Bilionové války o čipy: Uvnitř světa vysoce rizové globální výroby polovodičů

V roce 2024 celosvětový prodej polovodičů vzrostl na více než 600 miliard dolarů a do roku 2030 by mohl dosáhnout 1 bilionu dolarů ročně.
Apple M1 Ultra obsahuje 114 miliard tranzistorů na jednom čipu.
ASML je jediným výrobcem EUV litografických skenerů, přičemž každý stroj váží asi 180 tun a stojí přes 300 milionů dolarů.
TSMC tvořila v roce 2023 přibližně 55 % světového trhu foundry, Samsung kolem 15–20 % a samotný Tchaj-wan držel asi 92 % světové nejpokročilejší výrobní kapacity čipů (<10nm).
Tři největší dodavatelé softwaru pro elektronickou návrhovou automatizaci—Synopsys, Cadence a Siemens EDA—dominují v oblasti návrhového softwaru používaného pro rozvržení miliard tranzistorů.
Nedostatek čipů v roce 2021 vedl k odhadované ztrátě 210 miliard dolarů v prodeji automobilů.
Americký zákon CHIPS (2022) vyčleňuje 52,7 miliardy dolarů na přímou podporu domácí výroby čipů, plus 25% investiční daňové úlevy.
Evropský zákon o čipech (2023) si klade za cíl mobilizovat 43 miliard eur, aby se podíl Evropy na výrobě čipů do roku 2030 zdvojnásobil na 20 %.
Celosvětová výroba čipů v roce 2024 vypustila asi 190 milionů tun CO2 ekvivalentu a jedna moderní továrna může nepřetržitě spotřebovávat kolem 100 MW energie.
K polovině roku 2024 bylo 55 % americké pracovní síly v polovodičovém průmyslu starší 45 let, což poukazuje na hrozící nedostatek talentů.

Polovodiče – tyto malé křemíkové čipy – jsou mozkem moderní elektroniky, nacházejí se ve všem od chytrých telefonů a aut po datová centra a stíhačky. V roce 2024 celosvětový prodej polovodičů vzrostl na více než 600 miliard dolarů a do roku 2030 by mohl dosáhnout 1 bilionu dolarů, což podtrhuje, jak zásadní se čipy pro světovou ekonomiku staly deloitte.com, blog.veolianorthamerica.com. Tyto mikroprocesory umožňují vznik produktů a služeb v hodnotě bilionů dolarů, čímž tvoří skrytý základ našeho digitálního života steveblank.com. Za poslední dva roky se však výroba polovodičů stala arénou s vysokými sázkami inovací a geopolitického napětí. Nedostatek čipů způsobený pandemií ukázal, jak křehký může být dodavatelský řetězec, když zastavil továrny a zvýšil ceny. Zároveň státy závodí o posílení domácí výroby čipů z ekonomických a bezpečnostních důvodů, investují stovky miliard do nových továren (fabrikací čipů) a spouštějí globální „čipovou válku“.

Tato zpráva poskytuje komplexní a aktuální přehled světa polovodičů – vysvětluje, co jsou polovodiče a jak fungují, jak se čipy vyrábějí od začátku do konce, kdo jsou hlavní hráči (firmy a země) v jednotlivých fázích a kde se nacházejí slabá místa v dodavatelském řetězci. Zaměříme se také na nejmodernější technologie a materiály, které umožňují výrobu současných čipů, nejnovější inovace a trendy ve výzkumu a vývoji a geopolitické a politické boje, které mění toto odvětví. Nakonec se podíváme na ekonomický dopad sektoru polovodičů, jeho ekologickou stopu a blížící se výzvy v oblasti pracovních sil. Od nejnovějších odborných poznatků po klíčové události v letech 2024–2025 tento report objasní, proč je výroba polovodičů jednou z nejdůležitějších – a nejvíce konkurenčních – oblastí na světě.

Co jsou polovodiče a jak fungují?

Polovodiče jsou materiály (například křemík), které mohou za různých podmínek fungovat jako elektrický vodič nebo izolant, což je činí ideálními pro řízení elektrického proudu techtarget.com. V praxi je polovodičové zařízení (čip) v podstatě síť miniaturních elektrických spínačů (tranzistorů), které lze zapínat nebo vypínat elektrickými signály. Moderní integrované obvody obsahují miliardy těchto tranzistorových spínačů na čipu o velikosti nehtu, což umožňuje složité výpočty a zpracování signálů. „Jednoduše řečeno, polovodič je elektrický spínač, který lze zapnout a vypnout pomocí elektřiny. Většina moderních technologií je tvořena miliony těchto malých, propojených spínačů,“ vysvětluje inženýrský úvod TechTarget techtarget.com.

Protože dokážou přesně řídit tok proudu, slouží polovodičové čipy jako „mozek“ nebo „paměť“ elektronických zařízení. Logické čipy (jako CPU, GPU, AI akcelerátory) zpracovávají data a rozhodují, paměťové čipy uchovávají informace a analogové/power čipy komunikují s fyzickým světem. Přidáváním malých nečistot do čistých polovodičových krystalů vytvářejí výrobci součástky jako tranzistory, diody a integrované obvody, které využívají kvantovou fyziku ke spínání a zesilování elektrických signálů techtarget.com. Výsledkem je, že polovodiče dokážou provádět aritmetiku, uchovávat binární data a komunikovat se senzory/aktuátory – schopnosti, které tvoří základ prakticky veškeré moderní technologie, od digitální komunikace po domácí spotřebiče a zdravotnické vybavení steveblank.com.

Dnešní čipy jsou ohromujícími výkony inženýrství. Špičkový procesor může obsahovat desítky miliard tranzistorů vyrytých v křemíku, s prvky malými jen několik nanometrů (na úrovni atomů). Například čip Apple M1 Ultra má 114 miliard tranzistorů na jednom kusu křemíku bipartisanpolicy.org. Tyto tranzistory se přepínají rychlostí v řádu gigahertzů, což umožňuje zařízení provádět miliardy operací za sekundu. Stručně řečeno, polovodiče se staly základní technologií moderního světa, která pohání vše od chytrých telefonů a aut po cloudové servery a průmyslové stroje. Často se říká, že „polovodiče jsou novou ropou“ – zásadní surovinou, na které závisí státy i průmysl pro pokrok a bezpečnost.

Jak se čipy vyrábějí: Proces výroby polovodičů

Výroba mikroprocesoru je jedním z nejkomplexnějších výrobních procesů, jaké kdy byly vymyšleny – „obor, který manipuluje s materiály po atomech“ ve fabrikách za desítky miliard dolarů steveblank.com. Vše začíná surovinami a končí hotovými čipy připravenými k použití. Zde je přehled celého procesu výroby čipů:

Od surového křemíku k waferu: Běžný písek (oxid křemičitý) je rafinován na čistý křemík. Křemíkový krystal je vypěstován a poté rozřezán na tenké wafery (kruhové disky), které budou obsahovat tisíce čipů bipartisanpolicy.org. Každý wafer vypadá leskle a hladce, ale na mikroskopické úrovni je to dokonalá mřížka křemíkových atomů.
Přední fáze výroby: Skutečná magie se odehrává v čisté místnosti „fabu“, kde jsou na každý wafer vytvářeny složité obvody. Výroba čipů zahrnuje stovky přesných kroků, ale klíčové fáze zahrnují: depozici ultratenkých vrstev materiálu na wafer; nanášení fotoresistu; fotolitografii (použití zaostřeného světla k vyrytí drobných vzorů na wafer pomocí masek, podobně jako tisk schématu obvodu); leptání a dopování (odstraňování materiálu a implantace iontů pro vytvoření tranzistorů a propojení); a opakování těchto kroků vrstvu po vrstvě bipartisanpolicy.org. Tranzistory – v podstatě spínače zapnuto/vypnuto – jsou vytvářeny těmito vzorovanými vrstvami, které tvoří mikroskopické elektrické cesty. Toto je výroba v nanometrovém měřítku – moderní čipy mohou mít 50+ vrstev obvodů a prvky široké jen 3 nm (nanometry). Každý krok musí být řízen s atomární přesností; smítko prachu nebo drobné vychýlení může čip zničit.
Back-end a balení: Po dokončení výroby front-end obsahuje hotový wafer mřížku mnoha jednotlivých čipů (dies). Wafer je rozřezán na samostatné čipy a každý čip je následně zabalen. Balení zahrnuje upevnění křehkého čipu na substrát, propojení s drobnými zlatými nebo měděnými kontakty a zapouzdření (často ochrannou pryskyřicí a rozvaděčem tepla), aby bylo možné s čipem manipulovat a integrovat jej na desky plošných spojů bipartisanpolicy.org. Zabalený čip je to, co se pájí na základní desku vašeho telefonu nebo na desku počítače. Čipy také v této fázi procházejí důkladným testováním, aby se zajistilo, že fungují podle očekávání.

Navzdory zjednodušenému shrnutí výše je výroba pokročilých polovodičů mimořádně složitý, několikaměsíční proces. Špičkový čip může vyžadovat více než 1 000 výrobních kroků a extrémně přesné vybavení. Například nejnovější stroje pro fotolitografii (které promítají vzory obvodů pomocí ultrafialového světla) mohou stát přes 300 milionů dolarů za kus a každý takový stroj „může spotřebovat tolik elektřiny jako tisíc domácností,“ podle Bloombergu bipartisanpolicy.org. Tyto nástroje používají extrémní ultrafialové (EUV) světlo k vytváření ultra malých struktur a jsou natolik sofistikované, že je v současnosti vyrábí pouze jedna firma na světě (ASML v Nizozemsku) patentpc.com. Kapitálové náklady jsou obrovské: výstavba nové továrny na čipy může trvat více než 3 roky a vyžaduje investici přes 10 miliard dolarů bipartisanpolicy.org. Přední firmy jako TSMC, Samsung a Intel každoročně utrácejí desítky miliard za rozšiřování a vybavování továren.

Výsledkem veškerého tohoto úsilí je ohromující technologie: jediný 12palcový wafer může po úplném zpracování obsahovat stovky hotových čipů s celkově biliony tranzistorů steveblank.com. Každý čip je testován a po nasazení zvládne miliardy výpočtů za sekundu. Malé rozměry a vysoká hustota moderních čipů jim dávají neuvěřitelný výkon. Jak poznamenal jeden průmyslový blog, tento wafer v čisté místnosti „má na sobě dva biliony tranzistorů“ vyrobených s atomární přesnostísteveblank.com. Tato výrobní dovednost – neustále zdokonalovaná po desetiletí – je tím, co umožňuje dnešní výkonnou a cenově dostupnou elektroniku.

Hlavní hráči v dodavatelském řetězci polovodičů (firmy a země)

Výroba polovodičů není zajišťována jediným typem společnosti; jedná se o složitý ekosystém firem, z nichž každá se specializuje na různé fáze. Pokud nahlédneme do dodavatelského řetězce, najdeme síť stovek vysoce specializovaných hráčů po celém světě, kteří jsou na sobě navzájem závislí steveblank.com. Zde jsou hlavní kategorie hráčů a ti, kdo v nich dominují:

Návrháři čipů (fabless společnosti): Tyto společnosti navrhují polovodičové čipy, ale samotnou výrobu zadávají externě. Vytvářejí návrhy a duševní vlastnictví pro čipy. Mnoho nejznámějších světových značek čipů – včetně Apple, NVIDIA, Qualcomm, AMD, Broadcom – jsou fabless návrháři. USA mají v tomto segmentu silné postavení (sídlí zde přibližně 50 % fabless firem patentpc.com), spolu se společnostmi v Evropě (např. ARM ve Velké Británii pro IP jádra čipů steveblank.com) a v Asii. Fabless firmy se zaměřují na výzkum, vývoj a inovace v architektuře čipů a poté najímají smluvní výrobce na produkci čipů.
Integrovaní výrobci zařízení (IDM): To jsou giganti jako Intel, Samsung a Micron, kteří navrhují i vyrábějí čipy interně. Intel (USA) historicky vedl v návrhu/výrobě mikroprocesorů pro PC a servery, Samsung (Jižní Korea) a Micron (USA) to dělají zejména v oblasti paměťových čipů. IDM ovládají vlastní továrny a vyrábějí čipy pro své vlastní produkty (a někdy i pro jiné). V posledních desetiletích však dochází k posunu směrem k modelu fabless-foundry kvůli efektivitě.
Polovodičové slévárny (smluvní výrobci): Slévárny jsou továrny na čipy, které skutečně vyrábějí čipy (pro bezfabrikové klienty nebo IDM, které část výroby outsourcují). Tento segment ovládají asijské firmy. Taiwanská TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.) je nedostižným lídrem, sama ovládá přibližně 55 % globálního trhu sléváren k roku 2023 patentpc.com. TSMC je hlavním výrobcem pro Apple, AMD, NVIDIA a mnoho dalších, zejména pro nejpokročilejší čipy (5nm, 3nm technologie). Samsung v Jižní Koreji je druhou největší slévárnou (asi 15–20% podíl) patentpc.com, rovněž vyrábí pokročilé logické čipy. Mezi další významné slévárny patří GlobalFoundries (USA, zaměřuje se na střední technologie), UMC (Tchaj-wan) a SMIC (největší čínská slévárna). Významné je, že Tchaj-wan a Jižní Korea společně zajišťují naprostou většinu špičkové výroby čipů – ve skutečnosti se přibližně 92 % světové výrobní kapacity nejpokročilejších (<10nm) čipů nachází pouze na Tchaj-wanu, podle zprávy americké vlády z roku 2023 usitc.gov. To ukazuje, jak je výroba čipů soustředěna do několika málo lokalit.
Výrobci paměťových čipů: Paměť je specializovaný, ale zásadní sub-sektor (pro RAM, flash úložiště atd.). Dominují mu IDM jako Samsung a SK Hynix (oba z Jižní Koreje) a Micron (USA). Například Samsung a SK Hynix společně vyrábějí více než 70 % světových DRAM paměťových čipůpatentpc.com. Tyto firmy masivně investují do výroby DRAM a NAND flash pamětí, často ve velkých závodech v Jižní Koreji, Tchaj-wanu, USA, Japonsku a Číně.
Dodavatelé polovodičového vybavení: Tyto společnosti vyrábějí nástroje a stroje pro výrobu čipů – což je samo o sobě naprosto klíčový, vysoce technologický průmysl. Mezi přední výrobce vybavení patří ASML (Nizozemsko), která výhradně vyrábí EUV litografické systémy nezbytné pro čipy 7nm a menší patentpc.com; Applied Materials, Lam Research, KLA (vše USA), které dodávají zařízení pro depozici, leptání a inspekci; Tokyo Electron a Nikon (Japonsko) pro litografii a leptací nástroje; a další. Bez těchto špičkových strojů nemohou továrny fungovat. USA, Japonsko a Nizozemsko historicky dominují v oblasti polovodičového vybavení – což je jeden z důvodů, proč se exportní omezení těchto nástrojů stala geopolitickým tématem (více o tom později).
Dodavatelé materiálů a chemikálií: Výroba čipů také závisí na složitém zásobování specializovanými materiály – od ultrapure křemíkových waferů po exotické chemikálie a plyny. Několik příkladů: Shin-Etsu Handotai a SUMCO (Japonsko) vyrábějí velkou část světových křemíkových waferů. JSR, Tokyo Ohka Kogyo (Japonsko) a další dodávají fotorezisty (světlocitlivé chemikálie) steveblank.com. Průmyslové plynárenské firmy jako Linde, Air Liquide dodávají více než 100 druhů plynů používaných ve fabrikách (např. fluor, neon, argon) steveblank.com. Mnoho z těchto klíčových materiálů je koncentrováno v Japonsku, Číně a Evropě. Například Japonsko je již dlouho velmocí v oblasti polovodičových chemikálií, zatímco Čína rafinuje mnoho vzácných minerálů používaných v čipech (jako je galium a germanium). To znamená, že země, které dominují v surovinách (Čína, Rusko atd.) a ty, které vynikají ve specializovaných chemikáliích (Japonsko), mají v dodavatelském řetězci mimořádně významnou roli.
Poskytovatelé EDA a IP: Před samotnou výrobou je potřeba čipy navrhnout a ověřit. Software pro elektronickou automatizaci návrhu (EDA) dodávají v podstatě tři hlavní společnosti – Synopsys, Cadence (obě USA) a Siemens EDA (Mentor Graphics) – všechny americké nebo spojenecké firmy steveblank.com. Mají téměř monopol na složitý software, který inženýři používají k návrhu miliard tranzistorů a provádění simulací. Navíc základní návrhy (například jádra CPU) jsou často licencovány od IP společností jako ARM (UK), která poskytuje návrhové šablony používané ve většině mobilních procesorů steveblank.com. Tito upstream hráči jsou klíčovými umožňovateli pro celý průmysl.
Externí montáž a testování polovodičů (OSAT): Jakmile jsou wafery vyrobeny, specializovaní dodavatelé zajišťují balení a testování čipů. Mezi hlavní OSAT společnosti patří ASE Technology Holding (Tchaj-wan) – největší světový balírenský podnik – a Amkor (USA), stejně jako mnoho firem se sídlem v Číně, Malajsii a Vietnamu. Ve skutečnosti se jihovýchodní Asie stala centrem montáže čipů: například Malajsie provádí asi 13 % světových služeb balení a testování čipů patentpc.com a vietnamský OSAT sektor rychle roste patentpc.com. Tyto fáze jsou náročné na pracovní sílu a firmy je často umisťují do zemí s kvalifikovanou pracovní silou a nižšími náklady.

Pokud jde o země: různé státy se specializují na různé články tohoto řetězce. Tchaj-wan je superstar ve výrobě čipů, zejména pokročilých logických čipů – v roce 2023 měl sám asi 65 % podílu na trhu foundry patentpc.com a je nepostradatelný pro špičkové čipy (díky dominanci TSMC). Jižní Korea je lídrem v oblasti paměťových čipů a také foundry (Samsung), podílí se asi 20 % na celosvětové produkci čipů patentpc.com. Spojené státy zůstávají lídrem v oblasti návrhu čipů (domov mnoha fabless gigantů a IDM jako Intel) a v některých výrobních zařízeních, ale podíl USA na skutečné výrobě klesl z 37 % v roce 1990 na přibližně 12 % v roce 2023 patentpc.com, protože výroba se přesunula do Asie. Tento pokles se nyní americká vláda snaží zvrátit pomocí pobídek (více níže). Čína je zvláštní případ – je největším spotřebitelem čipů (montuje elektroniku pro celý svět) a vyrábí velké množství čipů na zralých technologiích a balení, ale u nejpokročilejších čipů je závislá na dovozu. V roce 2023 byla čínská soběstačnost v polovodičích jen asi 16 % patentpc.com a v roce 2022 utratila za dovoz čipů ohromujících 350 miliard dolarů patentpc.com. Čína však masivně investuje, aby do roku 2030 zvýšila domácí produkci na 70 % patentpc.com, buduje firmy jako SMIC a YMTC (paměti). Japonsko bylo v 80. letech dominantním výrobcem čipů a stále je významným hráčem v oblasti materiálů a zařízení. Dnes se Japonsko vrací k výrobě prostřednictvím partnerství (např. TSMC staví továrnu v Japonsku a nový konsorcium Rapidus si klade za cíl vyrábět 2nm čipy v Japonsku), přičemž využívá svou sílu v kvalitní výrobě a vládní podpoře. Evropa (EU) má několik výrobců čipů (např. Infineon v Německu pro automobilové čipy, STMicroelectronics ve Francii/Itálii, NXP v Nizozemsku) a sídlí zde ASML, ale celkový podíl Evropy na světové produkci čipů je kolem 8–10 % techhq.com. EU se snaží tento podíl do roku 2030 zdvojnásobit (na ~20 %) prostřednictvím vlastního zákona o čipech a přilákáním TSMC a Intelu k výstavbě továren v Evropěconsilium.europa.eu. Kromě těchto zemí hrají klíčovou roli v montáži a testování (zajišťují odolnost a diverzifikaci v pozdějších fázích dodavatelského řetězce) také země jako Malajsie, Vietnam, Thajsko, Filipíny patentpc.com. Dokonce i noví aspiranti jako Indie a Saúdská Arábie oznámili velké investice na vstup do polovodičového průmyslu (Indie nabízí pobídky pro továrny na čipy a Saúdská Arábie plánuje do roku 2030 investovat 100 miliard dolarů do vybudování čipového průmyslu) patentpc.com.

Shrnuto, výroba polovodičů je celosvětově rozložené úsilí, ale s kritickými úzkými místy – několik málo firem nebo zemí vede každý segment. Například pouze tři společnosti (TSMC, Samsung, Intel) zodpovídají za naprostou většinu produkce pokročilých čipů a pouze tři země (Tchaj-wan, Jižní Korea, Čína) dnes vyrábějí téměř všechny čipy patentpc.com. Tato koncentrovaná struktura má velké důsledky pro bezpečnost dodavatelského řetězce, jak si ukážeme dále.

Struktura a zranitelnosti dodavatelského řetězce

Dodavatelský řetězec polovodičů byl označen za „nejkomplexnější dodavatelský řetězec v jakémkoli odvětví“ usitc.gov – a nedávné události odhalily, jak křehký může být. Od přírodních katastrof po geopolitické konflikty, řadu zranitelností ohrožuje plynulý tok čipů. Klíčové úzké body a rizika zahrnují:

Silná geografická koncentrace: Odvětví je geograficky shlukované, což znamená, že narušení v jednom regionu může zastavit celý svět. Nejvíce je to patrné na významné roli Tchaj-wanu. Zatímco Tchaj-wan vyrábí asi 18 % všech čipů podle objemu, představuje „asi 92 % světové kapacity pro výrobu nejpokročilejších čipů“, podle zprávy USITC z roku 2023 usitc.gov. Jinými slovy, téměř všechny špičkové (sub-10nm) čipy pocházejí z Tchaj-wanu (především TSMC), zbytek z Jižní Koreje. To je obrovské riziko pro dodávky – jakékoli přerušení (zemětřesení, geopolitická krize) může ochromit globální technologické dodavatelské řetězce usitc.gov. Odborníci dokonce upozorňují, že velké narušení výroby na Tchaj-wanu by znamenalo ekonomickou katastrofu daleko za hranicemi technologického sektoru. Jižní Korea je další jediné místo selhání: například téměř všechny špičkové paměťové čipy pocházejí od dvou firem tam. S vědomím toho se nyní země i firmy snaží geograficky diverzifikovat výrobu (posun od globalizace k „regionalizaci“) nefab.com, ale vybudování nových továren jinde zabere čas.
Závislost na jediném dodavateli: Některé klíčové vstupy závisí na jediném nebo velmi omezeném počtu dodavatelů. Hlavním příkladem je ASML – nizozemská společnost je jediným zdrojem EUV litografických strojů potřebných pro špičkové čipy patentpc.com. Pokud ASML nemůže dodávat zařízení (ať už kvůli vývozním zákazům nebo výrobním problémům), pokrok ve výrobě čipů se zastaví. Podobně i klíčové chemikálie mají často jen několik kvalifikovaných dodavatelů. Například většinu fotorezistních chemikálií na světě dodává jen několik japonských firem. Pokročilý software pro návrh čipů (EDA nástroje) je další úzké hrdlo, kterému dominují pouze tři američtí dodavatelé. Tato místa koncentrace znamenají, že celý řetězec je jen tak silný, jak silný (nebo úzký) je jeho nejslabší článek.
Rizika materiálů a přírodních zdrojů: Výroba polovodičů závisí na určitých vzácných materiálech a rafinovaných chemikáliích – a otřesy v jejich dodávkách již způsobily problémy. Válka mezi Ruskem a Ukrajinou v roce 2022 to ukázala: Ukrajina dodávala asi 25–30 % světového vyčištěného neonového plynu (používaného pro laserovou litografii) a Rusko dodávalo podobný podíl světového palladia (používaného v některých procesech výroby čipů) usitc.gov. Když válka tyto dodávky narušila, ohrozilo to výrobu čipů, dokud se nenalezly alternativní zdroje usitc.gov. Další příklad přišel v polovině roku 2023: Čína reagovala na americká technologická omezení zákazem vývozu galia a germania – dvou málo známých kovů nezbytných pro polovodičové lasery, čipy pro rádiové frekvence a solární články deloitte.com. Čína produkuje většinu těchto prvků, takže tento krok přiměl výrobce horečně hledat jiné dodavatele. Tyto události ukazují na zranitelnost: pokud jediný zdroj klíčového materiálu vypadne, může to zablokovat celý proces výroby čipů.
Extrémní složitost a dodací lhůty: Výroba jedné várky čipů může trvat měsíce a postavit novou továrnu od nuly trvá roky. Tato dlouhá dodací lhůta znamená, že dodavatelský řetězec se nemůže rychle vzpamatovat z narušení. Například během pandemie COVID-19 vedl rychlý nárůst poptávky v kombinaci s odstávkami k vážnému nedostatku čipů v roce 2021, jehož řešení trvalo více než rok usitc.gov. Nedostatek zasáhl obzvlášť tvrdě automobilky – továrny se zastavily a automobilový průmysl přišel odhadem o 210 miliard dolarů na tržbách v roce 2021 kvůli nedostatku čipů usitc.gov. Složitý systém dodávek čipů „just-in-time“ (s minimálními zásobami) znamená, že i drobný problém – požár v japonské továrně, mrazy v Texasu vyřazující závody z provozu nebo sucho na Tchaj-wanu snižující zásoby vody – může způsobit zpoždění výroby po celém světě. Viděli jsme to při požáru v automobilové továrně Renesas v roce 2021 a při výpadcích proudu v texaských továrnách ve stejném roce, což pokaždé způsobilo zpoždění v dodávkách produktů.
Křehký řetězec „just-in-time“: Po léta efektivita vedla firmy k tomu, aby držely nízké zásoby a spoléhaly na dodávky v reálném čase. To ale znamenalo, že nebyla žádná rezerva pro narušení. Globalizovaný řetězec byl optimalizován na náklady, ne na odolnost. Nyní, po zkušenostech z pandemie, firmy a vlády prosazují „odolnost“ – budování větších zásob čipů nebo vstupů, „friendshoring“ výroby do důvěryhodných zemí a dvojí zajištění klíčových komponent reuters.com. Přesto jsou změny postupné a nákladné.
Geopolitická fragmentace: Možná největší nově vznikající zranitelností je politizace dodavatelského řetězce čipů. Technologická rivalita mezi USA a Čínou vedla k vývozním kontrolám a černým listinám, které fakticky rozdělily svět na dvě části v oblasti polovodičů. „V sektoru čipů je globalizace mrtvá. Volný obchod ještě úplně mrtvý není, ale je v ohrožení,“ řekl zakladatel TSMC Morris Chang v roce 2023. Během uplynulého roku USA a jejich spojenci stále více omezovali přístup Číny k pokročilým čipovým technologiím ze strachu z bezpečnostních dopadů. To vedlo Čínu k tomu, že zdvojnásobila úsilí o domácí technologie a dokonce zavedla některá omezení vývozu jako odvetu. Výsledkem je více rozdělený dodavatelský řetězec – takový, kde ekosystémy orientované na Západ a na Čínu mohou být méně vzájemně závislé. I když to může přinést určitou redundanci, znamená to také nižší efektivitu, vyšší náklady a potenciální duplikaci úsilí ve dvou technologických sférách theregister.com. Chang otevřeně prohlásil, že „globalizace je téměř mrtvá a volný obchod je téměř mrtvý“ theregister.com, a varoval, že zlatá éra jednotného globálního řetězce čipů končí. Toto přechodné období přináší nejistotu a riziko, protože firmy se musí orientovat v nových složitých pravidlech ohledně toho, komu mohou prodávat a kde mohou stavět.

Stručně řečeno, dodavatelský řetězec polovodičů je dvojsečná zbraň: jeho globální povaha přinesla pozoruhodné inovace a škálovatelnost za nízkou cenu, ale zároveň vytvořila nebezpečná jediné body selhání. Sucho na Tchaj-wanu nebo politický pat v Jihočínském moři nejsou jen místními problémy – mohou narušit výrobu chytrých telefonů, automobilů a serverů datových center po celém světě usitc.gov. Toto uvědomění nyní pohání masivní snahy o zvýšení odolnosti – od vládních dotací na místní továrny až po diverzifikaci dodavatelů. Budování redundance však vyžaduje čas a mezitím zůstává svět vysoce zranitelný vůči šokům v dodávkách polovodičů.

Klíčové materiály a technologie ve výrobě čipů

Umění výroby čipů spoléhá na soubor špičkových technologií a specializovaných materiálů. Pochopení těchto aspektů poskytuje vhled do toho, proč je výroba čipů tak náročná (a proč ji na nejvyšší úrovni zvládne jen několik hráčů):

Křemíkové wafery: Většina čipů je vyráběna na křemíku – hojně se vyskytujícím prvku, jehož polovodičové vlastnosti jej činí ideálním. Křemíkové ingoty jsou rozřezány na zrcadlově hladké wafery (dnes má většina pokročilých továren průměr 300 mm). Tyto wafery jsou výchozím plátnem pro výrobu čipů. Výroba bezvadných, čistých křemíkových krystalů je sama o sobě vysoce technologický proces, který ovládá jen několik firem (většinou v Japonsku). Pro speciální aplikace se používají i jiné polovodičové materiály: např. gallium arsenide nebo indium phosphide pro vysokofrekvenční RF čipy a silicon carbide (SiC) nebo gallium nitride (GaN) pro výkonovou elektroniku (například řídicí jednotky elektromotorů a základnové stanice 5G), díky jejich vynikajícím elektrickým vlastnostem při vysokých napětích nebo frekvencích. Tyto sloučeninové polovodiče jsou klíčové pro 5G, elektromobily a letectví a probíhají snahy o zvýšení jejich výroby (často za účasti amerických, evropských a japonských firem, které vedou v materiálovém výzkumu).
Fotolitografická technologie: Srdcem moderní výroby čipů je fotolitografie – využití světla k vytváření drobných vzorů. Tato technologie se posunula téměř do sci-fi oblastí. Nejmodernější továrny dnes používají Extreme Ultraviolet (EUV) lithography, která pracuje s vlnovou délkou 13,5 nm a zahrnuje extrémně složitou optiku, plazmové zdroje světla a vakuové systémy. Jak bylo zmíněno, ASML je jediným výrobcem EUV skenerů patentpc.com. Každý EUV stroj váží 180 tun, obsahuje tisíce součástek (zrcadla Zeiss, plazmový zdroj světla vytvářený laserem atd.) a stojí přes 300 milionů dolarů bipartisanpolicy.org. EUV umožňuje vytváření struktur o velikosti ~7 nm a menších s menším počtem kroků. Pro starší výrobní uzly (např. 28nm, 14nm) továrny používají Deep Ultraviolet (DUV) lithography – stále složitou, ale s o něco širší základnou dodavatelů (ASML, Nikon, Canon tyto nástroje dodávají). Pokrok ve fotolitografii byl hlavním hnacím motorem Moorova zákona, který umožnil zdvojnásobování hustoty tranzistorů. Další krok ve fotolitografii je již ve vývoji: High-NA EUV (objektivy s vyšší numerickou aperturou pro ještě jemnější vzory), cílené na čipy 2 nm a menší v letech 2025–2026. Celý svět výroby čipů do značné míry závisí na pokroku v této optické technologii.
Chemické procesy a plyny: Moderní továrna (fab) využívá ohromující škálu chemikálií – od plynů jako fluor, argon, dusík, silan po kapalná rozpouštědla, kyseliny a fotorezisty. Při různých krocích depozice a leptání se může použít více než 100 různých plynů (mnohé jsou toxické nebo vysoce specializované) steveblank.com. Fotorezistové chemikálie jsou na světlo citlivé polymery nanášené na wafery pro přenos vzorů obvodů – tato oblast je ovládána japonskými firmami steveblank.com. Suspenze pro chemicko-mechanickou planarizaci (CMP) obsahující nanoabraziva se používají k leštění vrstev waferu do roviny steveblank.com. Dokonce i deionizovaná ultrapure voda je klíčovým „materiálem“ – továrny spotřebují obrovské objemy na oplachování waferů (jak je popsáno v sekci o životním prostředí). Každý materiál musí splňovat extrémní požadavky na čistotu, protože jediný atom nebo částice nečistoty může zničit miliardy tranzistorů. Proto je dodávka těchto materiálů sama o sobě high-tech úkolem, často s malým počtem kvalifikovaných dodavatelů (a tedy náchylná k narušení, jak bylo zmíněno dříve).
Tranzistorová technologie (generace uzlů): Čipy se často klasifikují podle svého „uzlu“ nebo velikosti tranzistoru – např. 90nm, 28nm, 7nm, 3nm atd. Menší je obecně lepší (více tranzistorů na plochu, vyšší rychlost, nižší spotřeba). Jak se tyto miniaturní tranzistory vyrábějí? Zahrnuje to jak litografii pro definování jejich malých prvků tak chytrou architekturu tranzistoru. Průmysl přešel od tradičních plochých (planárních) tranzistorů k FinFET (3D fin tranzistory) kolem 22nm uzlu pro lepší kontrolu úniku. Nyní, kolem ~3nm, je zaváděn nový design zvaný Gate-All-Around (GAA) nebo nanosheet tranzistory (Samsungův 3nm používá GAA a TSMC/Intel plánují GAA na 2nm) – tento design obepíná hradlo tranzistoru zcela kolem kanálu pro ještě lepší kontrolu. Tyto pokroky ve struktuře zařízení spolu s novými materiály (např. dielektrika s vysokou permitivitou, kovová hradla) prodloužily platnost Moorova zákona, i když jednoduché zmenšování je stále obtížnější bipartisanpolicy.org. Probíhá celý výzkumný a vývojový řetězec zaměřený na nové materiály na úrovni tranzistoru – například použití germánia nebo 2D materiálů (jako grafen) pro kanály ke zvýšení pohyblivosti, nebo III-V polovodičů pro určité vrstvy. I když zatím nejsou ve velkoobjemové výrobě pro logiku, takové materiály se mohou objevit v příštích letech, jakmile křemíkové tranzistory dosáhnou fyzikálních limitů.
Balení a integrace čipů: Jak se zmenšování tranzistorů přináší stále menší přínosy, inovace se přesouvají k balení a integraci čipů. Pokročilé balení umožňuje kombinovat více čipů (čipletů) v jednom balení, propojených hustými propojkami. Techniky jako TSMC CoWoS a SoIC, Intel Foveros a AMD čipletová architektura umožňují návrhářům kombinovat různé „díly“ (CPU jádra, GPU, IO, paměť) v jednom modulu. To zlepšuje výkon a výtěžnost (menší čipy se snáze vyrábějí bez vad a pak se skládají dohromady). Například nejnovější CPU od AMD používají čiplety a připravovaný Intel Meteor Lake také. 3D stohování je další technologie – skládání čipů na sebe, například vrstvení paměti na logiku (např. HBM paměť s vysokou propustností) pro překonání úzkých míst v propustnosti. Průmysl standardizuje rozhraní pro čiplety (UCIe), takže čipy od různých výrobců by mohly být v budoucnu interoperabilní v jednom balení bakerbotts.com. Stručně řečeno, „čiplety jsou jako Lego kostky – menší, specializované čipy, které lze kombinovat a vytvářet tak výkonnější systémy,“ jak vtipně poznamenal MIT Tech Review (ilustruje hlavní inovační trend). Tato revoluce v balení je klíčovou technologickou strategií, jak dále zvyšovat výkon systémů, i když se škálování tranzistorů zpomaluje.
Návrhový software & IP: Ačkoliv to není materiál, stojí za zmínku, že EDA (Electronic Design Automation) nástroje a IP jádra, které se používají k návrhu čipů, jsou samy o sobě klíčovými technologiemi. Moderní čipy jsou natolik složité, že se objevuje EDA s podporou AI – nástroje nyní využívají strojové učení k optimalizaci rozložení čipů a rychlejší verifikaci návrhů steveblank.com. Na straně IP jsou základní návrhy jako ARM CPU jádra nebo Imagination GPU jádra základní technologie, které si mnoho firem licencuje místo toho, aby je vyvíjely znovu, a slouží tak jako stavební bloky.
Nové výpočetní paradigmata: Kromě tradičních digitálních čipů se zkoumají nové technologie: kvantové výpočetní čipy (využívající qubity ze supravodivých obvodů nebo iontů v pasti) slibují exponenciální zrychlení pro určité úlohy, i když jsou zatím ve fázi výzkumu. Fotonické integrované obvody používají světlo místo elektřiny pro komunikaci a potenciálně i výpočty při velmi vysokých rychlostech s nízkým zahříváním – již se používají v některé komunikační infrastruktuře. Neuromorfní čipy se snaží napodobit mozkové neuronové sítě v hardwaru pro AI aplikace. I když zatím nejsou běžné, probíhající výzkum a vývoj by je mohl v příštích letech začlenit do polovodičového světa.

Shrnuto, výroba polovodičů vyžaduje zvládnutí ohromujícího množství technologií – od vědy o materiálech (pěstování dokonalých krystalů, chemie leptání) přes optickou fyziku (nanofotonika litografie) až po informatiku (algoritmy návrhu). Tato složitost je důvodem, proč jen několik ekosystémů (Tchaj-wan, Jižní Korea, USA, Japonsko, Evropa) má plné zvládnutí těchto technologií a proč mají nováčci velké překážky k dohnání. Je to také důvod, proč jsou čipy tak těžké na výrobu – ale tak zázračné v tom, čeho dosahují.

Inovace a směry výzkumu a vývoje (R&D)

Polovodičový průmysl je poháněn neúnavnou inovací – slavně shrnutou v Mooreově zákonu, tedy pozorování, že počet tranzistorů na čipech se přibližně každé dva roky zdvojnásobí. I když se Mooreův zákon zpomaluje kvůli fyzikálním omezením, výzkum a vývoj (R&D) ve světě čipů je živější než kdy dříve a zkoumá nové způsoby, jak dále zlepšovat výkon. Zde jsou některé klíčové inovace a budoucí směry pro roky 2024-2025:

Posouvání hranic výrobních uzlů: Hlavní hráči závodí o komercializaci dalších generací čipových technologií. TSMC a Samsung zahájily výrobu na 3 nanometrech v letech 2022-2023; nyní TSMC plánuje 2nm továrny do let 2025-2026 a IBM (s Rapidus v Japonsku) dokonce předvedla laboratorní prototyp 2nm čipu. Intel se snaží znovu získat vedení v procesech s uzly, které nazývá 20A a 18A (ekvivalent cca 2 nm) v letech 2024-2025, s integrací páskových GAA tranzistorů (“RibbonFET”). Každé zmenšení uzlu vyžaduje obrovské investice do R&D – nové litografické triky, nové materiály (například kobalt nebo ruthenium pro propoje, nové izolanty) a více vrstev EUV. Hovoří se dokonce o procesech pod 1 nm (tzv. angstromová škála) později v této dekádě, i když tehdy už jsou označení “nm” spíše marketingová – skutečné rozměry prvků mohou být jen několik atomů silné.
Čipletové a modulární architektury: Jak již bylo zmíněno, návrh založený na čipletech je hlavní inovací, kterou je třeba sledovat. Již se používá (procesory AMD Zen, chystaný Intel Meteor Lake, Apple M1 Ultra, který v podstatě spojuje dva čipy M1 Max přes interposer) a dále se vyvíjí se standardizovanými rozhraními. Tento modulární přístup umožňuje opakované využití IP bloků, kombinaci výrobních uzlů (např. analog na starším čipletu, CPU na novějším), a lepší výtěžnost. Konsorcium UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express), založené v roce 2022, vyvíjí otevřené standardy, takže by si firma mohla potenciálně koupit hotové čipletové komponenty a integrovat je – jako by skládala Lego kostky. V roce 2024 vidíme, že čiplety umožňují specializovanější kombinace, například snadnou integraci AI akcelerátorů nebo HBM paměťových vrstev pro škálování výkonu bakerbotts.com. Do budoucna by to mohlo zásadně změnit způsob návrhu čipů a to, kdo je může vyrábět (snížení vstupních bariér pro nové hráče, kteří se mohou zaměřit na jednu čipletovou specializaci).
Umělá inteligence (AI) a specializované čipy: Rostoucí poptávka po AI výpočetním výkonu (např. trénování velkých neuronových sítí pro generativní AI) formuje inovace v oblasti čipů. Tradiční CPU jsou pro AI úlohy neefektivní, proto jsou GPU (grafické procesory) a AI akcelerátory (TPU, NPU atd.) velmi žádané. V roce 2024 jsme byli svědky „AI zlaté horečky“ v polovodičích – například datacentrové GPU od Nvidie se prodávají tak rychle, jak je dokážou vyrobit, a mnoho startupů navrhuje čipy specificky pro AI. Generativní AI čipy (zahrnující CPU, GPU, specializované AI akcelerátory, paměť, síťové prvky) pravděpodobně překročily v roce 2024 tržby 125 miliard dolarů – více než dvojnásobek původních odhadů – což tvoří přes 20 % všech prodejů čipů deloitte.com. To podněcuje výzkum a vývoj architektur optimalizovaných pro AI: například tenzorové procesory, neuromorfní čipy, výpočty v paměti (zpracování dat přímo v paměťových polích) a dokonce i analogové výpočty pro AI. Velcí hráči jako NVIDIA, Google (TPU), Amazon (Inferentia) a startupy (Graphcore, Cerebras atd.) prosazují inovativní návrhy. Generální ředitelka AMD Lisa Su odhadla, že celkový trh s čipy souvisejícími s AI by mohl dosáhnout 500 miliard dolarů do roku 2028 deloitte.com – což je číslo větší než celý polovodičový trh v roce 2023, což zdůrazňuje transformační potenciál AI. Takové prognózy pohánějí obrovské investice do výzkumu a vývoje AI čipů.
3D integrace a heterogenní integrace: Kromě čipletů vedle sebe je dalším průlomem 3D stohování (čipy na sobě). Stohování pamětí (např. HBM na GPU) je již běžné. Dalším krokem je stohování logických čipů pro zkrácení spojů – například umístění cache paměti přímo nad vrstvu CPU jádra pro rychlejší přístup. Výzkumné projekty zkoumají 3D IC s tisíci vertikálními propoji (přes-silikonové průchody nebo dokonce spojení mezi čipy na nanometrové rozteči). Heterogenní integrace znamená spojení různých technologií (CMOS logika, DRAM paměť, fotonika atd.) v jednom balení nebo stohu. Americký CHIPS Act financuje pokročilá balení a integrační zařízení, protože to je považováno za klíč k budoucímu pokroku, až se čisté škálování zpomalí. V roce 2024 Intel předvedl stohování výpočetního čipu na I/O čipu s „PowerVia“ dodávkou energie ze zadní strany mezi nimi, jako součást svých připravovaných návrhů. Toto je špičkový výzkum a vývoj v oblasti balení čipů.
Nové materiály a tranzistorové paradigmata: Výzkumníci také pracují na post-silicon, post-CMOS technologiích. Grafen a uhlíkové nanotrubice mají lákavé vlastnosti (ultra-rychlá pohyblivost elektronů), které by mohly umožnit mnohem menší tranzistory, ale jejich začlenění do masové výroby je náročné. Přesto byly experimentální uhlíkové nanotrubicové FETy předvedeny v laboratorních čipech (MIT před několika lety slavně vytvořil 16bitový mikroprocesor kompletně z uhlíkových nanotrubicových tranzistorů). 2D polovodiče, jako je disulfid molybdeničitý (MoS₂), jsou zkoumány pro ultra-tenké kanály. Mezitím spintronika (využití spinu elektronu pro paměť, jako je MRAM), feroelektrické FETy a kvantová zařízení jsou aktivními oblastmi výzkumu, které by mohly vylepšit nebo nahradit současné technologie pro určité aplikace. Žádná z těchto technologií se nedostane do masové výroby v roce 2025, ale investice nyní by mohly přinést průlomy na konci desetiletí. Pozoruhodný příklad: IBM a Samsung oznámily v roce 2021 výzkum VTFET (Vertical Transport FET), nové vertikální tranzistorové struktury, která by teoreticky mohla nabídnout velký skok v hustotě orientací tranzistorů vertikálně skrz čip.
Kvantové počítače a křemíková fotonika: I když nejsou přímo součástí hlavních CMOS plánů, jak kvantové počítače, tak fotonická integrace jsou budoucí směry překrývající se s polovodiči. Výzkum a vývoj kvantových počítačů zaznamenal miliardové investice – společnosti jako IBM, Google, Intel dokonce vyrábějí kvantové procesorové čipy (i když s velmi odlišnou technologií – např. supravodivé obvody při kryogenních teplotách). Pokud se kvantové počítače rozšíří, mohly by během deseti až dvaceti let doplnit klasické polovodiče pro určité úlohy (kryptografie, složité simulace). Křemíková fotonika na druhé straně se již spojuje s tradičními čipy: integruje optická rozhraní pro super-rychlé datové propojení (například mezi serverovými čipy) pomocí miniaturních laserů a vlnovodů na čipu. Technologičtí giganti (např. Intel, Cisco) mají programy fotonických čipů a startupy pracují na optických neuronových sítích. V roce 2024 jsme zaznamenali další pokrok s druhou generací optických transceiverových čipů pro datová centra a výzkum fotonického výpočtu pro AI.
Pokročilé paměťové technologie: Inovace se netýká jen logických čipů. Paměť se také vyvíjí: 3D NAND flash směřuje k více než 200 vrstvám (Micron a SK Hynix oznámily čipy s více než 230 vrstvami) a do roku 2030 možná až 500+ vrstev, přičemž paměťové buňky jsou skládány jako mrakodrapy. Nové paměti jako MRAM, ReRAM a paměť s fázovou změnou jsou ve vývoji, aby potenciálně nahradily nebo doplnily DRAM a flash, přičemž nabízejí nevolatilitu s lepší rychlostí nebo životností. V roce 2023 Intel a Micron oba představili pokroky v těchto pamětech nové generace. Výpočetní úložiště (kde paměť může provádět některé výpočetní úlohy) je další směr.

Celkově je pipeline výzkumu a vývoje bohatý – od okamžitých vylepšení výroby nové generace (2nm, GAA tranzistory) až po revoluční nové výpočetní paradigmata. Průmysl také získává bezprecedentní vládní podporu pro výzkum a vývoj: například americký CHIPS Act vyčleňuje miliardy na nová národní výzkumná centra polovodičů a evropský Chips Act obdobně zvyšuje financování výzkumu a vývoje semiconductors.org. Tyto snahy mají za cíl zajistit vedení v budoucích technologiích. Jedním z jasných trendů je masivní spolupráce mezi firmami, vládami a akademickou sférou na pre-konkurenčním výzkumu (vzhledem k nákladům).

V roce 2025 možná Mooreův zákon zpomaluje v tradičním smyslu, ale inovátoři jsou přesvědčeni, že „Více Moore“ a „Více než Moore“ (nové schopnosti nad rámec škálování) budou pokračovat. Nedávný článek v Economist poznamenal, že i když se tranzistory nebudou zmenšovat na polovinu každé dva roky, tempo pokroku může pokračovat díky čipletovým architekturám, návrhu poháněnému AI a specializaci economist.com. Jinými slovy, konec Mooreova zákona nebude znamenat konec rychlého pokroku – jen přijde z jiných směrů. Příští roky budou vzrušující, protože uvidíme, zda průlomové technologie jako High-NA EUV, 3D stohování čipů nebo možná nějaká dosud nepředvídaná novinka posunou průmysl na novou úroveň.

Geopolitické napětí a dopady na politiku

Polovodiče nejsou jen byznys – jsou geopolitickými žetony v globální hře o moc. Protože pokročilé čipy jsou klíčové pro ekonomickou sílu a národní bezpečnost (vojenské technologie, kritická infrastruktura, bezpečná komunikace), státy stále více přistupují k ochraně a kontrole polovodičových schopností. V letech 2024-2025 toto napětí pouze eskalovalo, což přetváří politiku i mezinárodní vztahy. Zde jsou hlavní příběhy:

Americko-čínská technologická „čipová válka“: Spojené státy a Čína jsou zapojeny do ostré soutěže o polovodiče. USA vnímají pokrok Číny v oblasti čipů jako potenciální bezpečnostní hrozbu (pokročilé čipy mohou pohánět AI pro armádu atd.) a přijímají silná opatření, aby odepřely Číně přístup k nejmodernější čipové technologii. V říjnu 2022 USA oznámily rozsáhlé vývozní kontroly, které zakazují čínským firmám získávat pokročilé čipy (nad určité výkonnostní limity) a zařízení k jejich výrobě. V roce 2023 a na konci roku 2024 byla tato omezení dále zpřísněna – například zákazem i některých méně pokročilých AI čipů Nvidia do Číny a rozšířením seznamu čínských firem (jako SMIC, Huawei) pod sankcemi deloitte.com. USA také tlačily na spojence Nizozemsko a Japonsko, aby omezili vývoz pokročilé litografie a dalších čipových nástrojů do Číny, s čímž souhlasili začátkem roku 2023 (tím zcela odstřihli Čínu od EUV strojů a dokonce i některých pokročilých DUV nástrojů). Cílem těchto omezení je zpomalit pokrok Číny v nejvyspělejších polovodičích, zejména těch potřebných pro vojenskou AI a superpočítače theregister.com m. Američtí představitelé otevřeně uvedli, že chtějí udržet „malý dvorek, vysoký plot“ – tedy malou sadu nejpokročilejších technologií, ale s prakticky neproniknutelnou blokádou kolem nich.
Reakce Číny – soběstačnost a nábor odborníků: Čína nezůstala nečinná. Spustila program „Made in China 2025“ v hodnotě přes 150 miliard dolarů, jehož cílem je rozvíjet domácí polovodičové kapacity a snížit závislost na zahraničních technologiích. Čínské továrny jako SMIC dosahují postupného (byť skromného) pokroku – navzdory sankcím dokázala SMIC v letech 2022–23 vyrobit 7nm čipy (pomocí starší DUV litografie kreativními způsoby) patentpc.com, jak ukázal smartphone Huawei uvedený v roce 2023, jehož rozborka odhalila 7nm čínský SoC. Čína také využívá mezery v pravidlech a zdvojnásobuje výzkum a vývoj nástrojů, které nemůže dovážet (například vývoj vlastní litografické techniky, i když je stále roky pozadu). Další taktikou je přetahování talentů. Protože americká pravidla zakazují Američanům pomáhat čínským polovodičovým firmám, Čína agresivně nabírá inženýry z Tchaj-wanu, Koreje a dalších zemí a nabízí jim štědré výhody. „Čína agresivně nabírá zahraniční odborníky… s vysokými platy, bezplatným bydlením a dalšími benefity,“ uvedla agentura Reuters deloitte.com. Tato „válka o talenty“ je pokusem importovat know-how. Navíc Čína v polovině roku 2023 zavedla vlastní vývozní omezení na některé materiály (gallium, germanium) deloitte.com, čímž dala najevo, že může reagovat odvetou využitím své dominance v některých surovinách nezbytných pro polovodiče.
Zákony CHIPS a průmyslová politika: Pozoruhodným vývojem je, kolik vlád přijalo politiky na přesun výroby čipů zpět do vlastní země nebo do spřátelených zemí, čímž se odklánějí od desetiletí trvajícího laissez-faire přístupu. Zákon CHIPS a věda Spojených států (2022) vyčlenil 52,7 miliardy dolarů na přímou podporu domácí výroby čipů, plus 25% investiční daňové úlevy na investice do továrenbipartisanpolicy.org. V letech 2023-24 začalo americké ministerstvo obchodu tyto prostředky přidělovat projektům – například v roce 2023 oznámilo první granty a záruky na půjčky pro firmy stavějící továrny v USA. bipartisanpolicy.org. Cílem je zvýšit podíl USA na světové produkci (aktuálně asi 12 %) a zajistit, aby nejpokročilejší čipy (například pro obranu) bylo možné vyrábět na americké půdě. Podobně EU spustila Evropský zákon o čipech (2023), jehož cílem je mobilizovat 43 miliard eur a zdvojnásobit podíl Evropy na výrobě na 20 % do roku 2030 consilium.europa.eu. To zahrnuje dotace na nové továrny (Intel získal velkou dotaci na továrnu v Německu, TSMC je také lákáno na továrnu v Německu), podporu startupů a financování výzkumu. Japonsko také poskytlo miliardy v dotacích – přilákalo TSMC k výstavbě továrny v Kumamotu (se Sony a Denso jako partnery) tím, že nabídlo téměř polovinu nákladů (476 miliard jenů ≈ 3,2 miliardy dolarů dotace) reuters.com. Japonsko také vytvořilo Rapidus, konsorcium s firmami jako Sony, Toyota a podporované vládou, aby ve spolupráci s IBM vyvinulo domácí technologii 2nm procesu. Jižní Korea oznámila vlastní pobídky pro mega „klastr polovodičů“ a na podporu svých firem, jako je Samsung, při výstavbě nových továren. Indie spustila pobídkový program v hodnotě 10 miliard dolarů, aby přilákala výrobce čipů k výstavbě továren (i když k roku 2024 je pokrok pomalý, s určitým zájmem o analogové/zastaralé továrny a balení). Dokonce i Saúdská Arábie a SAE naznačily zájem masivně investovat do polovodičů, aby diverzifikovaly své ekonomiky patentpc.com. Tato globální vlna průmyslové politiky je pro čipový průmysl bezprecedentní, který měl historicky jen několik vládních podpor (například dlouhodobá podpora TSMC na Tchaj-wanu), ale nikdy takto širokou koordinaci. Rizikem je možná přebytečná kapacita v dlouhodobém horizontu a neefektivní alokace, ale hlavní obavou je národní bezpečnost a odolnost dodavatelských řetězců.
Aliance a „friendshoring“: Na geopolitické šachovnici se vytvořily nové aliance soustředěné kolem čipů. USA se snaží vytvořit jakousi „čipovou alianci“ technologicky vyspělých států s podobným smýšlením – často označovanou jako „Chip 4“ (USA, Tchaj-wan, Jižní Korea, Japonsko) – za účelem koordinace bezpečnosti dodavatelského řetězce a zabránění tomu, aby se klíčové technologie dostaly do rukou protivníků. Nizozemsko (domov ASML) je také klíčovým partnerem. Tyto země společně ovládají většinu špičkového duševního vlastnictví, nástrojů a výroby čipů. Společná prohlášení v letech 2023 a 2024 mezi USA a Japonskem a USA a Nizozemskem potvrdila spolupráci v oblasti kontroly polovodičů. Na druhé straně Čína a země v její sféře vlivu (možná Rusko a některé další) mohou prohlubovat své vlastní technologické vazby – např. Čína zvýšila technologickou spolupráci s Ruskem a hledá polovodičové vybavení od jakékoli země, která je ochotná prodávat. Otázka Tchaj-wanu je zásadní: USA výslovně uvádějí, že nemohou zůstat závislé na Tchaj-wanu v oblasti čipů neomezeně dlouho (proto povzbuzují TSMC ke stavbě v Arizoně). Tchaj-wan naopak chce udržet svůj „křemíkový štít“ – myšlenku, že světová závislost na jeho čipech odrazuje od vojenské agrese. Napětí je však vysoké – scénáře válečných her a některá prohlášení úředníků dokonce nastínila extrémní myšlenky, jako je zničení továren na čipy na Tchaj-wanu v případě invaze, aby nepadly do čínských rukou theregister.com. To ukazuje, jak jsou polovodiče nyní provázány s plánováním národní obrany.
Vyšší náklady a kompromisy: Jedním z důsledků politizace dodavatelského řetězce jsou vyšší náklady a neefektivita. Morris Chang varoval, že reorganizace výroby kvůli politice zvýší ceny – distribuovaný globální model „just-in-time“ byl velmi nákladově efektivní theregister.com. Nyní, když se továrny na čipy duplikují v několika zemích, někdy nejsou plně využity, nebo se staví na méně vhodných místech (z hlediska nákladů), může to znamenat, že spotřebitelé zaplatí více za čipy a produkty na nich závislé. TSMC již uvedla, že čipy vyrobené v její nové továrně v Arizoně budou stát podstatně více než ty vyrobené na Tchaj-wanu (některé odhady uvádějí ~50% vyšší náklady) reuters.com. Firmy mohou tyto náklady přenést na zákazníky. Výzvou je také rozšíření talentů a dodavatelských řetězců v nových regionech (jak ukázalo zpoždění TSMC v Arizoně, viz sekce Workforce). Přesto se zdá, že vlády jsou ochotny tyto náklady nést výměnou za bezpečnostní přínosy.
Kontroly exportu a dodržování předpisů: Dalším vývojem jsou složité režimy kontroly exportu, které se zavádějí. Úřad pro průmysl a bezpečnost (BIS) amerického ministerstva obchodu aktivně aktualizuje pravidla. Například koncem roku 2024 USA oznámily pravidla, která omezují přístup i k pokročilým AI modelům pro sankcionované země a omezily některé méně pokročilé čipy, které by mohly být přepracovány pro vojenské použití deloitte.com. Dohled a vymáhání je výzvou – existuje prosperující šedý trh překupníků čipů a zprostředkovatelů, kteří se snaží dostat omezené čipy do Číny nebo jiných zakázaných destinací. V reakci na to USA zvyšují vymáhací opatření. Mezitím Čína vytváří svůj vlastní seznam kontrolovaného exportu (pravděpodobně zahrne více položek, jako jsou magnety ze vzácných zemin atd., nad rámec již omezených kovů). Tato hra na kočku a myš pravděpodobně bude pokračovat a firmy se někdy ocitnou uprostřed (například NVIDIA musela vytvořit upravené nízkorychlostní verze svých AI čipů, aby je mohla legálně prodávat do Číny podle pravidel, což USA následně sledovaly s dalšími omezeními).
Technologická suverenita vs. spolupráce: Mnoho zemí hovoří o „technologické suverenitě“ – EU tento pojem používá k ospravedlnění investic, které mají zajistit, že nebude zcela závislá na zahraničních technologiích. Na druhou stranu inovace v polovodičích prosperují díky globální spolupráci (žádná země to nedokáže levně sama). Politici tedy musí balancovat: budovat místní kapacity, aniž by se izolovali od globální sítě dodavatelů a zákazníků. Americký zákon CHIPS ve skutečnosti obsahuje ustanovení, že financované firmy nesmí po dobu 10 let budovat pokročilé nové kapacity v Číně, aby bylo zajištěno oddělení bipartisanpolicy.org. Čína na oplátku prosazuje „soběstačnost“, i kdyby to znamenalo znovuobjevovat již existující řešení. Pokud se rozkol prohloubí, můžeme vidět paralelní ekosystémy – například Čína si vyvine vlastní EDA nástroje, vlastní zařízení, byť o generaci pozadu. Z dlouhodobého hlediska se někteří obávají, že tato duplicita snižuje celkovou efektivitu inovací (protože dříve si například TSMC mohla rozložit náklady na výzkum a vývoj prodejem všem globálně; ve světě rozděleném na části jsou objemy na trh nižší).

V roce 2024 geopolitické napětí v oblasti polovodičů zůstává na historickém maximu. Průkopník tohoto odvětví Morris Chang podporuje snahy USA zpomalit Čínu – poznamenal „USA zahájily svou průmyslovou politiku v oblasti čipů, aby zpomalily pokrok Číny. … Podporuji to,“ i když uznává, že éra volného obchodu s čipy končí. Společnosti jako ASML vyjádřily obavy, že některá omezení se zdají být „více ekonomicky motivovaná“ než čistě bezpečnostní reuters.com, jak poznamenal generální ředitel ASML s nadějí na stabilní rovnováhu reuters.com. Mezitím se země jako Jižní Korea někdy cítí být mezi dvěma mlýnskými kameny – jsou závislé na Číně jako trhu, ale spojenci USA. Například Jižní Korea získala určitou flexibilitu (výjimky) pro své společnosti Samsung a SK Hynix, aby mohly nadále provozovat továrny v Číně navzdory americkým pravidlům, ale koncem roku 2024 čelila i Jižní Korea „nečekané komplikaci“ při zvažování vlastní technologické politiky pod tlakem deloitte.com.

„Válka o čipy“ v oblasti polovodičů pravděpodobně bude i nadále formovat globální politiku. Na jedné straně vede k obrovským investicím do technologií a kapacit (což může být pozitivní pro inovace a pracovní místa). Na druhé straně hrozí vznik roztříštěného a nestabilního technologického prostředí, kde jsou otřesy v dodavatelských řetězcích a obchodní spory běžnější. Pro širokou veřejnost je jedním z okamžitých důsledků to, že zajištění stabilních dodávek čipů se stalo hlavní prioritou vlád – podobně jako energetická bezpečnost. V příštích letech lze očekávat zprávy o zahájení výstavby nových továren v americkém vnitrozemí nebo evropských metropolích, odvetných zákazech exportu mezi hlavními mocnostmi a polovodičích jako klíčovém bodu diplomatických jednání. Globální soutěž o nadvládu v oblasti čipů je nyní v plném proudu a zásadně ovlivní jak vývoj polovodičového průmyslu, tak širší rovnováhu ekonomické moci v 21. století.

Ekonomický dopad polovodičového průmyslu

Polovodičový průmysl nejen umožňuje fungování ostatních sektorů – je obrovskou ekonomickou silou sám o sobě. V roce 2024 globální trh s polovodiči prudce vzrostl, když se zmírnily pandemické nedostatky a prudce vzrostla nová poptávka. Celosvětový prodej čipů dosáhl v roce 2024 přibližně 630,5 miliardy dolarů semiconductors.org, což znamená robustní nárůst o ~18–20 % oproti předchozímu roku, a v roce 2025 se očekává dosažení nových rekordů (kolem 697 miliard dolarů) deloitte.com. Pokud současné trendy vydrží, mohl by se průmysl do roku 2030 přiblížit 1 bilionu dolarů ročně deloitte.com. Pro srovnání, to je zhruba HDP Nizozemska nebo Indonésie, které čipy každoročně generují.

Ale skutečný ekonomický dopad polovodičů je mnohem větší než samotný prodej čipů. „Firmy v ekosystému polovodičů vyrábějí čipy … a prodávají je firmám, které je navrhují do systémů a zařízení … Tržby z produktů obsahujících čipy mají hodnotu desítek bilionů dolarů,“ vysvětluje odborník na průmysl Steve Blank steveblank.com. Prakticky každý moderní elektronický produkt (chytré telefony, PC, auta, telekomunikační zařízení, průmyslové stroje) obsahuje čipy – tyto koncové trhy mají hodnotu mnoha bilionů a pohánějí produktivitu v celé ekonomice. Například polovodiče jsou zásadní pro klíčová odvětví jako automobilový průmysl (dnešní auta mají desítky mikrokontrolérů), výpočetní techniku a cloudové služby, telekomunikace (5G sítě), spotřební elektroniku a nově vznikající oblasti jako umělá inteligence a obnovitelné zdroje energie. Dostupnost a cena čipů přímo ovlivňují zdraví a tempo inovací těchto sektorů.

Několik konkrétních bodů k ekonomickému dopadu:

Umožnění technologických revolucí: Polovodiče jsou často úzkým hrdlem nebo katalyzátorem nových technologických vln. Vzestup chytrých telefonů a mobilního internetu v roce 2010 umožnily stále výkonnější a energeticky úspornější čipy do telefonů. Současný boom AI (s modely podobnými ChatGPT a autonomními systémy) je možný díky špičkovým GPU a AI akcelerátorům; pokud by pokrok v čipech stagnoval, algoritmy AI by nemohly běžet v praktickém měřítku. Budoucí rozšíření IoT (Internet věcí), elektrických a autonomních aut, automatizace Industry 4.0 a 6G komunikace všechny předpokládají pokračující pokrok v oblasti čipů. Z ekonomického hlediska mají čipy obrovský multiplikátorový efekt – průlom v polovodičích může uvolnit zcela nová odvětví. Vědomy si toho, vlády označují polovodiče za „strategické“ odvětví; například Bílý dům uvedl, že polovodiče jsou „klíčové pro hospodářský růst a národní bezpečnost USA“, což je důvod, proč byl zákon CHIPS odůvodněn bipartisanpolicy.org.
Tvorba pracovních míst a vysoce kvalifikovaná zaměstnanost: Sektor polovodičů podporuje velké množství pracovních míst po celém světě, z nichž mnohá jsou vysoce placená a kvalifikovaná (inženýři, technici, výzkumníci). V centrech návrhu čipů jako Silicon Valley (USA) nebo Hsinchu (Tchaj-wan) jsou čipové společnosti hlavními zaměstnavateli. Jediná nová továrna může vytvořit tisíce přímých pracovních míst a desítky tisíc nepřímých (stavebnictví, dodavatelé, služby). Například plánované továrny Intelu v Ohiu a TSMC v Arizoně mají každá vytvořit přibližně 3 000 přímých pracovních míst a mnohem více v širší ekonomice. Navíc právě o tento typ pokročilých výrobních pracovních míst mají mnohé rozvinuté země zájem z ekonomických i bezpečnostních důvodů. Jak však probereme v další části, nalezení kvalifikovaných pracovníků pro tyto pozice je rostoucí výzvou, což má samo o sobě ekonomické důsledky (nedostatek pracovní síly může zpomalit expanzi a zvyšovat mzdy).
Globální obchod a dodavatelské řetězce: Polovodiče patří mezi nejvíce obchodované produkty na světě. Roční globální obchod s polovodiči a souvisejícím vybavením dosahuje stovek miliard. Například čipy jsou trvale mezi hlavními exportními artikly zemí jako Tchaj-wan, Jižní Korea, Malajsie a stále více Čína (která vyváží mnoho levnějších čipů, i když dováží špičkové). Ve skutečnosti od roku 2020 čínský dovoz čipů (asi 350 miliard dolarů v roce 2022) překonal dovoz ropy, což ukazuje, že čipy jsou pro zemi klíčovou dovozní komoditou patentpc.com. Tato dynamika se také promítá do obchodních bilancí a vyjednávání. Ekonomiky závislé na exportu, jako Jižní Korea a Tchaj-wan, spoléhají na vývoz čipů pro svůj růst – na Tchaj-wanu je samotná TSMC hlavním přispěvatelem k HDP a obchodnímu přebytku. Mezitím země, které jsou závislé na dovozu čipů (jako mnohé v Evropě nebo Indie), vidí zlepšení své obchodní pozice jako jeden z důvodů pro rozvoj domácí výroby.
Ekonomická bezpečnost: Nedostatek čipů v letech 2021–2022 posloužil jako varovný signál: nedostatek polovodičových součástek za 1 dolar stačil k zastavení výroby automobilů za 40 000 dolarů, což přispělo k inflaci a nižšímu růstu HDP v některých regionech. Studie odhadly, že nedostatek čipů snížil celosvětovou produkci automobilů o několik procentních bodů a zpomalil dostupnost spotřební elektroniky, což pravděpodobně mělo mírný tlumící dopad na HDP v roce 2021. Vlády nyní považují zajištěné dodávky čipů za součást ekonomické bezpečnosti. Zpráva PwC z roku 2023 dokonce varovala, že vážné narušení dodávek čipů způsobené změnou klimatu by mohlo ohrozit třetinu z předpokládané produkce v hodnotě 1 bilionu dolarů během deseti let, pokud se průmysl nepřizpůsobí pwc.com – což by výrazně poškodilo globální ekonomiku. Ekonomičtí plánovači proto nyní začleňují polovodiče do hodnocení rizik, která byla dříve vyhrazena pro základní komodity.
Akciový trh a růst firem: Samotné polovodičové společnosti se staly jedněmi z nejhodnotnějších firem na světě. Koncem roku 2024 činila kombinovaná tržní kapitalizace deseti největších čipových firem přibližně 6,5 bilionu dolarů, což je nárůst o 93 % oproti předchozímu roku deloitte.com, díky prudkému růstu hodnoty v souvislosti s AI. Giganti jako TSMC, NVIDIA, Samsung, Intel a ASML mají každý tržní kapitalizaci v řádu stovek miliard. Výkonnost těchto firem výrazně ovlivňuje akciové indexy a investiční toky. Index Philadelphia Semiconductor (SOX) je dokonce často považován za barometr zdraví technologického sektoru. Bohatství vytvořené růstem těchto firem je obrovské a ony samy pak investují zpět do výzkumu, vývoje a kapitálových výdajů v rekordních objemech (TSMC vynaložila v roce 2022 na kapitálové výdaje přibližně 36 miliard dolarů reuters.com, což je srovnatelné s náklady na stavbu několika letadlových lodí). To vytváří pozitivní cyklus inovací a ekonomické aktivity, pokud poptávka drží krok.
Dopad na spotřebitele a ceny: Čipy tvoří významnou část nákladů v mnoha produktech. Jak se čipy stávají výkonnějšími (dle Moorova zákona), často klesá cena za funkci, což umožňuje levnější elektroniku nebo více funkcí za stejnou cenu – což je přínos pro spotřebitele i produktivitu. Nedávný nedostatek v dodávkách a zvýšené náklady na „bezpečné“ dodavatelské řetězce (např. zdvojování továren v regionech s vyššími náklady) však mohou vyvíjet inflační tlak. Viděli jsme například, že ceny aut v letech 2021–2022 výrazně vzrostly i proto, že automobilky neměly dostatek mikrokontrolérů, což vedlo k nízkým skladovým zásobám. Zpráva Goldman Sachs z roku 2021 zjistila, že čipy jsou součástí široké škály spotřebního zboží, takže dlouhodobý nedostatek čipů může ovlivnit inflaci o znatelný zlomek procenta. Naopak, když se dodávky čipů normalizují, může to mít deflační efekt na ceny elektroniky. Z dlouhodobého hlediska je pokračující pokrok v polovodičích deflační silou (elektronika buď zlevňuje, nebo je za stejnou cenu každým rokem výrazně schopnější).
Vládní dotace a návratnost investic (ROI): S desítkami miliard veřejných prostředků nyní přidělených na polovodičové iniciativy sledují daňoví poplatníci a ekonomové jejich návratnost. Zastánci tvrdí, že tyto dotace se vyplatí díky vytváření pracovních míst s vysokou přidanou hodnotou a ochraně klíčových průmyslových odvětví. Existuje také multiplikátorový efekt – např. výstavba továrny (fab) zahrnuje mnoho stavebních prací a následně vysoce kvalifikovaná pracovní místa, přičemž každé pracovní místo ve fabu údajně podporuje ~4–5 dalších pracovních míst v ekonomice (v údržbě, službách atd.). Kritici však varují před nadbytkem nebo neefektivitou, kdy vláda vybírá vítěze. Financování z CHIPS Act například přichází s podmínkami (sdílení zisku při nadměrném zisku, požadavky na péči o děti pro pracovníky ve fabu atd.), aby byly zajištěny široké přínosy. Úspěch nebo neúspěch těchto politik bude mít ekonomické dopady: pokud uspějí, regiony jako americký Středozápad nebo Sasko v Německu by se mohly stát novými Silicon Valley a posílit místní ekonomiky. Pokud ne, hrozí riziko drahých nevyužitých projektů („bílých slonů“).

Shrnuto, polovodiče mají obrovský ekonomický dopad přímo i nepřímo. Podporují růst v navazujících odvětvích a jsou jádrem růstů produktivity (rychlejší počítače = více vědeckých simulací, lepší AI = více automatizace). Cyklická povaha sektoru (cykly boomů a propadů v důsledku kolísání poptávky) může ovlivnit i širší ekonomické cykly. Například pokles v polovodičovém cyklu (jako v roce 2019 nebo 2023 u paměťových čipů) může poškodit export a HDP ekonomik závislých na výrobě, zatímco vzestup (jako současný AI boom) je může výrazně posílit.

S blížícím se rokem 2025 je výhled optimistický: Průmyslový výhled Deloitte uvádí, že rok 2024 byl velmi silný s růstem ~19 % a rok 2025 by mohl přinést další ~11% růst, což by odvětví nasměrovalo k vysněné bilionové hranici deloitte.com. Růst je poháněn poptávkou po nových technologiích (AI, 5G, elektromobily), která kompenzuje případné zpomalení u smartphonů nebo PC. Výzvou bude zvládnout náklady na lokalizaci a geopolitická omezení tak, aby nebyla potlačena inovace a rozsah, které z polovodičů udělaly takový ekonomický úspěch.

Environmentální a udržitelnostní otázky

Ačkoliv je technologie polovodičů ohromující, její výroba s sebou nese významné environmentální náklady. Odvětví se stále více potýká se svými udržitelnostními výzvami – včetně obrovské spotřeby vody a energie, emisí skleníkových plynů a chemického odpadu. Paradoxně, zatímco čipy umožňují ekologičtější technologie (jako efektivní elektroniku a řešení pro čistou energii), jejich výroba může být velmi náročná na zdroje a znečišťující, pokud není pečlivě řízena. Zde jsou hlavní environmentální obavy:

Spotřeba vody: „Polovodiče nemohou existovat bez vody – a to ve velkém množství,“ poznamenává Kirsten James ze společnosti Ceres weforum.org. Továrny (fabs) vyžadují obrovské množství ultrapure vody (UPW) k oplachování waferů po každém chemickém procesu. Tato voda musí být extrémně čistá (tisíckrát čistší než pitná voda), aby se zabránilo jakékoli kontaminaci minerály nebo částicemi weforum.org. K výrobě 1 000 galonů UPW je potřeba přibližně 1 400–1 600 galonů městské vody (zbytek se stává odpadní vodou) weforum.org. Jedna velká továrna na čipy může spotřebovat 10 milionů galonů vody denně, což odpovídá spotřebě vody ~30 000–40 000 domácností weforum.org. Celosvětově se odhaduje, že všechny polovodičové továrny dohromady spotřebují tolik vody jako město s miliony obyvatel; jedna zpráva uvádí, že továrny na čipy po celém světě spotřebují ročně tolik vody jako město Hongkong (7,5 milionu lidí) weforum.org. Tato vysoká poptávka vytváří tlak na místní zásoby vody, zejména v oblastech, které již čelí suchu nebo nedostatku vody (např. továrny TSMC na Tchaj-wanu byly v roce 2021 ohroženy vážným suchem, což si vyžádalo vládní příděly vody a dokonce dovoz vody do továren). Nedostatek vody se stává zranitelností pro průmysl weforum.org. Navíc odpadní voda z továren může obsahovat nebezpečné chemikálie (jako kyseliny, kovy). Bez řádného ošetření může tato odpadní voda znečišťovat řeky a podzemní vody, což poškozuje ekosystémy weforum.org. Skutečně, v některých centrech výroby čipů v Číně a Jižní Koreji úřady udělily továrnám pokuty za porušení životního prostředí kvůli znečištění vody weforum.org. Průmysl reaguje investicemi do recyklace vody: mnoho továren nyní recykluje část své vody. Například nová továrna TSMC v Arizoně uvádí, že znovu využije asi 65 % své spotřeby vody na místě <a href=“https://www.weforum.org/stories/2024/07/the-water-challenge-foweforum.org, a Intel spolupracovali s místními úřady v Oregonu a Arizoně na výstavbě čistíren vody pro doplňování zásob podzemní vody weforum.org. Některé továrny v Singapuru a Izraeli recyklují dokonce ještě vyšší procenta. Nicméně s rostoucí poptávkou po čipech celková spotřeba vody stále poroste, což z toho činí zásadní otázku udržitelnosti.
Spotřeba energie a emise: Výroba čipů je energeticky náročná. Provoz čistých prostor, čerpadel a tepelných procesů ve fabrice 24/7 spotřebovává obrovské množství energie. Jedna pokročilá továrna může nepřetržitě spotřebovávat přibližně 100 megawattů elektřiny – což odpovídá spotřebě malého města (desítky tisíc domácností). Ve skutečnosti „standardní velká továrna na výrobu čipů spotřebuje přes 100 000 megawattů energie … každý den,“ a celý sektor v roce 2024 spotřeboval přibližně 190 milionů tun CO₂ ekvivalentublog.veolianorthamerica.com. (Tato hodnota emisí – 190 milionů tun – odpovídá zhruba ročním emisím zemí jako Vietnam nebo Austrálie.) Část této uhlíkové stopy pochází z nepřímé spotřeby energie (pokud je místní síť poháněna fosilními palivy) a část z přímých procesních emisí. Továrny používají perfluorované sloučeniny (PFC) pro leptání a čištění; tyto plyny, jako CF₄ nebo C₂F₆, mají potenciál globálního oteplování tisíckrát vyšší než CO₂ a v atmosféře mohou přetrvávat tisíce let. Přestože se průmysl snaží omezit úniky PFC (v rámci dobrovolných dohod podle Kjótského protokolu), stále představují významnou část emisí. Podle studie TechInsights, pokud se výroba čipů do roku 2030 zdvojnásobí (aby pokryla trh v hodnotě 1 bilionu dolarů), bez opatření by emise průmyslu mohly výrazně vzrůst pwc.com. Pro řešení spotřeby energie výrobci čipů stále více investují do obnovitelných zdrojů energie pro napájení továren. TSMC se například stala jedním z největších firemních odběratelů obnovitelné energie na světě a do roku 2030 cílí na 40 % obnovitelné energie a do roku 2050 na 100 %. Také Intel má v některých lokalitách továrny napájené ze 100 % obnovitelnou elektřinou. Zlepšování energetické účinnosti ve fabrikách (např. využití rekuperace tepla, účinnější chlazení) je další oblastí zájmu. Důležité však je, že pokročilejší čipy často vyžadují více energie na výrobu jednoho waferu (např. EUV litografie je méně energeticky účinná než starší litografie), takže zde existuje napětí mezi technologickým pokrokem a spotřebou energie na čip. Někteří analytici se obávají, že pokud se Mooreův zákon zpomalí, spotřeba energie na tranzistor by mohla ve skutečnosti vzrůst.
Chemický a nebezpečný odpad: Polovodičový proces využívá toxické a nebezpečné látky – plyny jako silan nebo arsine, žíravé kapaliny (kyseliny, rozpouštědla) a těžké kovy. Bezpečné nakládání s odpadními toky je zásadní. Faby generují chemický odpad, který musí být pečlivě zpracován nebo zlikvidován. Například použité rozpouštědla a leptadla lze destilovat a recyklovat, kyseliny neutralizovat a suspenze filtrovat pro opětovné použití. Společnosti jako Veolia nabízejí služby speciálně zaměřené na pomoc fabům s recyklací odpadu – přeměnou použitých chemikálií na užitečné produkty nebo bezpečným spalováním odpadu a zachycováním energie blog.veolianorthamerica.com. Navzdory osvědčeným postupům se však mohou a skutečně stávají nehody (úniky chemikálií, nesprávná likvidace), které mohou způsobit místní ekologické škody. Dalším aspektem je obalový odpad – výroba zahrnuje velké množství jednorázových plastových obalů, rukavic, plášťů atd. v čistých prostorách. Mnoho firem se nyní snaží tento pevný odpad také omezit a recyklovat blog.veolianorthamerica.com. Existuje také elektronický odpad v dalším řetězci, ale ten se týká spíše likvidace hotových elektronických výrobků než samotné výroby čipů.
Odolnost vůči změně klimatu: Ironií je, že změna klimatu představuje přímou hrozbu pro výrobu čipů, i když čipy budou potřeba k boji proti změně klimatu. Faby se nacházejí na místech, která stále častěji zažívají extrémní počasí: tajfuny ve východní Asii, vlny veder a sucha (např. západ USA, Tchaj-wan) atd. Zpráva CNBC z roku 2024 upozornila, že jediná bouře nebo povodeň zasahující klíčové „město čipů“ může narušit dodávky – například hypotetický tajfun Helene zasahující tchajwanské město Hsinchu (kde sídlí TSMC) by mohl být katastrofální deloitte.com. Firmy nyní hodnotí klimatická rizika pro své provozy. Nedostatek vody je na prvním místě – průzkum mezi vedoucími pracovníky polovodičového průmyslu z roku 2023 zjistil, že 73 % se obává rizik spojených s přírodními zdroji (voda) pro své provozy weforum.org. Mnohé firmy začleňují opatření pro odolnost vůči klimatu, například budování zásobníků vody přímo v areálu, záložní zdroje energie a diverzifikaci geografických lokalit. Společnost PricewaterhouseCoopers varovala, že bez adaptace je až 32 % světové dodávky polovodičů ohroženo do roku 2030 kvůli klimatickému stresu z nedostatku vody a dalším dopadům změny klimatu pwc.com.
Pozitivní iniciativy: Na druhou stranu, průmysl posílil své závazky v oblasti udržitelnosti. Do roku 2025 má téměř každá velká polovodičová firma nějaký cíl na snížení emisí uhlíku nebo dosažení uhlíkové neutrality. TSMC si klade za cíl snížit emise o 20 % do roku 2030 (oproti roku 2020) a dosáhnout uhlíkové neutrality do roku 2050. Intel má cíl nulových provozních emisí do roku 2040 a investuje do ekologických továren (již dosáhl 82% opětovného využití vody a 100% zelené energie na amerických provozech k roku 2022). Samsung oznámil environmentální cíle, které tomu odpovídají – např. zajištění obnovitelné energie pro zahraniční provozy a zlepšení energetické účinnosti svých procesů. Dalším pozitivem je, že produkty tohoto průmyslu pomáhají snižovat emise jinde – například energeticky úsporné čipy snižují spotřebu energie v datových centrech a elektronice; čipy v systémech obnovitelné energie zlepšují efektivitu sítě. Jedna studie SIA (Asociace polovodičového průmyslu) naznačila, že na každou tunu CO₂ vypuštěnou polovodičovým sektorem technologie umožněné čipy pomohly snížit několik tun v jiných sektorech (prostřednictvím úspor energie). Zda to vyrovnává uhlíkovou stopu, je předmětem diskuse, ale je jasné, že polovodiče jsou klíčové pro klimatická řešení (chytré sítě, elektromobily atd.).

Pro ilustraci dosaženého pokroku: polovodičová divize Sony v Japonsku uvedla, že jedna z jejích továren znovu využívá asi 80 % své odpadní vody a buduje nová recyklační zařízení, aby to dále zlepšila weforum.org. Mnoho firem se připojilo k iniciativám Responsible Business Alliance pro udržitelné dodavatelské řetězce, které zajišťují, že používané minerály (např. kobalt, tantal) jsou bez konfliktů a těženy odpovědně. A vznikají konsorcia, která společně řeší rozšířené problémy – např. IMEC v Belgii provozuje programy na udržitelnou výrobu polovodičů, zkoumá alternativy k PFC plynům a způsoby, jak snížit spotřebu energie na wafer.

Závěrem, environmentální dopad výroby polovodičů není zanedbatelný a musí být řízen. Dobrou zprávou je, že lídři průmyslu si to uvědomují. Jak uvedla jedna zpráva Deloitte, vyrobit v roce 2030 polovodiče za bilion dolarů bude mít environmentální dopad – otázkou je, jak jej zmírnitwww2.deloitte.com. Další cesta zahrnuje větší transparentnost (firmy zveřejňují data o vodě a uhlíku), stanovení vědecky podložených cílů pro emise, investice do cirkulárních ekonomických praktik (jako je opětovné využití chemikálií, cíle nulového odpadu na skládky blog.veolianorthamerica.com) a spolupráci s vládami (například na infrastruktuře pro obnovitelné zdroje energie a úpravu vody). Spotřebitelé a investoři také tlačí na ekologičtější postupy – velcí odběratelé čipů jako Apple například chtějí, aby jejich dodavatelský řetězec (včetně dodavatelů čipů jako TSMC) používal 100% obnovitelnou energii. Tento vnější tlak pomáhá prosazovat změny.

Takže, zatímco má čipový průmysl ještě nějakou práci před sebou, aby snížil svou environmentální stopu, podniká smysluplné kroky. Šetření vody a energie totiž často dlouhodobě souvisí i s úsporou nákladů. A ve světě, kde je udržitelnost stále důležitější, by se vynikání v „zelené výrobě čipů“ mohlo stát další konkurenční výhodou. Možná se dokonce technologie jako nové metody suchého leptání (využívající méně chemikálií) nebo náhrady za PFC plyny stanou běžnou praxí, poháněnou ekologicky zaměřeným výzkumem a vývojem. Doufáme, že další fáze růstu polovodičového průmyslu bude dosažena způsobem, který bude fungovat ve spolupráci s životním prostředím, ne proti němu blog.veolianorthamerica.com – což zajistí, že digitální revoluce poháněná čipy bude udržitelná pro naši planetu.

Výzvy v oblasti pracovní síly a talentů

Výroba polovodičů není jen o čistých prostorách a strojích – zásadně závisí na lidech s vysoce specializovanými dovednostmi. A právě zde čelí odvětví zásadní výzvě:rostoucí nedostatek talentů a mezeru v dovednostech. Jak státy investují do nových továren a výzkumu a vývoje, vyvstává otázka: kdo bude obsazovat tyto provozy a pohánět inovace, zvláště v době, kdy stávající pracovní síla stárne a mladší talenty směřují spíše do softwaru nebo jiných oborů?

Klíčové otázky a vývoj týkající se pracovní síly v polovodičovém průmyslu:

Stárnoucí pracovní síla a vlna odchodů do důchodu: V mnoha regionech je současná inženýrská pracovní síla v polovodičovém průmyslu tvořena převážně staršími, zkušenými odborníky – a velká skupina se blíží důchodovému věku. Například ve Spojených státech „55 % pracovníků v polovodičovém průmyslu je starších 45 let, zatímco méně než 25 % je mladších 35 let,“ k polovině roku 2024 deloitte.com. Podobně je na tom Evropa: „20 % evropských pracovníků v polovodičovém průmyslu je starších 55 let a asi 30 % německé polovodičové pracovní síly by mělo odejít do důchodu během příští dekády,“ podle analýzy EE Times deloitte.com. Hrozí tak blížící se „odliv mozků“, kdy odcházejí zkušení experti. Průmyslu hrozí, že ztratí desítky let institucionálních znalostí rychleji, než je dokáže nahradit – jak upozorňuje i talentová studie Deloitte, která varovala před „nekonzistentním předáváním znalostí a příliš malým počtem nových pracovníků, kteří by mohli tyto znalosti převzít“ deloitte.com.
Nedostatečný přísun nových talentů: Historicky kariéry v oblasti čipového inženýrství (ať už jde o elektrotechniku, materiálové inženýrství nebo údržbu zařízení) nepřitahovaly tak velký počet mladých talentů jako například vývoj softwaru nebo datová věda. Tato práce je často vnímána jako více specializovaná, vyžadující pokročilé tituly, a profil tohoto odvětví mezi absolventy se od dob boomu PC snížil. Společná studie SEMI-Deloitte již v roce 2017 upozornila na „hrozící nedostatek talentů“ a poznamenala, že polovodičový průmysl má problémy s budováním značky a hodnotové nabídky pro nové absolventydeloitte.com. V letech 2023–2024 si navzdory high-tech povaze oboru vybírá polovodičové obory méně studentů a firmy hlásí potíže s obsazováním pozic od začátečníků až po výzkumníky s Ph.D. Výsledek: mnoho volných pracovních míst, málo kvalifikovaných uchazečů. To je obzvlášť výrazné v regionech, které se snaží rozšířit výrobu čipů z nízké základny (např. USA, které potřebují vyškolit mnohem více techniků pro své nové továrny, nebo začínající snahy Indie).
Regionální nesoulady a lekce TSMC v Arizoně: Jedním z hlavních příkladů problémů s talenty bylo zpoždění TSMC v Arizoně. TSMC staví v Arizoně továrnu za 40 miliard dolarů – jeden z pilířů americké snahy přesunout pokročilou výrobu čipů zpět do USA. Nicméně v polovině roku 2023 TSMC oznámilo, že otevření továrny se posune z roku 2024 na 2025, přičemž jako důvod uvedlo „nedostatečné množství kvalifikovaných pracovníků“ v místní pracovní síle manufacturingdive.com. Společnost měla problém najít dostatek amerických pracovníků se specializovanými znalostmi pro výstavbu a instalaci pokročilého vybavení továren a setkala se s „odporem odborů vůči snahám přivést pracovníky z Tchaj-wanu“, aby pomohlireuters.com. TSMC muselo vyslat stovky zkušených techniků z Tchaj-wanu do Arizony, aby školili místní a dokončili instalaci čistých prostor. Předseda společnosti Mark Liu poznamenal, že každý nový projekt má svou křivku učení, ale naznačil, že nedostatek pracovní síly v USA je vážnou překážkou reuters.com. Tento scénář zdůrazňuje, že odborné znalosti jsou soustředěny v existujících centrech (jako je Tchaj-wan pro špičkovou výrobu) a nepřesouvají se snadno. Nyní všechny americké projekty továren (nové továrny Intelu, rozšíření továrny Samsungu v Texasu atd.) zintenzivňují nábor a školení, spolupracují s komunitními vysokými školami a technickými univerzitami na rozvoji talentů. Ale vyškolit čerstvého absolventa na zkušeného inženýra polovodičových procesů může trvat roky praxe. Takže rozvoj domácích talentů může zaostávat za tempem výstavby továren.
Čínský hon na talenty: Mezitím Čína agresivně loví čipové talenty po celém světě, aby překonala své technologické omezení. Jak bylo zmíněno, vzhledem k tomu, že západní země omezují transfer technologií, Čína se obrátila k náboru jednotlivců. Vyšetřování agentury Reuters v roce 2023 zjistilo, že Čína tiše najala stovky inženýrů z tchajwanské TSMC a dalších firem, přičemž nabízela kompenzační balíčky, které někdy dvojnásobně převyšovaly jejich plat, plus benefity jako bydlení deloitte.com. Cílem je importovat know-how do čínských továren a návrhářských center (což částečně zrcadlí způsob, jakým Tchaj-wan původně nastartoval svůj průmysl tím, že přivedl zpět inženýry vyškolené v USA v 80. letech). To však vyvolalo napětí – Tchaj-wan dokonce zahájil vyšetřování a zpřísnil zákony, aby zabránil úniku duševního vlastnictví prostřednictvím přetahování talentů. USA nyní také zakazují svým občanům (a držitelům zelených karet) pracovat pro některé čínské čipové firmy bez licence deloitte.com, poté co zjistily, že mnoho bývalých zaměstnanců amerických firem přijímá lukrativní nabídky v Číně. Přesto „válka o talenty“ znamená, že zkušení inženýři jsou po celém světě velmi žádaní a platy rostou. To je skvělé pro inženýry, ale může to být problém pro firmy a regiony, které nemohou konkurovat nabízeným platům bohatších zájemců (ať už jde o státem dotovaný čínský startup nebo americkou továrnu financovanou z CHIPS Act).
Iniciativy v oblasti vzdělávání a školení: S vědomím úzkého hrdla v oblasti talentů vznikla řada iniciativ. V rámci CHIPS Act vyčlenily USA prostředky nejen na továrny, ale i na rozvoj pracovní síly – ve spolupráci s univerzitami a komunitními vysokými školami vytvářejí nové vzdělávací programy v oblasti polovodičů bipartisanpolicy.org. Například Purdue University spustila program Semiconductor Degrees Program, jehož cílem je každoročně vychovat stovky inženýrů se znalostmi v oblasti čipů, a Arizona State University rozšiřuje programy na podporu přítomnosti TSMC. Podobně evropský Chips Act zahrnuje stipendia a přeshraniční školicí sítě na podporu většího počtu odborníků na mikroelektroniku. Firmy také zvyšují interní školení; například Intel provozuje dlouhodobě interní „vysokou školu pro továrny“ a rozšiřuje stáže a kooperativní programy. Jednou z výzev však je, že mnoho tichých znalostí v oblasti výroby čipů se neučí v učebnicích – získávají se praxí v továrnách. Proto rozšíření talentů bude vyžadovat kombinaci formálního vzdělání a praktických učňovských programů v existujících provozech. Vlády mohou dokonce uvolnit imigrační pravidla, aby přilákaly zahraniční talenty (USA zvažují speciální vízovou kategorii pro odborníky na čipy a Japonsko láká tchajwanské a korejské inženýry pro Rapidus).
Pracovní kultura a atraktivita: Dalším problémem je učinit kariéru v polovodičovém průmyslu atraktivní. Průmysl může být náročný – továrny (fab) fungují 24/7, inženýři často pracují na směny a požadovaná preciznost znamená prostředí s vysokým tlakem. Jak poznamenala agentura Reuters, TSMC zjistila, že američtí pracovníci byli méně ochotni snášet „vyčerpávající“ nepřetržitý provoz továren na čipy ve srovnání s pracovníky na Tchaj-wanu nebo v Japonsku reuters.com. V Japonsku je kulturní normou pracovat dlouhé hodiny, což vyhovuje potřebám továren na čipy, zatímco v USA mohou očekávání ohledně rovnováhy mezi pracovním a osobním životem kolidovat s potřebou nočních směn. Firmy se možná budou muset přizpůsobit (např. více automatizace ke snížení počtu nočních směn, nebo pobídky za práci v nepopulárních hodinách). Průmysl by také mohl zlepšit svůj obraz tím, že zdůrazní zajímavou a významnou povahu práce – umožňujete budoucnost technologií – a podporou rozmanitosti a inkluze (tradičně je odvětví mužsky dominované a mohlo by více oslovit nedostatečně zastoupené skupiny). Historický nedostatek prestiže ve srovnání se softwarem poněkud mizí, protože polovodiče jsou nyní často v médiích, ale pokračující osvěta je klíčová.
Nedostatek talentů v číslech: Pro kvantifikaci, SEMI (průmyslová asociace) odhadla na konci roku 2022, že do roku 2030 by mohl průmysl čelit nedostatku přibližně 300 000 kvalifikovaných pracovníků celosvětově, pokud budou současné trendy pokračovat. To zahrnuje vše od Ph.D. výzkumníků po techniky údržby zařízení. Největší nedostatek je u inženýrů zařízení, inženýrů výrobních procesů a specialistů na EDA software. Firmy jako Synopsys také uvádějí potřebu více odborníků na algoritmy a AI pro posun nové generace návrhových nástrojů (které nyní zahrnují AI – čipy navrhující čipy!). Dalším segmentem jsou technické pozice – ti s dvouletým technickým vzděláním, kteří obsluhují a udržují zařízení továren. Země jako USA v posledních desetiletích málo investovaly do odborného vzdělávání pro tyto role, takže obnovení tohoto „potrubí“ je zásadní.
Mezinárodní spolupráce vs. omezení: Zajímavé je, že ačkoliv jsou potřeby talentů globální, některé politiky komplikují pohyb talentů. Americká exportní pravidla neomezují jen hardware, ale také lidské know-how (osoby s americkým občanstvím potřebují povolení pro práci s některými čínskými továrnami). To může omezit okruh odborníků ochotných nebo schopných pracovat na určitých místech, což fakticky segmentuje trh práce. Na druhou stranu spojenecké země zvažují způsoby sdílení talentů – např. možná „výměnný program talentů“ mezi americkými a tchajwanskými továrnami pro vzájemné školení inženýrů, nebo vzájemné uznávání kvalifikací mezi EU a USA, aby inženýři mohli snadněji cestovat za projekty.
Kompensace a konkurence: Nedostatek talentů vedl ke zvyšování platů v oboru, což je dobré pro přilákání lidí, ale zároveň to zvyšuje náklady firem. V letech 2021–2022 některé polovodičové firmy poskytly výrazné zvýšení platů nebo prémie, aby si udržely zaměstnance. TSMC údajně nabídlo v roce 2022 zvýšení platů o více než 20 % kvůli pokusům o přetahování zaměstnanců. V regionech jako Indie, kde byly historicky nižší platy pro návrháře čipů, nyní nadnárodní společnosti nabízejí mnohem vyšší balíčky, aby zabránily odchodu talentů ke konkurenci nebo do zahraničí. To vše je skvělé pro profesionály, ale může to zúžit ziskové marže nebo ovlivnit, kam se firmy budou rozšiřovat (mohou hledat regiony s dobrým vzdělávacím systémem, ale stále rozumnými mzdovými náklady – což je jeden z důvodů, proč Intel a další zvažují místa jako Ohio nebo sever státu New York místo extrémně žádaných pracovních trhů).

Abychom to shrnuli, problém s talenty v polovodičovém průmyslu je zásadní překážkou ambiciózních plánů na rozšíření odvětví. Je v tom trochu ironie: můžeme utratit miliardy za nové moderní továrny, ale bez kvalifikovaných lidí, kteří by je provozovali, zůstanou jen prázdnými skořápkami. Jak řekl prezident SIA v roce 2022, „Obnovu výroby nelze dosáhnout bez obnovy pracovní síly“. V příštích několika letech uvidíme soustředěné úsilí inspirovat a vyškolit novou generaci odborníků na čipy. To může znamenat aktualizaci inženýrských osnov o více obsahu z oblasti výroby polovodičů, nabídku atraktivních stipendií a dokonce zahájení popularizace STEM oborů už na středních školách, aby se studenti nadchli pro „stavbu dalšího čipu s miliardou tranzistorů“ místo pouhého psaní další aplikace.

Mezitím budou firmy využívat dočasná řešení: přeškolování inženýrů z příbuzných odvětví, najímání důchodců jako konzultantů a větší využívání automatizace a AI ke snížení potřeby pracovní síly ve fabrikách. Také vlády mohou upravit imigrační politiku – například USA by mohly automaticky udělit zelenou kartu absolventům s relevantním Ph.D. z amerických univerzit, aby je udržely v zemi.

Jde o hodně: pokud se nedostatek talentů nevyřeší, může se stát úzkým hrdlem, které zpomalí tempo inovací a rozšiřování kapacit, čímž podkope cíle těchto vícemiliardových čipových iniciativ. Naopak, pokud se nám podaří inspirovat novou vlnu talentů do mikroelektroniky, tento lidský kapitál může udržet novou zlatou éru pokroku v polovodičích. Jak poznamenal jeden odborník: „Nejdůležitějším aktivem čipového průmyslu není křemík, ale mozky.“ A zajistit, že těchto mozků bude v polovodičovém průmyslu dostatek, je stejně důležité jako jakýkoli jiný faktor zmíněný v této zprávě.

Polovodiče jsou často označovány jako „DNA technologií“ a tento podrobný rozbor jasně ukazuje proč. Od fyziky jejich fungování, přes složitý globální tanec výroby, až po strategické a lidské výzvy, které formují jejich budoucnost – čipy stojí na průsečíku vědy, ekonomiky a geopolitiky. K roku 2025 si svět začíná uvědomovat, že ten, kdo vede ve výrobě polovodičů, vede v moderní ekonomice. Proto vidíme miliardové sázky, mezinárodní souboje o talenty a materiály a zároveň zběsilé tempo inovací.

Pro širokou veřejnost se to všechno může zdát vzdálené – dokud to tak není. Nedostatek čipů může způsobit zdražení aut nebo nedostupnost elektroniky; změna politiky může rozhodnout, zda bude mít příští chytrý telefon revoluční procesor, nebo zaostávající. Dobrou zprávou je, že v průběhu roku 2024 a do roku 2025 proudí investice do posílení a přetvoření dodavatelského řetězce, na obzoru jsou vzrušující nové technologie a odborníci z oboru spolupracují na řešení úzkých míst od litografie po školení pracovní síly. Příběh výroby polovodičů je skutečně příběhem neustálého přetváření – právě když se zdá, že narážíme na limit, inženýři najdou novou cestu (ať už jde o 3D čipy, EUV, nebo něco, co teprve přijde).

V příštích letech si všímejte několika věcí: Přinesou americké a evropské projekty továren rychlé výsledky? Dosáhne Čína svých ambiciózních cílů soběstačnosti navzdory sankcím? Budou nástupci Moorova zákona, jako jsou čipletové technologie, nadále přinášet výkonnostní zisky? Stane se průmysl ekologičtějším a přiláká rozmanité talenty? Odpovědi ovlivní nejen technologie, které používáme, ale také geopolitickou a ekonomickou krajinu 21. století.

Jedno je jisté: tyto malé čipy se staly obrovsky důležitými. „čipové války“ a křemíkový závod budou pokračovat, ideálně však prostřednictvím konkurence, která pohání inovace, a spolupráce, která zajišťuje stabilitu. Nakonec zůstává v zájmu každého spotřebitele i každé země, aby ekosystém polovodičů zůstal živý, bezpečný a udržitelný. Jak jsme viděli, bude to vyžadovat obratné zvládnutí všeho od atomů po obchodní politiku. Svět sleduje – a investuje – do tohoto sektoru jako nikdy předtím.

Pro ty, kteří se chtějí dozvědět více nebo sledovat novinky, zde jsou některé veřejné zdroje a další čtení o výrobě polovodičů a trendech v oboru:

Semiconductor Industry Association (SIA) – State of the Industry Reports: Podrobné každoroční zprávy s nejnovějšími údaji o prodejích, investicích a aktualizacích politiky deloitte.com.
Deloitte’s Semiconductor Outlook 2025: Analýza tržních trendů, včetně dopadu poptávky po AI, nedostatku talentů a geopolitiky deloitte.com deloitte.com.
„Chip War“ od Chrise Millera: Velmi doporučovaná kniha, která dává historický kontext rivalitě USA a Číny v oblasti polovodičů a vysvětluje, jak jsme se sem dostali.
EE Times a Semiconductor Engineering: Odborné publikace, které denně informují o technologických průlomech, problémech v dodavatelském řetězci a plánech firem – skvělé pro sledování vývoje 3nm/2nm procesů, nových architektur čipů atd.
Zprávy Světového ekonomického fóra & Ceres o udržitelnosti polovodičů: Tyto zprávy pojednávají o dopadu na životní prostředí a o tom, co se dělá pro řešení problémů s vodou a energií při výrobě čipů weforum.org, blog.veolianorthamerica.com.
Webové stránky a blogy firem (TSMC, Intel, ASML): Mnoho lídrů v oboru zveřejňuje vzdělávací materiály nebo novinky (např. Intelovy cíle RISE 2030 pro udržitelnost, technické informace ASML o EUV).

Sledováním těchto zdrojů může člověk v reálném čase pozorovat drama výroby polovodičů – drama, které spojuje špičkové inovace s vysoce rizikovou globální strategií. Není přehnané říci, že budoucnost bude řízena čipy, a proto je pochopení této oblasti stále důležitější pro každého, kdo se zajímá o to, kam svět směřuje.

Polovodiče mohou být malé, ale nesou tíhu moderního světa – a nyní jsme poodhalili, jak se vyrábějí, kdo je vyrábí a proč se staly středem pozornosti i napětí na globální scéně. steveblank.com

___________________________________________________

Zdroje:

Výhled polovodičového průmyslu na rok 2025 | Deloitte Insights

Budování udržitelné cesty vpřed pro polovodičový průmysl

Steve Blank Polovodičový ekosystém – vysvětleno

Co je polovodič a k čemu se používá? | Definice od TechTarget

Porozumění CHIPS, část první: Výzva výroby polovodičů | Bipartisan Policy Center

Největší výrobní země polovodičů v letech 2020–2030: Statistiky produkce a exportu | PatentPC

Zákon o čipech EU v hodnotě 43 miliard eur dostává zelenou. – TechHQ

Zákon o čipech: Rada dává své konečné schválení – Consilium.europa.eu

Přeměna výzev v příležitosti v globálním polovodičovém …

TSMC oceňuje japonské dovednosti v oblasti čipů po neúspěších v USA, uvádějí zdroje | Reuters

Porozumění CHIPS, část první: Výzva výroby polovodičů | Bipartisan Policy Center

Přechod na čiplet: Vyvíjející se standardy rozhraní a komerční …

Programy CHIPS pro výzkum a vývoj – Asociace polovodičového průmyslu

Konec Mooreova zákona nezpomalí tempo změn

Globalizace skončila, tvrdí zakladatel TSMC • The Register

Generální ředitel ASML říká, že snaha USA o omezení exportu do Číny je ‚ekonomicky motivovaná‘ | Reuters

Zpráva o stavu odvětví 2025: Investice a inovace uprostřed …

Porozumění CHIPS, část první: Výzva výroby polovodičů | Bipartisan Policy Center

Jedna třetina (32 %) z předpokládaného 1 bilionu USD dodávek polovodičů …

Výroba polovodičů a vodní výzva velkých technologických firem | Světové ekonomické fórum

Budování udržitelné cesty vpřed pro polovodičový průmysl

Výroba polovodičů a vodní výzva velkých technologických firem | Světové ekonomické fórum

TSMC dosáhla dohody s arizonskými odbory o projektu továrny na čipy za 40 miliard dolarů

‘Semiconductor Manufacturing Process’ Explained | 'All About Semiconductor' by Samsung Semiconductor

Watch this video on YouTube.

Bilionové války o čipy: Uvnitř světa vysoce rizové globální výroby polovodičů

Mateusz Brzeziński

Search

Latest Posts