Svetovna tekma za mikročipe: Evropa poskuša dohiteti zaostanek

Na obrobju mirnega gozda, eno uro vožnje od Stuttgarta, kjer se pohodniške poti vijejo med drevesi in čez rahlo valovite hribe, stoji eno od evropskih skrivnih orožij v svetovni tekmi za razvoj najnaprednejših polprevodnikov na svetu.

Oberkochen, majhno mesto s samo 8,000 prebivalci v jugozahodni deželi Baden-Württemberg, je sedež podjetja Carl Zeiss SMT, edinega proizvajalca ogledal in leč, ki se uporabljajo v najnaprednejši opremi za izdelavo čipov na svetu. Njegova izjemno natančna zrcala in leče so tako natančne, da so zmožne 200-krat večje natančnosti kot vesoljski teleskop James Webb.

Zeiss ima "edinstveno usposobljenost", pravi Peter Wennink, izvršni direktor nizozemskega podjetja ASML, ki ima globalni monopol nad proizvodnjo strojev za ekstremno ultravijolično litografijo (EUV), potrebnih za izdelavo vrhunskih čipov - in je eden od svojih najpomembnejše stranke.

Brez Zeissove optike pravi, da ASML ne bi mogel izdelati svojih strojev EUV, ki uporabljajo ultravijolično svetlobo za skeniranje modelov čipov na silicijeve rezine v majhnem obsegu. In brez strojev ASML bi bilo nemogoče izdelati najnaprednejše čipe, potrebne za prihodnje tehnologije, kot so umetna inteligenca, avtonomna vožnja in kvantno računalništvo.

Napredna oprema za izdelavo čipov je ena od skritih prednosti Evrope, saj si države po vsem svetu prizadevajo prevzeti delež v industriji, ki je v središču sodobnega gospodarstva in ki postaja vse bolj prepletena z geopolitičnim tveganjem. 

Trg polprevodnikov je leta 500 prvič presegel 2021 milijard dolarjev in po ocenah McKinseyja bo do leta 2030 postal industrija vredna bilijonov dolarjev.

Tajvan je svetovno središče najnaprednejše proizvodnje čipov. Kar zadeva polprevodnike pod 10 nanometrov – vodilne različice tehnologije – ima Tajvan več kot 90 odstotkov svetovnega tržnega deleža.

Toda vse večji strah pred nekakšno obliko kitajskega vojaškega posredovanja na Tajvanu je spodbudil vlade ZDA, Japonske in mnogih po vsej Evropi, da so pohitele spodbuditi širitev proizvodnje čipov v svojih državah, kar je povzročilo zaskrbljenost, da bo hkrati na voljo preveč zmogljivosti. čas.

Za mnoge države so polprevodniki stvar nacionalne varnosti, saj se veliki deli gospodarstva vse bolj zanašajo na funkcionalnost, ki jo zagotavljajo. Hudo pomanjkanje med pandemijo je prizadelo proizvodnjo v številnih svetovnih panogah, od pametnih telefonov in osebnih računalnikov do strežnikov in avtomobilov.

Evropa je odločena, da ne bo zaostala, ko se to tekmovanje pospešuje. 

V začetku tega leta je Evropska komisija razkrila načrt za vlaganje 43 milijard evrov, da bi največje svetovne proizvajalce čipov spodbudila k postavitvi tovarn v bloku. Intel, ameriški velikan čipov, je obljubil začetno naložbo v višini 33 milijard evrov v bloku, vključno s 17 milijardami evrov za mega-lokacijo v Nemčiji. Evropski proizvajalci čipov, kot sta STMicroelectronics in Infineon, prav tako širijo svoje zmogljivosti v Evropi. EU prav tako poskuša zvabiti TSMC, največjega pogodbenega proizvajalca čipov na svetu, da vzpostavi obsežne operacije v bloku.

V Bruslju upajo, da bodo naložbe podvojile delež EU na svetovnem trgu polprevodnikov z manj kot 10 odstotkov danes na 20 odstotkov do leta 2030. Vendar je pomembnejše od tržnega deleža zmanjšanje odvisnosti EU od proizvajalcev v Aziji, kot sta TSMC in Samsung na čas, ko bi lahko napetosti med vzhodom in zahodom predstavljale potencialno grožnjo oskrbi.

Med letoma 81 in 2021 bo zgrajenih najmanj 2025 novih obratov za proizvodnjo čipov; 10 jih bo zgrajenih v Evropi, v primerjavi s 14 v ZDA in 21 na Tajvanu, glede na najnovejše podatke iz septembra SEMI, organizacije polprevodniške industrije s sedežem v ZDA.

Skupaj s trdnimi temelji na celini na področju kemikalij in materialov bodo podjetja, kot sta Carl Zeiss SMT in ASML, ter njihove dobavne verige temeljnega pomena za željo Evrope, da postane eden najpomembnejših svetovnih dobaviteljev čipov najvišjega razreda.

Toda pomembne vrzeli ostajajo v prizadevanju za polprevodnike v Evropi. Zneski potrebnega kapitala so ogromni. Podjetja, ki želijo oskrbovati tovarne čipov, opozarjajo, da ni dovolj kvalificiranih delavcev, da bi njihovi obrati delovali.

»Ali bi lahko do leta 20 dosegli 2030-odstotni tržni delež, je pod vprašajem, vendar je pritisk vse večji, saj bo stanje še poslabšalo, če ne storimo ničesar,« pravi Lars Reger, glavni tehnološki direktor pri nizozemskem podjetju NXP Semiconductor. .

»Gre za ustreznost,« je dejal Wennink iz ASML. "V geopolitičnem kontekstu morate ostati relevantni." 

Ali je smiselno?

Ambiciozen evropski načrt za mikročipe, ki temelji na Evropskem zakonu o čipih, ni naletel na splošno odobravanje.

Nekateri kritiki, vključno z vodilnimi v panogi, so menili, da je Evropa zapravljala davkoplačevalski denar. Trdijo, da bi bilo veliko bolje, če bi denar porabili za povečanje zmogljivosti zrelih tehnologij čipov, ki jih uporabljajo lastne evropske industrije, kot sta avtomobilska in industrijska uporaba, namesto da bi se soočili z ogromnimi stroški razvoja najnovejših čipov. Zaradi padca evropske industrije mobilnih telefonov je celina ostala brez očitnih strank za napredne čipe.

Ker so stroški proizvodnje vedno bolj zapletenih čipov eskalirali, je »manj podjetij uspelo slediti temu«, pravi direktor podjetja za proizvodnjo čipov. "Veliko tistih, ki so izpadli iz tekme, je bilo v Evropi."

Zaradi tega je evropska dobavna veriga ostala brez nekaterih ključnih zmogljivosti, potrebnih za napredno proizvodnjo polprevodnikov.

Yang Wang, višji analitik v Londonu pri svetovalnem podjetju Counterpoint Research, poudarja, da v Evropi ni oblikovalcev čipov, ki bi delali v 7-nanometrskih in podvozliških različicah tehnologije.

»Nobeden od 10 najboljših oblikovalcev čipov na svetu nima sedeža v Evropi, medtem ko so ZDA vodilne v svetu pri oblikovanju polprevodnikov,« pravi.

EU sicer ima obstoječe grozde dobavnih verig polprevodnikov, kot so Leuven v Belgiji, Dresden v Nemčiji in Grenoble v Franciji, vendar bo morala Evropa povečati zmogljivosti načrtovanja čipov in naložbe v ekosistem za napredno izdelavo čipov ter naložbe v čipe. sama proizvodnja, pravijo strokovnjaki iz industrije.

Pomemben dejavnik je tudi financiranje. Bolj napreden kot je izdelan čip, bolj je proces kapitalsko intenziven. Na primer, kapitalski izdatki TSMC za leto 2022 bodo znašali 36 milijard dolarjev, ta mesec pa je podjetje objavilo načrte, da bo v prihodnjih letih potrojilo svoje naložbe v Arizoni z 12 milijard dolarjev na 40 milijard dolarjev, kamor bo do leta 3 prineslo tudi naprednejšo 2026nm tehnologijo.

ZDA so letos sprejele svoj zakon o čipih in znanosti, 52.7 milijarde dolarjev vreden paket spodbud in davčnih olajšav.

Izgradnja tako zapletene dobavne verige, kot je tista, ki je potrebna za najnaprednejšo tehnologijo čipov, bo trajala leta – in zahtevala še več podpore davkoplačevalcev, pravijo vodilni v industriji. Države, kot so Kitajska, Tajvan in Južna Koreja, so desetletja vložile milijarde v podporo svojim proizvajalcem čipov.

»European Chips Act je odlično orodje, saj nas postavlja na enako raven spodbud po vsem svetu,« pravi Jean-Marc Chery, izvršni direktor STMicroelectronics, podjetja s sedežem v Ženevi, ki v glavnem dobavlja čipe za avtomobilski in industrijski trg. zrele tehnologije. »Če pa moramo zgraditi [napredno tehnologijo] in ogromne tovarne . . . potem ni zelo konkurenčen.” 

Toda Evropa ne začenja iz nič.

Pomembna prednost, ki jo ima EU na področju napredne opreme za čipe. S stroji EUV podjetja ASML lahko največji svetovni izdelovalci čipov, kot so TSMC, Samsung in Intel, izzovejo meje fizike, pri čemer vse več procesnih tranzistorjev zapakirajo v vedno manjše čipe. Danes je najbolj napreden v masovni proizvodnji 3 nm - sklicevanje na velikost vsakega tranzistorja na čipu - vendar tehnologija to popelje na 2 nm in manj.

»Brez EUV ne bi mogli priti do te velike gostote tranzistorjev v čipu,« pravi Thomas Stammler, glavni tehnološki direktor družbe Zeiss. »Ker smo edini dobavitelj EUV, to jemljemo tudi kot obveznost širitve in podpore industriji čipov. . . in že delamo na naslednji generaciji EUV.« 

Poleg ASML in Zeiss, v katerih ima ASML 25-odstotni delež, je nemški Trumpf vodilni svetovni proizvajalec laserjev, ki jih uporabljajo EUV stroji. Pri 220,000 C je plazma, ki jo ustvarijo Trumpfovi laserji, ki se uporablja za ustvarjanje EUV svetlobe, skoraj 40-krat bolj vroča od površine Sonca.

Takšna napredna tehnologija omogoča, da EUV-ji pomagajo podjetjem, kot je Apple, stisniti kar 16 milijard tranzistorjev v osrednjo procesorsko enoto svojega MacBook-a danes, v primerjavi s 1,000 tranzistorji v elektronskih napravah v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. 

Evropa ima tudi veliko prednost v svoji zmožnosti proizvodnje zelo prilagojenih, kompleksnih materialov in kemikalij, ki se uporabljajo pri napredni izdelavi čipov. Ti večinoma prihajajo iz peščice evropskih podjetij, kot so Merck, BASF in Solvay, ter iz japonskih podjetij, kot sta JSR in Shin-Etsu Chemical.

Ima tudi eno najpomembnejših svetovnih raziskovalnih središč v IMEC, nanotehnološkem raziskovalnem središču zunaj Bruslja, ki ga najnaprednejši izdelovalci čipov uporabljajo za izdelavo prototipov. Druga svetovno znana raziskovalna središča so nemški inštituti Fraunhofer in francoski CEA-Leti.

Toda še vedno obstajajo izzivi. Druge države vlagajo veliko več kot tiste v Evropi v izgradnjo lastnih zmogljivosti za izdelavo čipov in ekosistemi se že začenjajo razvijati okoli novih obratov.

V Evropi kritični dobavitelji kemikalij in materialov vlagajo počasneje kot tisti v ZDA in Tajvanu. Nekateri v industriji menijo, da je to zato, ker evropski zakon o čipih ne zajema dovolj naložb, ki presegajo proizvodnjo čipov, ali ker evropski okoljski predpisi otežujejo širitev kemičnih obratov. In seveda je plinska kriza v Evropi dvignila že tako visoke cene energije, zaradi česar je energetsko intenzivna kemična industrija v bloku prisilila, da zapre ali prekine proizvodnjo nekaterih izdelkov. Širitev v Evropi trenutno ni privlačna brez močnih spodbud, pravijo vodilni v industriji.

»Dobava kemikalij v nove tovarne polprevodnikov zahteva naložbe v namenska sredstva. Zato bi pomanjkanje državne podpore vsekakor predstavljalo oviro za dobavitelje kemikalij,« je za Financial Times povedal predsednik Solvaya Rodrigo Elizondo. "Po našem mnenju bo odsotnost močne regionalne oskrbe s kemikalijami zagotovo ogrozila delovanje evropskih tovarn polprevodnikov."

BASF in Solvay pričakujeta pomanjkanje kemikalij in materialov v prihodnjih letih, ko se povečajo nove zmogljivosti čipov, razen če se na teh področjih izvajajo naložbe.

»Vsi govorijo o proizvodnji polprevodnikov, vendar se premalo pozornosti posveča kemikalijam, potrebnim za proizvodnjo teh mikročipov,« pravi Lothar Laupichler, višji podpredsednik za elektronske materiale pri BASF. "Skoraj se zdi, kot da se na kemikalije gleda kot na vodo ali elektriko, odprete pipo in pride takoj ven, vendar je to napačno prepričanje." 

Kai Beckmann, član izvršnega odbora Mercka in izvršni direktor njegovega oddelka za elektroniko, dodaja: »To moramo preučiti skupaj z Evropsko unijo, ker govorimo o zelo visoko specializiranem materialu, ki morda ni dobro zajet v Evropske ambicije."

Iskanje osebja

Evropa se sooča s še bolj osnovno težavo: najti dovolj kvalificiranih delavcev. Raziskava Evropskega organa za delo o največjem pomanjkanju delovne sile v EU je pokazala, da so bili inženirji in tehniki – stebri industrije čipov – med štirimi največjimi pomanjkanjem talentov v 10 državah.

Podjetja, kot so nemški Infineon, Edwards Vacuum v Združenem kraljestvu, ki je ključni ponudnik komponent in podsistemov za ASML, in AT&S v Avstriji, eden vodilnih dobaviteljev substratov za čipe višjega cenovnega razreda, na katere so nameščeni polprevodniki, so opozorila, da tuji talenti bodo ključnega pomena za nadaljnji razvoj in trajnost evropske industrije polprevodnikov.

Andreas Gerstenmayer, izvršni direktor AT&S, pravi, da se njegovo podjetje trudi najti 800 kvalificiranih delavcev, ki jih potrebuje za svoj novi center za raziskave in razvoj v Avstriji. "Za zaposlitev talentov se moramo obrniti po vsem svetu, saj izkušnje in tehnologija [substratov za čipe] tukaj še niso na voljo."

Martin Stöckl, Infineonov šef človeških virov, pravi, da bo celotna dobavna veriga lovila iste talente, kar bo zadeve še poslabšalo. "Problem pomanjkanja talentov je v Evropi resen," pravi. »Če naredite hiter izračun, bomo [Infineon] zgradili novo tovarno, STMicroelectronics in Intel se prav tako širita. V prihodnjih letih bomo [podjetja] potrebovali vsaj več tisoč inženirjev in tehnikov.” 

Toda bitka še zdaleč ni izgubljena, pravijo vodilni v industriji.

Kljub vsem izzivom so vodilni v industriji optimistični glede obetov Evrope v tej kritični industriji. Imeti podjetja, kot so ASML, Zeiss in Trumpf, ni slab začetek.

»Evropa je v preteklih letih ohranila resnično moč v opremi za proizvodnjo polprevodnikov,« pravi višji Intelov direktor. »To mu je res dalo priložnost za ponovni vstop na trg, ki ga drugače ne bi imel. Brez teh ostankov bi se Evropa zelo, zelo težko vrnila.«

Dodatno poročanje Peggy Hollinger in Joeja Millerja

Kartografija in vizualizacija podatkov s Liz Faunce in Alan Smith

Globalna tekma mikročipov: prizadevanja Evrope, da dohiti zaostanek Ponovno objavljeno iz vira https://www.ft.com/content/b31e27fd-0781-4ffd-bb69-9af985abff41 prek https://www.ft.com/companies/technology?format =rss

<!–

->