Мікрочіпи як привід для ІІІ світової війни
14.08.2022   //   14 Переглядів

Чому світ залежить від тайванських напівпровідників та чому це так важливо – «Ліга антитрасту» зібрала дані.

Короткий зміст:

  1. Мікронафта ХХІ сторіччя
  2. Все почалось зі сніданку у Тайбеї
  3. США зкотились з лідера у доганяючі
  4. Проблеми з кваліфікованими робітниками в Арізоні
  5. Чіпи як інструмент стримування КНР
  6. Японія та ідеї глобального партнерства
  7. Євросоюз працює над законодавством
  8. До яких проблем може привести збій поставок

 

Під час свого бурхливого туру Тайванем Ненсі Пелосі говорила не лише про геополітику з лідерами азіатської країни, але й про бізнес у найдорожчій компанії острова, виробника напівпровідників «Taiwan Semiconductor Manufacturing Company» (TSMC). Зустріч спікера Палати представників Конгресу США з головою TSMC Марком Лю підкреслила величезну технологічну вагу компанії у світовій економіці.

Мікронафта ХХІ сторіччя

Напівпровідники, крихітні комп’ютерні чіпи часто називають «нафтою» 21 століття. На них працює все: від смартфонів до супутників і систем протиракетної оборони.

Мікросхеми, або інтегральні схеми, почали замінювати громіздкі транзистори наприкінці 1950-х рр. Багато з цих крихітних компонентів виготовляються на одній частині кремнію та з’єднуються разом, щоб працювати разом. Отримані чіпи зберігають дані, посилюють радіосигнали та виконують інші операції.

Вони виготовляються на гігантських, надзвичайно чистих фабриках, які можуть бути семиповерховими та довжиною в чотири футбольні поля.

Невидима для людського ока порошинка може пошкодити один із цих мікропроцесорів. Ось чому фабрики мають бути чистішими, ніж лікарняна операційна, і потребують складних систем для фільтрації повітря та регулювання температури та вологості. Ці фабрики також повинні бути стійкі до майже будь-якої вібрації, що може призвести до дорогих поломок обладнання.

Передове виробництво чіпів є одним із найскладніших виробничих процесів. Виготовлення мікросхем займає три-чотири місяці та понад тисячу виробничих процесів. Це має бути зроблено в незайманому середовищі та вимагає точного обладнання, яке маніпулює частинками на субатомних рівнях.

Тайвань домінує у виробництві чіпів, на яких працюють майже всі передові цивільні та військові технології. «Taiwan Semiconductor Manufacturing Company» (TSMC) займає 53% світового ринку чіпів. Інші тайванські виробники ще близько 10%.

Відповідно до квітневого звіту Boston Consulting та Асоціації напівпровідникової промисловості, на Тайвань припадає 92% найсучасніших у світі потужностей з виробництва напівпровідників. Південній Кореї належить решта 8%.

Найдосконаліші чіпи, які мають вирішальне значення в американсько-китайській гонці озброєнь (10 нанометрів та менші) – сектор, де домінує Тайвань. Ці крихітні пристрої містять мільярди електронних компонентів  на площі всього кілька квадратних міліметрів.

Свого часу американській компанії Intel вдалося зменшити транзистори в своїх мікропроцесорах до карколомних розмірів. Але її суперник TSMC може виробляти ще менші компоненти. Це є основною причиною, чому Apple вибрала тайванців для виробництва чіпів для останніх iPhone.

Все почалось зі сніданку у Тайбеї

Згідно з даними Науково-дослідного інституту промислових технологій острова, зростання Тайваню як потужності з виробництва чіпів бере свій початок із сніданку на початку 1974 року.

Морріс Чанг (ліворуч)

Тоді за сніданком в кафе в центрі Тайбея керівник провідної американської технологічної компанії Radio Corporation of America (RCA) обговорював з тайванськими офіційними особами сміливу ідею: побудувати на острові напівпровідникову промисловість з нуля.

Тайбей уклав угоду про передачу технологій з RCA та відправив туди працювати інженерів.

«Тоді ніхто не здогадувався, що ці технології стануть такими важливими», — сказав Чень Лян Гі, який обіймав посаду міністра науки і технологій Тайваню до травня 2020 року.

У 1985 році інженера китайського походження Морріса Чанга, який мав 25-річний стаж в іншій американській напівпровідниковій компанії Texas Instruments Inc, було прийнято на посаду керівника технологічного розвитку на Тайвані.

У 1987 році Чанг заснував компанію TSMC, головним акціонером якої був уряд Тайваню.

Чанг прийняв рішення, яке змінило світову індустрію: він вирішив, що TSMC буде чистим виробництвом, яке виготовлятиме мікросхеми для інших компаній. Надходили замовлення від західних виробників, які хотіли зосередитися на дизайні та скоротити витрати.

Глибока економічна взаємозалежність між націями Європи не змогла запобігти війні в 1914 році, сказав генерал-лейтенант Корпусу морської піхоти США у відставці Воллес Грегсон, колишній помічник міністра оборони в адміністрації Обами. Незважаючи на те, що напівпровідникова промисловість є «дуже корисною» для безпеки острова, сказав Грегсон, сумнівно, чи це запобіжить конфлікту, коли «пси війни зірвуться»

США зкотились з лідера у доганяючі

Сектор напівпровідників США залишається домінуючим у багатьох відношеннях завдяки своєму лідерству в дослідженнях, розробках і дизайні.

Але Америка значною мірою передала виробництво передових чіпів, переважно на Тайвань. Частка США у світовому виробництві напівпровідників впала з 37% у 1990 році до 12% сьогодні.

Крім того, федеральні інвестиції в дослідження та розробки мікросхем залишаються незмінними у відсотках від ВВП, тоді як інші країни інвестували значні кошти, оскільки вони бачили стратегічний характер галузі.

Вважається, що американці втратили інтерес до виробництва мікросхем (з деякими винятками), оскільки було набагато вигідніше розробити їх і дозволити комусь іншому зробити справді важку роботу з їх створення.

У 100-денному звіті про огляд ланцюгів поставок адміністрації Байдена говориться:

«Сполучені Штати сильно залежать від однієї компанії – TSMC – у виробництві передових чіпів».

Той факт, що лише TSMC і Samsung (Південна Корея) можуть виробляти найдосконаліші напівпровідники (розміром 5 нм), «ставить під загрозу здатність забезпечувати поточну та майбутню національну безпеку [США] та потреби критичної інфраструктури»

Це означає, що довгострокова мета Китаю щодо возз’єднання з Тайванем зараз більше загрожує інтересам США.

У Шанхайському комюніке 1971 року та Акті про відносини з Тайванем 1979 року США визнали, що люди як у материковому Китаї, так і на Тайвані вірять, що існує «Єдиний Китай» і що вони обидва належать до нього.

Але для США неможливо уявити, що одного дня TSMC може опинитися на території, контрольованій Пекіном.

В одній із найчіткіших заяв адміністрації Байдена про необхідність протистояти нападу Китаю на Тайвань високопосадовець Пентагону  8 грудня заявив Комітету із закордонних справ Сенату, що напівпровідники на острові є ключовою причиною, чому безпека Тайваню «настільки важлива для Сполучених Штатів».

Головне занепокоєння США полягає в тому, що вони втрачають позиції в гонці за використання штучного інтелекту в озброєнні. Штучний інтелект дозволяє машинам перевершувати людей у вирішенні проблем і прийнятті рішень. Очікується, що це революціонізує військові дії, і це залежить від напівпровідників.

У минулорічному звіті Конгресу двопартійна Комісія національної безпеки зі штучного інтелекту попередила , що загроза TSMC виявила кричущу вразливість. Тайвань виробляв «переважну більшість передових чіпів» недалеко від «головного стратегічного конкурента» Америки, йдеться у звіті.

«Якщо потенційний супротивник перевершить Сполучені Штати в напівпровідниках у довгостроковій перспективі або раптово повністю закриє доступ США до передових чіпів, він може взяти верх у всіх сферах війни».

З цієї причини США намагалися залучити TSMC до США, щоб збільшити внутрішні потужності виробництва мікросхем.

Проблеми з кваліфікованими робітниками в Арізоні

Будівництво тайванського заводу в Арізоні

У 2021 році за підтримки адміністрації Байдена компанія купила ділянку в Арізоні, на якій побудує завод у США. Запуск заводу планується у 2024 році.

Але складно знайти в Арізоні людей з такими ж навичками та трудовою етикою, як і на заводі компанії в Сіньчжу, сказав засновник компанії Морріс Чанг на симпозіумі минулого року.

Однією з найбільших перешкод для виробництва чіпів у Сполучених Штатах є брак досвідчених працівників. Facebook і Google платять астрономічно вищі зарплати, ніж у промисловості виробництва мікросхем.

Згідно зі звітом Центру безпеки та нових технологій, якщо американська напівпровідникова промисловість розшириться, як очікується, після прийняття Закону про чіпи, найближчим часом знадобиться близько 13 000 нових інженерів і розробників програмного забезпечення, а близько 3500 посад можуть залишитися незаповненими.

Частково причиною такого розриву в навичках є те, що люди в Сполучених Штатах, які вже працюють у напівпровідниковій промисловості, як правило, мають досвід проектування чіпів, а не їх виробництва. Протягом багатьох років багато американських компаній замовляли мікросхеми у контрактних виробників за кордоном, наприклад у TSMC, замість того, щоб розпочати надзвичайно дорогий процес самостійного виробництва, тестування та збірки мікросхем.

Фабрика в Аризоні не буде першою для тайванців на території Америки. TSMC вже налагодила виробництво кремнієвих пластин на західному узбережжі США, а також центр розробки та дослідження мікросхем у Техасі.

Південнокорейська компанія Samsung Electronics Co. також має намір побудувати підприємство в Остіні, штат Техас, вартістю 10 мільярдів доларів.

Титан Кремнієвої долини Intel, який прагне відновити своє колишнє лідерство в технологіях виробництва мікросхем, раніше цього року вже зробив ставку у 20 мільярдів доларів, щоб зменшити дефіцит. Компанія будує два заводи у своєму комплексі з виробництва мікросхем у Чандлері, штат Арізона, на будівництво якого знадобиться три роки, і нещодавно оголосила про плани потенційно більшого розширення з новими локаціями в Нью-Олбані, штат Огайо, і Магдебурзі, Німеччина.

Президент Байден днями підписав Закон про чіпи, який надає субсидії на 52 мільярди доларів для підтримки виробництва напівпровідників у США.

Але згідно з Законом, компанії отримають фінансування лише якщо погодяться не виробляти передові напівпровідники для китайських компаній.

Це означає, що TSMC та іншим, можливо, доведеться вибирати між веденням бізнесу з Китаєм та США, оскільки витрати на виробництво в США вважаються занадто високими без державних субсидій.

Усе це є частиною ширшої «технічної війни» між США та Китаєм, у якій США прагнуть стримати технологічний розвиток Китаю та перешкодити йому виконувати роль світового технологічного лідера.

У 2020 році адміністрація Трампа запровадила нищівні санкції проти китайського технологічного гіганта Huawei, які мали на меті відірвати компанію від TSMC, від якої вона залежала у виробництві високоякісних напівпровідників, необхідних для її бізнесу інфраструктури 5G.

Чіпи як інструмент стримування КНР

Александер Герлах, експерт з Китаю з Оксфордського університету, каже, що, ймовірно, немає іншої країни у світі, яка б робила більше для досягнення технологічного домінування, ніж Китай.

«Китай дуже зацікавлений в отриманні доступу до тайваньського ноу-хау у виробництві мікросхем, оскільки воно ідеально відповідатиме власним величезним родовищам рідкоземельних мінералів у Китаї», —сказав він приватній німецькій телестанції Welt.

«Ось чому такі країни, як Німеччина та США, не повинні залишатися осторонь, коли Народна Республіка намагається захопити Тайвань. Жоден автомобіль більше не буде сходити з конвеєра, якщо Тайвань припинить поставки своїх мікрочіпів».

Пекін також витрачає значні кошти на галузь, але його індустрія чіпів відстає від Тайваню приблизно на десять років у багатьох ключових сферах. Аналітики кажуть, що цей розрив, як очікується, збільшиться в наступні роки.

Відповідно до звіту Дослідницької служби Конгресу за жовтень 2020 року, на Китай припадає 60% світового попиту на напівпровідники.

Понад 90% напівпровідників, які використовуються в Китаї, імпортуються або виробляються іноземними постачальниками, йдеться у звіті.

Під керівництвом Сі Китай поставив собі за мету самодостатність у виробництві передових чіпів, що дехто назвав «великим напівпровідниковим стрибком вперед».

Китай у своєму п’ятирічному плані, представленому в жовтні минулого року, спрямовував допомогу  індустрії чіпів та іншим ключовим технологіям на суму 1,4 трильйона доларів до 2025 року.

Тайвань – не єдина перешкода для бачення Сі. Діють також два інші чинники: зусилля під керівництвом США обмежити передачу технологій Китаю та суцільна складність виготовлення передових напівпровідників.

Америка та її союзники десятиліттями встановлювали Китаю бар’єри, пов’язані з технологією чіпів, здебільшого з метою стримування розвитку Пекіном передової зброї.

Сполучені Штати ведуть перелік конкретних технологій мікросхем, для експорту яких потрібна ліцензія, і обмежують експорт технологій провідним китайським виробником мікросхем «Semiconductor Manufacturing International Corporation» (SMIC).

Обмеження налаштовані на блокування елементів, необхідних для виробництва передових мікросхем розміром 10 нм або менше. Поки що Китай в основному виробляє чіпи нижчого класу для побутової електроніки.

Ключовий інструмент у цій стратегії стримування – Вассенаарська угода, добровільна угода між 42 країнами щодо стримування поширення технологій «подвійного використання» (як комерційного, так і військового застосування), за якою Вашингтон і його союзники гармонізували контроль над потоком чіп-технологій до Китаю.

Найбільш істотне обмеження стосується обладнання, яке використовує ультрафіолетові промені (EUV). Це світло генерується лазерами та фокусується дзеркалами для створення надтонких схем на кремнієвих пластинах. EUV знаходиться на передньому краї виробництва напівпровідників. Це дозволяє виробникам мікросхем створювати швидші та потужніші мікропроцесори та мікросхеми.

За словами Кевіна Вольфа, колишнього помічника міністра торгівлі в адміністрації Обами, обмеження EUV спрямовані на блокування зусиль Китаю з виробництва 5-нанометрових мікросхем – сучасного рівня техніки – або навіть більш просунутих напівпровідників, які зараз розробляються.

Для економістів Китаю незалежність напівпровідників є головним пріоритетом. Метою є те, що називається «замкнутим циклом», кажуть аналітики, з вітчизняними компаніями, відповідальними за весь сектор: сировину, розробку, дизайн мікросхем, виробництво та збірку.

Це величезний виклик для будь-якої економіки, оскільки існуючий глобальний ланцюжок постачання чіпів дуже складний – включає сотні матеріалів і хімікатів, понад 50 типів високотехнологічного обладнання та тисячі постачальників у Європі, Північній Америці та Азії.

Наприклад, «ASML Holding NV» з Нідерландів має монополію на машини, необхідні для виготовлення найкращих мікросхем, Японія є ключовим постачальником обладнання, хімікатів і пластин.

У минулорічному звіті адміністрації Байдена про вразливість ланцюга постачання США повідомлялося, що Пекін спрямував 100 мільярдів доларів на субсидії своїй індустрії мікросхем, включаючи розробку 60 нових заводів. Однак частина цих витрат уже призвела до величезних втрат через хвилю банкрутств, невиплат кредитів і залишених проектів.

«Гра в напівпровідники — це довга гра; справа не в створенні фабрик, а в тому, хто може впроваджувати інновації та розвивати талант», — каже Джейсон Хсу, який був представником технологічної індустрії в законодавчому органі Тайваню.

Китай також стикається з дефіцитом талантів. Він найняв інженерів і техніків з Тайваню, Південної Кореї та Америки. Але ці зусилля ще не призвели до серйозних проривів. Такі компанії, як TSMC, мають величезні команди спеціалістів для широкого спектру процесів. За словами керівників галузі, браконьєрство окремих експертів може принести лише обмежені прибутки.

Є також припущення, що Пекін може вдатися до крадіжки чипів, і Тайвань у центрі цих зусиль.

Тайванська фірма  з кібербезпеки TeamT5  спостерігає постійне зростання кількості атак на індустрію чіпів на острові, що відповідає посиленню експортного контролю США щодо Китаю. Хоча не завжди можливо дізнатися, чи це китайські державні суб’єкти, «усі вони атакують тайванську напівпровідникову промисловість», вказує Шуй Лі, аналітик кіберзагроз T5.

Колега-аналітик Лінда Куо сказала, що уряд Тайваню був стурбований  атакою програм-вимагачів на TSMC  у 2018 році та оголосив про плани виділити близько 500 мільйонів доларів, щоб допомогти галузі краще зрозуміти проблеми кібербезпеки.

Японія та ідеї глобального партнерства

Колись Японія виробляла більше половини світових поставок напівпровідників, які використовували калькулятори Toshiba та консолі Nintendo, але її частка ринку впала приблизно до 10 відсотків, оскільки глобалізація змусила компанії в багатих країнах укладати контракти на виробництво мікросхем за кордоном.

Такі фірми, як TSMC, які спеціалізувалися на виготовленні чіпів на замовлення та отримували достатню державну підтримку, накопичили достатньо клієнтів, щоб досягти ефекту масштабу, який позбавив сенсу для компаній у Японії та інших країнах продовжувати виробництво чіпів самостійно.

Японія все ще лідирує на ринку деяких продуктів, необхідних для виробництва напівпровідників, включаючи спеціальні хімічні речовини та кремнієві пластини. Країна також має майже монополію на деякі вузькоспеціалізовані інструменти, які використовуються у виробничому процесі.

Зараз, щоб збільшити виробництво, уряд Японії інвестує мільярди доларів у свою вітчизняну індустрію мікросхем і надає величезні субсидії для спільних підприємств із компаніями з Тайваню, найважливішого постачальника напівпровідників, і зі Сполучених Штатів. Дослідницька група підрахувала, що успіх вимагатиме інвестицій у розмірі щонайменше 78 мільярдів доларів.

Порушуючи свій минулий економічний націоналізм, Токіо також прагне сформувати коаліцію з такими союзниками, як Сполучені Штати та Європейський Союз, щоб побудувати ланцюжок постачання напівпровідників, який є менш географічно сконцентрованим і тому краще ізольованим від катастроф і геополітичної нестабільності.

Останній крок був зроблений цього місяця, коли Японія та Сполучені Штати оголосили, що вони створять спільний дослідницький центр із передових напівпровідників, який буде відкритий для інших «однодумців».

Незалежно від того, чи буде це економічно життєздатним, Японія вважає, що не має іншого вибору, окрім як спробувати.

Фабрика, яка першою отримала державну підтримку в рамках нової ініціативи, є спільним інвестуванням TSMC і двох великих японських компаній Sony і Denso, які постачають запчастини для Toyota.

Це буде найдосконаліша виробнича потужність у Японії, хоча й поступатиметься провідним заводам світу. Виробництво планується розпочати до кінця 2024 року.

Очікується, що нова фабрика забезпечить роботу понад 1700 працівників у регіоні, 300 із яких приїдуть із Тайваню. Університети в регіоні готуються підготувати сотні нових інженерів для забезпечення промисловості.

Але нове підприємство навіть й близько не зможе задовольнити бездонний попит на чіпи з боку найбільших промислових підприємств Японії. Очікується, що підприємство TSMC вироблятиме від 50 000 до 60 000 мікросхем на місяць. В одному транспортному засобі можуть бути сотні напівпровідників, а лише одна Toyota минулого року виготовила майже 8,6 млн. автомобілів у всьому світі.

Проте японські офіційні особи сподіваються, що інвестиції TSMC послужать початком розвитку екосистеми, яка одного разу може служити страховим полісом від збоїв у ланцюзі поставок.

Виробництво напівпровідників є одним із найскладніших промислових процесів у світі, і жодна країна не має можливості зробити цей процес повністю внутрішнім.

Прем’єр-міністр Фуміо Кісіда зробив глобальні зв’язки пріоритетом під час останніх переговорів зі своїми колегами в Сполучених Штатах і Європейському Союзі.

Зусилля Японії, Сполучених Штатів та їхніх союзників створюють «новий геополітичний ландшафт», сказав Патрік Чен, керівник відділу досліджень CLST, дочірньої компанії брокерського дому CLSA.

Щодо торгівлі загалом, але особливо для напівпровідників, «світ ділиться на два табори», сказав він. «Панамериканські союзники — це, очевидно, включає Японію, Корею та Тайвань — і, з іншого боку, ми маємо таких, як Китай, Росія і, можливо, Північна Корея».

 «Ера, коли у світі панував мир і неважливо, хто постачає наші напівпровідники, закінчилася», — сказав в інтерв’ю Казумі Нісікава, директор Міністерства економіки, торгівлі та промисловості Японії.

Євросоюз працює над законодавством

Європейський Союз також працює над законодавством, яке намагається зміцнити індустрію виробництва мікросхем на континенті. Його Закон про європейські мікросхеми включатиме субсидії на суму 43 мільярди євро, спрямовані на збільшення виробництва європейських мікросхем з нинішніх 10% світового ринку до 20% до 2030 року.

​​До яких проблем може привести збій поставок

Дефіцит напівпровідників під час пандемії призвів до зупинки деяких конвеєрів для збирання автомобілів і залишив демонстраційні зали побутової техніки пустими, що дало уявлення про те, що станеться з економікою, якщо ці мікросхеми колись закінчаться.

Дефіцит був спричинений зміною моделей попиту, спричиненою пандемією.

Тривалі локдауни збільшили поставки електроніки з мікросхемами споживачам, які залишалися вдома та потребували нових ПК для дистанційної роботи та навчання.

Тим часом спалахи коронавірусу призвели до зупинки виробництва мікросхем.

Весною 2021 року, коли попит на нові автомобілі почав стрімко зростати і споживачі з заощадженнями, накопиченими під час пандемії, кинулися до дилерських центрів один автовиробник за іншим припиняли виробництво, чекаючи на імпорт критичного компонента: напівпровідників.

Наприклад, японський Nissan передбачав скорочення виробництва на півмільйона автомобілів.

Cпоживчі товари та промислове обладнання, часто покладаються на низькотехнологічні чіпи, подібні до тих, які сповільнювали виробництво автомобільних компаній. Низька норма прибутку означає, що багато виробників не бажали інвестувати в заводи, які виробляють ці мікросхеми. Тож раптові стрибки попиту створили велике навантаження на весь ланцюг.

Ланцюжок постачання найсучасніших чіпів, подібних до тих, які виробляє TSMC, не кращий. Виробництво новітнього п’яти- або семинанометрового чіпа потребує мільярдів доларів інвестицій у спеціалізовані заводи та висококваліфікованої робочої сили. Як наслідок, існує відносно небагато об’єктів, які їх виготовляють. Якщо один із цих заводів вимкнеться, як це сталося минулого року з Samsung в Остіні протягом кількох тижнів після збою електромережі в Техасі, можливо, не буде іншого заводу, який зможе закрити попит.

За допомогою глобалізації та інформаційних технологій компанії можуть розбивати виробництво навіть найпростіших чіпів на десятки етапів і делегувати кожен етап найдешевшому постачальнику. Замість того, щоб володіти всім процесом виробництва окремих чіпів, кожна компанія та фабрика конкурують у всьому світі на кожному етапі виробництва. Багато заводів і компаній були або вигнані з бізнесу, або перетворені в гігантські фірми, такі як Intel.

Ця динаміка — дедалі менше компаній, які беруть участь у жорсткій міжнародній конкуренції — призвела до надмірно дорогих інвестицій у надійні ланцюги поставок. Якщо дві фірми виробляють один і той самий чіп, більш «ефективна» фірма — та, яка зосереджена на максимізації віддачі від кожного інвестованого долара, а не на тому, щоб гарантувати, що виробництво не буде перервано — вижене іншу з бізнесу.

Але яка користь від такої надефективної, надекономічної фабрики, якщо, скажімо, стихійне лихо або бойові дії виведуть її з ладу, а резервного запасу мікросхем, які вона виробляє, немає? У 2011 році Toyota перевірила це на собі після того, як землетрус у Тохоку пошкодив ключову фабрику мікросхем, що належить Renesas.

 

Агія Загребельська, Володимир Ахундов