Czas oczekiwania na nową konsolę PlayStation
Powyższe przykłady to nie tylko drobne niedogodności. Globalny niedobór półprzewodników w 2021 r. sieje spustoszenie w wielu gałęziach przemysłu, grożąc wykolejeniem kruchego, globalnego ożywienia gospodarczego.
Podczas gdy politycy od Waszyngtonu po Pekin dyskutują o tym, jak wzmocnić krajowe dostawy, odlewnie półprzewodników uginają się pod masą zaległych zamówień, a końca kryzysu wydaje się nie widać.
W centrum tego problemu znajduje się jedno proste pytanie: dlaczego nie możemy zbudować więcej fabryk, aby produkować więcej chipów?
Prawdopodobnie z tego samego powodu, dla którego nie budujemy często nowych stacji kosmicznych. Fabryki półprzewodników zasilane są najnowocześniejszą technologią przemysłową, dlatego ich budowa jest, delikatnie mówiąc, kapitałochłonną inwestycją.
Same zakłady produkcyjne są o strukturze plastra miodu z komorami tak czystymi, że nie powstydziłyby się ich amerykańskie Centra Kontroli i Prewencji Chorób. Roboty wiją się po suficie, podczas gdy impulsy ekstremalnego światła ultrafioletowego mrugają w hermetycznych granicach maszyn wartych wiele milionów dolarów.
Jednak w przeciwieństwie do stacji kosmicznych, zakłady produkcyjne chipów mają okres przydatności tylko do pięciu lat. Prawo Moore'a mówi, że liczba tranzystorów - maleńkich przełączników, które przenoszą impulsy elektryczne przez płytkę drukowaną - musi podwajać się co dwa lata.
Fakty to potwierdzają. W 2017 r. flagowy procesor Intela
Zgodnie z prawem Moore'a, mniej więcej cztery lata później, w 2020 roku, Apple
Dla firm produkujących półprzewodniki te skoki w technologii co dwa lata oznaczają niemal automatyczne starzenie się. Za każdym razem, gdy branża przyjmuje nowy standard, czy to pod względem liczby tranzystorów, czy rozmiaru układów, firmy półprzewodnikowe muszą aktualizować każdy element w łańcuchu dostaw półprzewodników, aby nadążyć. Jednocześnie firmy te muszą opracowywać zupełnie nowe procesy umożliwiające upchanie coraz większej liczby tranzystorów na coraz mniejszych powierzchniach.
W zeszłym roku Intel odkrył, jak wysokie są koszty nienadążania za resztą branży po opóźnieniu premiery swoich 7-nanometrowych procesorów nowej generacji. Od tego czasu znaczenie Intela zmalało, a firma została zmuszona do scedowania części swojego udziału w rynku na takich rywali jak AMD
Wytwarzanie tych elektronicznych mózgów wymaga również niezwykłej staranności. Odlewnie chipów muszą pracować z komponentami mniejszymi niż najmniejszy znany człowiekowi wirus. Pojedyncza, nieokiełznana cząsteczka kurzu może zrujnować cały cykl produkcyjny, powodując straty w milionach. Dlatego ludzkie ręce nigdy nie dotykają płytek krzemowych podczas ich produkcji. Zamiast tego poruszają się one po taśmociągach, bezpiecznie zamknięte w hermetycznych kasetach, dostarczane za pomocą niewidzialnych rąk z jednego etapu procesu produkcyjnego do następnego.
Proces ten wymaga ponad 59 urządzeń, z których każde kosztuje prawdopodobnie kilka milionów dolarów.
Produkcję półprzewodników można porównań do wywoływania zdjęć w ciemni. Płytka krzemowa pokryty warstwą fotorezystu zachowuje się jak papier fotograficzny. Wzór gotowej płytki obwodu drukowanego, podobnie jak negatyw filmu, jest rzutowany na płytkę krzemową, gdy jest ona wystawiona na działanie światła ultrafioletowego. Płytka jest następnie "wywoływana". Po naświetleniu obszary bez fotorezystu reagują chemicznie, a następnie są skutecznie wypłukiwane. Ten proces tworzy wgłębienia, które stanowią podstawę gotowej płytki drukowanej. Te pozostałe wgłębienia są następnie celowo pokrywane zanieczyszczeniami i wyposażane w metalowe złącza w celu kontrolowania przepływu prądu elektrycznego przez płytkę. Zwykle proces ten jest powtarzany setki razy, aż do uzyskania pożądanej konfiguracji. Następnie, trzy miesiące później, odcinki gotowej płytki są wycinane, stając się półprzewodnikami.
Wiedza o tym, jak produkowane są półprzewodniki, daje wgląd w brutalną rzeczywistość tej branży.
Jasne, firmy mogłyby zbudować przeciętne odlewnie chipów za 15 mld UDS jedna, aby poradzić sobie z niedoborem półprzewodników, ale później należy liczyć się z kosztami modernizacji co kilka lat. Mówimy tu o niezliczonych milionach dolarów, które można stracić z powodu nieudanych serii produkcyjnych i niskich obrotów spowodowanych długim i wymagającym technicznie procesem produkcyjnym.
Branża ta jest tak brutalna, że dominuje w niej tylko trzech graczy: Intel, Samsung i Taiwan Semiconductor Manufacturing Co
Widać jednak pewne światełko na końcu tunelu.
Prezydent Joe Biden zobowiązał się wesprzeć amerykański łańcucha dostaw chipów poprzez produkcję krajową. Takie obietnice ignorują jednak fakt, że prawdziwa linia montażowa chipów może rozciągać się na kontynenty, z oddzielnymi komponentami wykonanymi przez środowisko wysoce wyspecjalizowanych firm. TSMC zobowiązało się wydać 20 mld USD na nowe obiekty tylko w tym roku, ale uruchomienie nowych zakładów produkcyjnych TSMC zajmie kilka lat.
W międzyczasie, miejmy nadzieję, że uda Ci się dostać nowe PlayStation przed 2023 rokiem.
