badań i rozwoju – pochłaniają one około 90 miliardów dolarów, co odpowiada 22 proc. rocznej sprzedaży. Dla porównania – w sektorze farmaceutycznym nakłady na badania i rozwój stanowią 21 proc. rocznych obrotów.

Żaden region nie jest w stanie prowadzić całości produkcji półprzewodników na swoim terytorium i być w tym zakresie samowystarczalny. Łańcuch wartości w tej dziedzinie charakteryzuje się głębokimi współzależnościami pomiędzy Stanami Zjednoczonymi, Tajwanem, Koreą Południową, Japonią, Europą i Chinami. Każdy z tych regionów specjalizuje się w różnych etapach procesu produkcji i jest zależny od konkretnych dostawców elementów. Dzięki porozumieniu o technologii informacyjnej Światowej Organizacji Handlu (wcielonym w życie w 1997 r.) wszystkie produkty, materiały i narzędzia związane z produkcją półprzewodników podlegają jednej z najniższych taryf w handlu światowym. Dzięki temu mogą być one swobodnie transportowane po całym świecie i trafiać do miejsca optymalnego dla każdej z faz produkcji. Lokalne łańcuchy dostaw odnotowują ogólny wzrost cen półprzewodników o 35–65 proc.

Choć podział na specjalizacje geograficzne przynosi niezaprzeczalne korzyści ekonomiczne, niesie ze sobą również pewne zagrożenia. W łańcuchu wartości możemy zaobserwować bowiem ponad 50 etapów lub procesów technologicznych, z czego 65 proc. z nich odbywa się w jednym regionie.

W związku z tym, jeśli jeden z tych punktów kontrolnych dotknęłaby np. klęska żywiołowa, cały proces zaopatrzeniowy chipów zostałby fundamentalnie zakłócony. Gdzie znajdują się te punkty kontrolne i w jaki sposób są wykorzystywane? Jakie są ekonomiczne konsekwencje obecnego deficytu półprzewodników i jakich scenariuszy przyszłości możemy się spodziewać?

Główne punkty kontrolne

Proces produkcji półprzewodników składa się z trzech głównych etapów: projektowania, wytwarzania oraz montażu i testowania, każdy z nich zdominowany jest regionalnymi monopolami. Opracowanie nowoczesnego chipa wymaga zaawansowanych narzędzi projektowych, zwanych oprogramowaniem do automatyzacji projektowania elektronicznego (EDA). 85 proc. udziałów w narzędziach EDA koncentruje się wokół trzech amerykańskich firm: Cadence Design Systems, Synopsys i Mentor. Dzięki temu Stany Zjednoczone były w stanie ograniczyć możliwości firmy Huawei, nakładając na nią kontrolę eksportu w celu zablokowania dostępu do amerykańskiego oprogramowania EDA.

Gotowy projekt chipa jest wysyłany do fabryki półprzewodników, gdzie rozpoczyna się proces produkcyjny. Cały proces składa się z 400–1400 etapów, które wymagają od 12 do 20 tygodni, potrzebnych jest przy tym 300 różnych komponentów, głównie chemicznych. Najważniejszymi dostawcami chemikaliów są japońskie firmy Shin-Etsu i Sumco, odgrywające kluczową rolę w łańcuchu wartości półprzewodników. Rząd japoński wykorzystał tę zależność w lipcu 2019 r., wprowadzając ograniczenia w eksporcie tych produktów do Korei.

Do produkcji niezbędne są zaawansowane i precyzyjne maszyny – jest ich ponad 50 rodzajów. Firmy amerykańskie mają ponad 50 proc. udziałów w światowym rynku pięciu z tych urządzeń, podczas gdy europejska ASML (z siedzibą w Holandii) ma 100 proc. udziałów w światowym rynku skanerów extreme ultra-violet (EUV), niezbędnych do produkcji chipów o rozmiarach poniżej 7 nanometrów.

Wyścig w produkcji coraz mniejszych tranzystorów i coraz wydajniejszych chipów sprawia, że rosną ceny urządzeń produkcyjnych, stanowiących obecnie 80 proc. kosztów większości nowoczesnych fabryk. Fabryka półprzewodników wymaga 5–20 miliardów dolarów nakładów inwestycyjnych. Nic dziwnego, że dzisiejszy rynek jest tak silnie skoncentrowany – około 75 proc. mocy produkcyjnej półprzewodników skupia się wokół Chin i Azji Wschodniej, a pięć firm odpowiada za 53 proc. produkcji. Co więcej, cała światowa zdolność produkcyjna półprzewodników poniżej 10 nanometrów znajduje się obecnie tylko w dwóch krajach – w Korei Południowej (8 proc.) i na Tajwanie (92 proc.).

Firmy montażowe i testujące ze względu na niższą kapitałochłonność są usytuowane głównie w krajach Azji Wschodniej i Południowo-Wschodniej, gdzie płace dla wykwalifikowanej siły roboczej są do 80 proc. niższe niż w USA. W związku z tym 9 z 10 największych firm pod względem przychodów ma siedzibę w Chinach, Singapurze lub na Tajwanie.

Konsekwencje globalnego deficytu półprzewodników

Półprzewodniki stają się coraz mniejsze – postęp technologiczny idzie w parze z rosnącym znaczeniem światowego przemysłu wytwórczego. Duża część światowego rynku chipów (około 3/5) to laptopy i smartfony, podczas gdy samochody i inne pojazdy stanowią 10 proc. światowego popytu na takie komponenty. Należy wziąć pod uwagę, że półprzewodniki – choć wydają się niepozorne – szybko stają się podstawowymi elementami w dzisiejszych samochodach, szczególnie w układach elektrycznych pojazdów, systemach bezpieczeństwa i łączności. Zapotrzebowanie na półprzewodniki jest jeszcze większe w przypadku samochodów elektrycznych. Okazuje się, że w związku z transformacją energetyczną, która coraz bardziej skłania rynek do produkcji i sprzedaży pojazdów elektrycznych, potrzeby producentów samochodów będą rosły.

W wyniku obostrzeń nałożonych w związku z pandemią COVID-19 globalna podaż półprzewodników się zmniejszyła. Można to wyjaśnić różnymi czynnikami: rosnącym popytem na artykuły elektroniczne (szczególnie komputery osobiste niezbędne do pracy w domu), szybkim odrodzeniem się sektora produkcji samochodów, który determinował szczyt popytu na komponenty, awariami zasilania w kluczowych zakładach produkcyjnych w Teksasie, co zeszłej zimy zakłóciło całe segmenty łańcucha dostaw chipów, a także (tymczasowymi) zatorami, takimi jak blokada Kanału Sueskiego przez kontenerowiec Ever Given. Gwałtowny wzrost popytu na półprzewodniki przy jednoczesnych ograniczeniach podaży może mieć znaczący wpływ na produkcję samochodów, co dotknie najbardziej Stany Zjednoczone i Europę Zachodnią, które zaobserwują spadek produkcji od 2 do nawet 6 proc.

Ten spadek w przemyśle samochodowym przyniósłby konsekwencje na poziomie makro: na przykład Goldman Sachs oszacowało, że PKB Stanów Zjednoczonych może w wyniku deficytu półprzewodników odnotować spadek o 0,5 proc. Z powodu złożoności globalnego łańcucha dostaw chipów negatywny wpływ na wzrost może mieć skutki międzynarodowe, a tym samym utrudnić globalne wychodzenie z kryzysu.

Równolegle z ograniczeniem wzrostu gospodarczego deficyt półprzewodników może również zwiększyć ogólną inflację, która już rośnie (szczególnie w USA i Chinach) w wyniku trwającego ożywienia gospodarczego. Chociaż gwałtowny wzrost wskaźników cen jest dość mało prawdopodobny w najbliższej przyszłości (jeśli się uwzględni ostrożną politykę monetarną i odpowiedni nadzór kluczowych banków centralnych), niedopasowanie popytu i podaży może przyczynić się do powstania destabilizacji gospodarczej w trwającej obecnie fazie ożywienia.

Jak rozwiązać bieżące problemy i zapobiec przyszłej globalnej rywalizacji o chipy

Strategiczne znaczenie półprzewodników prawdopodobnie doprowadzi do geopolitycznego wyścigu o światowe przywództwo w produkcji tych mikroskopijnych komponentów. Unia Europejska dała już do zrozumienia, że do 2030 r. zamierza zwiększyć swój wkład w produkcję chipów w ramach tak zwanego „cyfrowego kompasu”. Wiąże się to z przyjęciem strategii, która obejmie zarówno wsparcie i rozwój technologii, jak i zwiększenie zdolności produkcyjnych. Stany Zjednoczone dążą w podobnym kierunku, zawierając umowy na szczeblu międzynarodowym z kluczowymi partnerami przemysłowymi, takimi jak Korea Południowa, w celu ograniczenia Chin.

Biorąc jednak pod uwagę złożoność owego łańcucha dostaw (pozyskiwanie surowców, wiele wymagających etapów pośrednich), fragmentaryzacja nie wydaje się odpowiednim wyjściem. W ciągu następnej dekady światowy przemysł chipów będzie potrzebował dodatkowych 3 bilionów dolarów inwestycji w same badania i rozwój, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu. 

Aby zapewnić odpowiednie środki finansowe, technologię i know-how, kluczowa, przynajmniej do pewnego stopnia, pozostanie współpraca międzynarodowa. Być może zaobserwujemy nowe sojusze i partnerstwa zbudowane wokół globalnego poszukiwania czegoś, co jest prawie niewidoczne, ale jakże istotne w naszym codziennym życiu.

Davide Tentori 
Alberto Guidi

Tekst ukazał się pierwotnie we „Wszystko co Najważniejsze”. Przedruk za zgodą redakcji.