Ratovi čipova vrijedni bilijune dolara: Unutrašnjost visokoulogog svijeta globalne proizvodnje poluvodiča

Godine 2024. globalna prodaja poluvodiča porasla je na više od 600 milijardi dolara i mogla bi doseći 1 bilijun dolara godišnje do 2030.
Appleov M1 Ultra sadrži 114 milijardi tranzistora na jednom čipu.
ASML je jedini proizvođač EUV litografskih skenera, pri čemu svaki stroj teži oko 180 tona i košta više od 300 milijuna dolara.
TSMC je 2023. činio oko 55% globalnog tržišta foundryja, Samsung oko 15–20%, a sama Tajvan držala je oko 92% svjetskih najnaprednijih (<10nm) proizvodnih kapaciteta čipova.
Tri vodeća dobavljača softvera za elektroničku automatizaciju dizajna—Synopsys, Cadence i Siemens EDA—dominiraju softverom za dizajn koji se koristi za raspored milijardi tranzistora.
Nedostatak čipova 2021. doveo je do procijenjenih 210 milijardi dolara izgubljene prodaje automobila.
Američki CHIPS Act (2022.) predviđa 52,7 milijardi dolara izravnog financiranja za domaću proizvodnju čipova, plus 25% poreznih olakšica za ulaganja.
Europski zakon o čipovima (2023.) ima za cilj mobilizirati 43 milijarde eura kako bi se udvostručio europski udio u proizvodnji čipova na 20% do 2030.
Globalna proizvodnja čipova emitirala je oko 190 milijuna tona CO2-ekvivalenta u 2024., a jedna moderna tvornica može kontinuirano trošiti oko 100 MW električne energije.
Sredinom 2024. godine, 55% američke radne snage u poluvodičkoj industriji bilo je starije od 45 godina, što ukazuje na nadolazeći nedostatak talenata.

Poluvodiči – ti mali silicijski čipovi – su mozak moderne elektronike, prisutni u svemu, od pametnih telefona i automobila do podatkovnih centara i borbenih zrakoplova. U 2024. globalna prodaja poluvodiča porasla je na više od 600 milijardi dolara i mogla bi doseći 1 bilijun dolara do 2030., što naglašava koliko su čipovi postali ključni za svjetsko gospodarstvo deloitte.com, blog.veolianorthamerica.com. Ovi mikročipovi omogućuju bilijune dolara vrijedne proizvode i usluge, čineći skrivene temelje naših digitalnih života steveblank.com. No, tijekom posljednje dvije godine, proizvodnja poluvodiča postala je arena visokih uloga inovacija i geopolitičkih napetosti. Nedostatak čipova uzrokovan pandemijom pokazao je koliko lanac opskrbe može biti krhak, zaustavljajući tvornice i povećavajući cijene. Istovremeno, nacije se utrkuju u jačanju domaće proizvodnje čipova iz ekonomskih i sigurnosnih razloga, ulažući stotine milijardi u nove tvornice (fabrike za proizvodnju čipova) i pokrećući globalni “rat čipova”.

Ovo izvješće pruža sveobuhvatan, ažuriran pregled svijeta poluvodiča – objašnjava što su poluvodiči i kako rade, kako se čipovi proizvode od početka do kraja, tko su glavni akteri (tvrtke i države) u svakoj fazi te gdje leže ranjivosti u opskrbnom lancu. Također ćemo se pozabaviti najnaprednijim tehnologijama i materijalima koji omogućuju moderne čipove, najnovijim inovacijama i trendovima istraživanja i razvoja, te geopolitičkim i političkim borbama koje preoblikuju industriju. Na kraju, analiziramo gospodarski utjecaj sektora poluvodiča, njegov utjecaj na okoliš i nadolazeće izazove vezane uz radnu snagu. Od najnovijih stručnih uvida do ključnih događanja u 2024.-2025., ovo izvješće će rasvijetliti zašto je proizvodnja poluvodiča jedno od najvažnijih – i najžešće osporavanih – područja na planetu danas.

Što su poluvodiči i kako rade?

Poluvodiči su materijali (poput silicija) koji mogu djelovati kao električni vodič ili izolator pod različitim uvjetima, što ih čini savršenima za upravljanje električnom strujom techtarget.com. U praksi, poluvodički uređaj (čip) zapravo je mreža sićušnih električnih prekidača (tranzistora) koji se mogu uključivati ili isključivati električnim signalima. Moderni integrirani krugovi sadrže milijarde ovih tranzistorskih prekidača na čipu veličine nokta, što omogućuje složene izračune i obradu signala. “Jednostavno rečeno, poluvodič je električni prekidač koji se može uključiti i isključiti pomoću električne energije. Većina moderne tehnologije sastoji se od milijuna ovih sićušnih, međusobno povezanih prekidača,” objašnjava TechTarget inženjerski priručnik techtarget.com.

Budući da mogu precizno upravljati protokom struje, poluvodički čipovi služe kao “mozak” ili “memorija” elektroničkih uređaja. Logički čipovi (poput CPU-a, GPU-a, AI akceleratora) obrađuju podatke i donose odluke, memorijski čipovi pohranjuju informacije, a analogni/energetski čipovi povezuju se s fizičkim svijetom. Dodavanjem sitnih nečistoća u čiste poluvodičke kristale, proizvođači stvaraju komponente poput tranzistora, dioda i integriranih krugova koje koriste kvantnu fiziku za prebacivanje i pojačavanje električnih signala techtarget.com. Rezultat je da poluvodiči mogu izvoditi aritmetičke operacije, pohranjivati binarne podatke i povezivati se sa senzorima/aktuatorima – sposobnosti koje su temelj gotovo sve moderne tehnologije, od digitalnih komunikacija do kućanskih aparata i medicinske opreme steveblank.com.

Današnji čipovi su zadivljujuća dostignuća inženjerstva. Vrhunski procesor može sadržavati desetke milijardi tranzistora urezane u siliciju, s karakteristikama malim kao nekoliko nanometara (na razini atoma). Na primjer, Appleov M1 Ultra čip sadrži 114 milijardi tranzistora na jednom komadu silicija bipartisanpolicy.org. Ovi tranzistori se uključuju i isključuju pri gigahercnim brzinama, omogućujući uređaju izvođenje milijardi operacija u sekundi. Ukratko, poluvodiči su postali temeljna tehnologija modernog svijeta, pokrećući sve od pametnih telefona i automobila do cloud poslužitelja i industrijskih strojeva. Često se kaže da su “poluvodiči novo nafta” – ključni resurs o kojem ovise nacije i industrije za napredak i sigurnost.

Kako se čipovi izrađuju: Proces proizvodnje poluvodiča

Izrada mikročipa jedan je od najkompleksnijih proizvodnih procesa ikada osmišljenih – “posao koji manipulira materijalima atom po atom” u tvornicama koje koštaju desetke milijardi dolara steveblank.com. Sve počinje s osnovnim materijalima i završava s gotovim čipovima spremnim za upotrebu. Evo pregleda cjelokupnog procesa izrade čipova:

Od sirovog silicija do pločice (wafera): Obični pijesak (silicijev dioksid) pročišćava se u čisti silicij. Silicijski kristalni ingot se uzgaja i zatim reže na tanke pločice (waferi) (kružni diskovi) koji će sadržavati tisuće čipova bipartisanpolicy.org. Svaka pločica izgleda sjajno i glatko, ali na mikroskopskoj razini to je savršena rešetka silicijevih atoma.
Prednja faza izrade (Front-End Fabrication): Prava čarolija događa se u čistoj sobi “fab” gdje se na svakoj pločici izrađuju složeni sklopovi. Izrada čipova uključuje stotine preciznih koraka, ali ključne faze uključuju: nanošenje ultra-tankih slojeva materijala na pločicu; premazivanje fotootpornikom; fotolitografiju (upotreba fokusiranog svjetla za urezivanje sitnih uzoraka na pločicu pomoću maski, slično kao ispis nacrta sklopa); jetkanje i dopiranje (uklanjanje materijala i implantacija iona za formiranje tranzistora i međuspojeva); te ponavljanje ovih koraka sloj po sloj bipartisanpolicy.org. Tranzistori – u biti prekidači za uključivanje/isključivanje – izrađuju se ovim slojevitim uzorcima koji stvaraju mikroskopske električne putanje. Ovo je izrada u nanometarskoj skali – moderni čipovi mogu imati 50+ slojeva sklopova i značajke široke samo 3 nm (nanometra). Svaki korak mora biti kontroliran s atomska preciznost; čestica prašine ili mala neusklađenost može uništiti čip.
Back-end i pakiranje: Nakon izrade prednje strane, gotova ploča sadrži mrežu mnogih pojedinačnih čipova (dijelova). Ploča se reže na zasebne čipove, a svaki čip se zatim pakira. Pakiranje uključuje postavljanje osjetljivog čipa na podlogu, povezivanje s malim zlatnim ili bakrenim kontaktima i zatvaranje (često zaštitnom smolom i raspršivačem topline) kako bi se mogao rukovati i integrirati na tiskane ploče bipartisanpolicy.org. Pakirani čip je ono što se lemi na matičnu ploču vašeg telefona ili na tiskanu ploču računala. Čipovi također prolaze rigorozno testiranje u ovoj fazi kako bi se osiguralo da rade prema namjeni.

Unatoč pojednostavljenom sažetku iznad, izrada naprednih poluvodiča je iznimno složen, višemjesečni proces. Vodeći čip može zahtijevati više od 1.000 procesnih koraka i opremu za ekstremnu preciznost. Na primjer, najnoviji strojevi za fotolitografiju (koji projiciraju uzorke sklopova ultraljubičastim svjetlom) mogu koštati preko 300 milijuna dolara svaki, a svaki takav stroj “može potrošiti onoliko električne energije koliko tisuću kućanstava,” prema Bloombergu bipartisanpolicy.org. Ovi alati koriste ekstremno ultraljubičasto (EUV) svjetlo za izradu ultra-sitnih značajki i toliko su sofisticirani da ih trenutno proizvodi samo jedna tvrtka na svijetu (ASML u Nizozemskoj) patentpc.com. Kapitalni trošak je ogroman: izgradnja nove tvornice čipova može potrajati više od 3 godine i zahtijevati više od 10 milijardi dolara ulaganjabipartisanpolicy.org. Vodeće tvrtke poput TSMC-a, Samsunga i Intela godišnje troše desetke milijardi na proširenje i opremanje tvornica.

Rezultat svega ovog truda je zapanjujuća tehnologija: jedna 12-inčna ploča, kada je potpuno obrađena, može sadržavati stotine gotovih čipova s ukupno trilijunima tranzistorasteveblank.com. Svaki čip se testira i može izvoditi milijarde izračuna u sekundi kada se koristi. Sićušna veličina i velika gustoća modernih čipova daju im nevjerojatnu snagu. Kako je primijetio jedan industrijski blog, ta ploča u čistoj sobi “ima dva trilijuna tranzistora na sebi” proizvedenih s atomskom preciznošćusteveblank.com. Ova vještina izrade – neprestano usavršavana desetljećima – omogućuje našu moćnu i pristupačnu elektroniku danas.

Glavni sudionici u opskrbnom lancu poluvodiča (tvrtke i zemlje)

Proizvodnju poluvodiča ne obavlja samo jedna vrsta tvrtke; to je složen ekosustav tvrtki, od kojih se svaka specijalizira za različite faze. Ako zavirimo u opskrbni lanac, pronaći ćemo mrežu stotina visoko specijaliziranih sudionika širom svijeta, koji svi ovise jedni o drugima steveblank.com. Ovo su glavne kategorije sudionika i oni koji njima dominiraju:

Dizajneri čipova (fabless tvrtke): Ove tvrtke dizajniraju poluvodičke čipove, ali proizvodnju prepuštaju vanjskim proizvođačima. Oni stvaraju nacrte i intelektualno vlasništvo za čipove. Mnogi od najpoznatijih svjetskih brendova čipova – uključujući Apple, NVIDIA, Qualcomm, AMD, Broadcom – su fabless dizajneri. SAD ima snažnu prednost u ovom segmentu (u njemu se nalazi oko 50% fabless tvrtki patentpc.com), zajedno s tvrtkama u Europi (npr. ARM u UK za IP jezgre čipova steveblank.com) i Aziji. Fabless tvrtke fokusiraju se na istraživanje i razvoj te inovacije u arhitekturi čipova, a zatim unajmljuju ugovorne proizvođače za proizvodnju čipova.
Integrirani proizvođači uređaja (IDM-ovi): To su divovi poput Intela, Samsunga i Microna koji i dizajniraju i proizvode čipove unutar vlastitih pogona. Intel (SAD) je povijesno predvodio u dizajnu/proizvodnji mikroprocesora za PC računala i servere, Samsung (Južna Koreja) i Micron (SAD) to posebno rade u segmentu memorijskih čipova. IDM-ovi kontroliraju vlastite tvornice i proizvode čipove za vlastite proizvode (a ponekad i za druge). Međutim, trend posljednjih desetljeća je pomak prema fabless-foundry modelu radi učinkovitosti.
Poluvodičke tvornice (ugovorni proizvođači): Tvornice su proizvodni pogoni za čipove koji zapravo izrađuju čipove (za klijente bez vlastite proizvodnje ili za IDMe koji dio proizvodnje prepuštaju vanjskim partnerima). Ovim segmentom dominiraju azijske tvrtke. Taiwanski TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.) je neprikosnoveni lider, samostalno kontrolira oko 55% globalnog tržišta proizvodnje čipova prema podacima iz 2023. godine patentpc.com. TSMC je glavni proizvođač za Apple, AMD, NVIDIA i mnoge druge, posebno za najnaprednije čipove (5nm, 3nm tehnologija). Samsung u Južnoj Koreji je drugi najveći proizvođač čipova (oko 15–20% udjela) patentpc.com, također proizvodi napredne logičke čipove. Ostale značajne tvornice su GlobalFoundries (SAD, fokus na srednjem segmentu), UMC (Tajvan) i SMIC (najveća kineska tvornica). Posebno je važno što Tajvan i Južna Koreja zajedno čine veliku većinu proizvodnje najnaprednijih čipova – zapravo, oko 92% svjetskih kapaciteta za proizvodnju najnaprednijih (<10nm) čipova nalazi se samo u Tajvanu, prema izvješću američke vlade iz 2023. godine usitc.gov. Ovo pokazuje koliko je proizvodnja čipova koncentrirana na nekoliko lokacija.
Proizvođači memorijskih čipova: Memorija je specijalizirani podsektor, ali ključan (za RAM, flash memoriju itd.). Dominiraju ga IDM-ovi poput Samsunga i SK Hynixa (oba iz Južne Koreje) i Micron (SAD). Na primjer, Samsung i SK Hynix zajedno proizvode više od 70% svjetskih DRAM memorijskih čipova patentpc.com. Ove tvrtke mnogo ulažu u proizvodnju DRAM i NAND flash memorije, često u velikim pogonima u Južnoj Koreji, Tajvanu, SAD-u, Japanu i Kini.
Dobavljači opreme za poluvodiče: Ove tvrtke proizvode alate i strojeve za izradu čipova – izuzetno važnu, visokotehnološku industriju samu po sebi. Vodeći proizvođači opreme su ASML (Nizozemska), koji ekskluzivno proizvodi EUV litografske sustave ključne za čipove od 7nm i manje patentpc.com; Applied Materials, Lam Research, KLA (sve iz SAD-a), koji isporučuju opremu za nanošenje slojeva, jetkanje i inspekciju; Tokyo Electron i Nikon (Japan) za litografiju i alate za jetkanje; i drugi. Bez ovih vrhunskih strojeva, proizvodni pogoni ne mogu raditi. SAD, Japan i Nizozemska povijesno dominiraju opremom za poluvodiče – što je jedan od razloga zašto su izvozna ograničenja na ovu opremu postala geopolitičko pitanje (više o tome kasnije).
Dobavljači materijala i kemikalija: Izrada čipova također se oslanja na složenu opskrbu specijaliziranim materijalima – od ultra čistih silicijskih pločica do egzotičnih kemikalija i plinova. Nekoliko primjera: Shin-Etsu Handotai i SUMCO (Japan) proizvode velik dio svjetskih silicijskih pločica. JSR, Tokyo Ohka Kogyo (Japan) i drugi isporučuju fotootpore (kemikalije osjetljive na svjetlo) steveblank.com. Industrijske plinske tvrtke poput Linde, Air Liquide osiguravaju više od 100 vrsta plinova koji se koriste u tvornicama čipova (npr. fluor, neon, argon) steveblank.com. Mnogi od ovih ključnih materijala su koncentrirani u Japanu, Kini i Europi. Na primjer, Japan je dugo bio sila u kemikalijama za poluvodiče, dok Kina pročišćava mnoge rijetke minerale koji se koriste u čipovima (poput galija i germanija). To znači da zemlje koje dominiraju sirovinama (Kina, Rusija itd.) i one koje su izvrsne u specijaliziranim kemikalijama (Japan) imaju iznimno važne uloge u opskrbnom lancu.
EDA i IP dobavljači: Prije proizvodnje, čipovi se moraju dizajnirati i verificirati. Alate za elektroničku automatizaciju dizajna (EDA) pružaju u osnovi tri glavne tvrtke – Synopsys, Cadence (obje iz SAD-a) i Siemens EDA (Mentor Graphics) – sve američke ili saveznici SAD-a steveblank.com. Oni imaju gotovo monopol na složeni softver koji inženjeri koriste za raspored milijardi tranzistora i izvođenje simulacija. Osim toga, osnovni dizajni (poput CPU jezgri) često se licenciraju od IP tvrtki poput ARM (UK) koja pruža nacrte koji se koriste u većini mobilnih procesora steveblank.com. Ovi akteri u gornjem dijelu lanca ključni su pokretači za cijelu industriju.
Vanjska montaža i testiranje poluvodiča (OSAT): Nakon što su pločice izrađene, specijalizirani izvođači preuzimaju pakiranje i testiranje čipova. Glavne OSAT tvrtke uključuju ASE Technology Holding (Tajvan) – najvećeg svjetskog pakirera – i Amkor (SAD), kao i mnoge sa sjedištem u Kini, Maleziji i Vijetnamu. Zapravo, jugoistočna Azija postala je središte za montažu čipova: na primjer, Malezija obavlja oko 13% svjetskog pakiranja i testiranja čipova usluga patentpc.com, a vijetnamski OSAT sektor brzo raste patentpc.com. Ove faze su radno intenzivne, pa tvrtke često smještaju pogone u zemlje s kvalificiranom radnom snagom i nižim troškovima.

U pogledu zemalja: različite nacije specijalizirane su za različite karike ovog lanca. Tajvan je superzvijezda u proizvodnji čipova, posebno naprednih logičkih čipova – sam je imao oko 65% udjela na tržištu foundryja u 2023. patentpc.com i nezamjenjiv je za najnaprednije čipove (zahvaljujući dominaciji TSMC-a). Južna Koreja je lider u memorijskim čipovima i također u foundry proizvodnji (Samsung), s udjelom od oko 20% svjetske proizvodnje čipova patentpc.com. Sjedinjene Američke Države ostaju lider u dizajnu čipova (dom mnogih fabless divova i IDM-ova poput Intela) i u određenoj opremi za proizvodnju, ali je američki udio u stvarnoj proizvodnji pao s 37% u 1990. na oko 12% do 2023. patentpc.com jer se proizvodnja preselila u Aziju. Taj pad sada američka vlada nastoji preokrenuti poticajima (više o tome u nastavku). Kina je poseban slučaj – najveći je potrošač čipova (sastavlja elektroniku za cijeli svijet) i proizvodi mnogo čipova zrelih tehnologija i pakiranja, ali ovisi o uvozu za najnaprednije čipove. Do 2023. kineska samodostatnost u poluvodičima iznosila je samo oko 16% patentpc.com, a 2022. je potrošila nevjerojatnih 350 milijardi dolara na uvezene čipove patentpc.com. Ipak, Kina snažno ulaže kako bi povećala domaću proizvodnju na 70% do 2030. patentpc.com, gradeći tvrtke poput SMIC-a i YMTC-a (memorija). Japan je bio dominantan proizvođač čipova 1980-ih i još uvijek je važan igrač u materijalima i opremi. Danas se Japan ponovno uključuje u proizvodnju kroz partnerstva (npr. TSMC gradi tvornicu u Japanu, a novi konzorcij Rapidus ima za cilj proizvoditi 2nm čipove u zemlji), koristeći svoju snagu u kvalitetnoj proizvodnji i podršku vlade. Europa (EU) ima nekoliko proizvođača čipova (npr. Infineon u Njemačkoj za automobilske čipove, STMicroelectronics u Francuskoj/Italiji, NXP u Nizozemskoj) i dom je ASML-a, ali ukupno europski udio u svjetskoj proizvodnji čipova iznosi oko 8-10% techhq.com. EU nastoji udvostručiti taj udio do 2030. (na ~20%) vlastitim Zakonom o čipovima i privlačenjem TSMC-a i Intela da grade tvornice u Europiconsilium.europa.eu. Osim ovih, zemlje poput Malezije, Vijetnama, Tajlanda, Filipina igraju ključne uloge u sklapanju i testiranju (pružajući otpornost i diverzifikaciju u kasnijim fazama opskrbnog lanca) patentpc.com. Čak su i novi aspiranti poput Indije i Saudijske Arabije najavili velika ulaganja za ulazak u poluvodičku industriju (Indija nudi poticaje za tvornice čipova, a Saudijska Arabija planira 100 milijardi dolara do 2030. za izgradnju industrije čipova) patentpc.com.

Ukratko, proizvodnja poluvodiča je globalno raspoređen napor, ali s ključnim uskim grlima – nekoliko tvrtki ili zemalja prednjači u svakom segmentu. Na primjer, samo tri tvrtke (TSMC, Samsung, Intel) čine veliku većinu proizvodnje naprednih čipova, a samo tri zemlje (Tajvan, Južna Koreja, Kina) danas proizvode gotovo sve čipove patentpc.com. Ova koncentrirana struktura ima velike implikacije za sigurnost opskrbnog lanca, što ćemo dalje razmotriti.

Struktura opskrbnog lanca i ranjivosti

Opskrbni lanac poluvodiča naziva se “najkompleksnijim opskrbnim lancem u bilo kojoj industriji” usitc.gov – a nedavni događaji pokazali su koliko može biti krhak. Od prirodnih katastrofa do geopolitičkih sukoba, niz ranjivosti prijeti nesmetanom protoku čipova. Ključne točke zastoja i rizici uključuju:

Velika geografska koncentracija: Industrijsko geografsko grupiranje znači da poremećaj u jednoj regiji može zaustaviti cijeli svijet. Nigdje to nije jasnije nego u prevelikoj ulozi Tajvana. Iako Tajvan proizvodi oko 18% svih čipova po količini, on čini “oko 92% svjetskih kapaciteta za proizvodnju najnaprednijih čipova,” prema izvješću USITC-a iz 2023. godine usitc.gov. Drugim riječima, gotovo svi najmoderniji (sub-10nm) čipovi dolaze iz Tajvana (uglavnom TSMC), a ostatak iz Južne Koreje. Ovo je ogroman rizik za opskrbu – bilo kakav prekid (potres, geopolitička kriza) mogao bi paralizirati globalne tehnološke opskrbne lance usitc.gov. Stručnjaci napominju da bi veliki poremećaj u tajvanskim tvornicama bio ekonomska katastrofa daleko izvan tehnološkog sektora. Južna Koreja je još jedna točka mogućeg zastoja: primjerice, gotovo svi vrhunski memorijski čipovi dolaze iz dvije tamošnje tvrtke. Svjesne toga, zemlje i tvrtke sada pokušavaju geografski diverzificirati proizvodnju (pomak od globalizacije prema “regionalizaciji”) nefab.com, ali izgradnja novih tvornica drugdje zahtijeva vrijeme.
Ovisnost o jednom dobavljaču: Određeni ključni inputi ovise o jedinom ili vrlo ograničenom broju dobavljača. Glavni primjer je ASML – nizozemska tvrtka je jedini izvor EUV litografskih strojeva potrebnih za vrhunske čipove patentpc.com. Ako ASML ne može isporučiti alate (bilo zbog zabrana izvoza ili problema u proizvodnji), napredak u razvoju čipova se zaustavlja. Slično tome, ključne kemikalije često ima samo nekoliko kvalificiranih dobavljača. Na primjer, nekoliko japanskih tvrtki opskrbljuje većinu fotoosjetljivih kemikalija na globalnoj razini. Napredni softver za dizajn čipova (EDA alati) još je jedna usko grlo, kojim dominiraju samo tri američka dobavljača. Ove točke koncentracije znače da je cijeli lanac jak onoliko koliko je jaka njegova najslabija (ili najuža) karika.
Rizici vezani uz materijale i prirodne resurse: Proizvodnja poluvodiča ovisi o određenim rijetkim materijalima i rafiniranim kemikalijama – a poremećaji u opskrbi njima već su uzrokovali probleme. Rat Rusije i Ukrajine 2022. to je ilustrirao: Ukrajina je opskrbljivala oko 25–30% svjetskog pročišćenog neon plina (koji se koristi za lasersku litografiju), a Rusija sličan udio svjetskog paladija (koji se koristi u nekim procesima izrade čipova) usitc.gov. Kada je rat poremetio te isporuke, proizvodnja čipova bila je ugrožena dok se nisu pojavili alternativni izvori usitc.gov. Još jedan primjer dogodio se sredinom 2023.: Kina je uzvratila na američka tehnološka ograničenja zabranom izvoza galija i germanija – dva rijetka metala ključna za poluvodičke lasere, radiofrekvencijske čipove i solarne ćelije deloitte.com. Kina proizvodi većinu tih elemenata, pa je taj potez natjerao proizvođače da žurno traže druge dobavljače. Ovi slučajevi ističu ranjivost: ako jedan izvor ključnog materijala prestane s radom, može doći do zastoja u cijelom procesu proizvodnje čipova.
Ekstremna složenost i duga vremena isporuke: Može potrajati mjesecima da se proizvede serija čipova i godinama da se izgradi nova tvornica od nule. Ovo dugo vrijeme isporuke znači da se opskrbni lanac ne može brzo oporaviti od poremećaja. Tijekom pandemije COVID-19, na primjer, nagli porast potražnje u kombinaciji s obustavama doveo je do ozbiljne nestašice čipova 2021. godine, koja se postupno rješavala više od godinu dana usitc.gov. Nestašica je posebno teško pogodila proizvođače automobila – tvornice su stale, a automobilska industrija izgubila je procijenjenih 210 milijardi dolara prodaje u 2021. zbog nedostatka čipova usitc.gov. Složena, just-in-time priroda opskrbe čipovima (uz minimalne zalihe) znači da čak i manji kvar – požar u japanskoj tvornici, smrzavanje u Teksasu koje zaustavlja pogone ili suša na Tajvanu koja smanjuje opskrbu vodom – može uzrokovati globalna kašnjenja u proizvodnji. To smo vidjeli s požarom u Renesasovoj tvornici automobilske elektronike 2021. i nestancima struje u teksaškim tvornicama iste godine, što je u oba slučaja uzrokovalo kašnjenja u isporuci proizvoda.
Krhki “just-in-time” lanac: Godinama su učinkovitost i smanjenje troškova navodili tvrtke da drže niske zalihe i oslanjaju se na isporuku u stvarnom vremenu. No to je ostavilo bez ikakve zaštite od poremećaja. Globalizirani lanac optimiziran je za trošak, a ne za otpornost. Sada, poučeni pandemijom, tvrtke i vlade nastoje povećati “otpornost” – stvaranjem većih zaliha čipova ili sirovina, “friendshoringom” proizvodnje u pouzdane zemlje i dvostrukim izvorima kritičnih komponenti reuters.com. Ipak, promjene su postupne i skupe.
Geopolitička fragmentacija: Možda je najveća nova ranjivost politizacija opskrbnog lanca čipova. Tehnološko rivalstvo SAD-a i Kine dovelo je do izvoznih kontrola i crnih lista koje su učinkovito podijelile svijet na dva dijela za poluvodiče. “U sektoru čipova, globalizacija je mrtva. Slobodna trgovina nije baš toliko mrtva, ali je u opasnosti,” rekao je osnivač TSMC-a Morris Chang 2023. godine. Tijekom protekle godine, SAD i njihovi saveznici sve su više ograničavali pristup Kine naprednoj tehnologiji čipova, bojeći se sigurnosnih implikacija. To je dovelo do toga da se Kina još više usmjeri na domaću tehnologiju i čak ograniči određeni izvoz zauzvrat. Rezultat je još više podijeljen opskrbni lanac – onaj u kojem bi zapadno orijentirani i kinesko orijentirani ekosustavi mogli postati manje međusobno ovisni. Iako to može donijeti određenu redundanciju, također znači manju učinkovitost, veće troškove i potencijalno udvostručavanje napora u dva tehnološka područja theregister.com. Chang je otvoreno izjavio “globalizacija je gotovo mrtva i slobodna trgovina je gotovo mrtva”theregister.com, upozoravajući da zlatno doba jedinstvenog globalnog lanca čipova završava. Ovo prijelazno razdoblje uvodi nesigurnost i rizik, jer tvrtke moraju navigirati složenim novim pravilima o tome kome mogu prodavati i gdje mogu graditi.

Ukratko, opskrbni lanac poluvodiča je dvosjekli mač: njegova globalna priroda omogućila je izvanredne inovacije i razmjere uz niske troškove, ali je također stvorila opasne točke pojedinačnog kvara. Suša na Tajvanu ili politički zastoj u Južnokineskom moru nije samo lokalno pitanje – to bi moglo poremetiti proizvodnju pametnih telefona, automobila i serverskih centara diljem svijeta usitc.gov. To je prepoznavanje sada pokrenulo masovne napore za povećanje otpornosti – od državnih subvencija za lokalne tvornice do diverzifikacije dobavljača. No, izgradnja redundancije zahtijeva vrijeme, a u međuvremenu svijet ostaje izrazito ranjiv na šokove u opskrbi poluvodičima.

Ključni materijali i tehnologije u proizvodnji čipova

Umijeće izrade čipova oslanja se na niz vrhunskih tehnologija i specijaliziranih materijala. Razumijevanje ovih daje uvid u to zašto je izrada čipova tako izazovna (i zašto to samo nekolicina može raditi na najvišoj razini):

Silicijski waferi: Većina čipova izrađuje se na siliciju – elementu kojeg ima u izobilju i čija poluvodička svojstva ga čine idealnim. Silicijski ingoti režu se u ogledalo-glatke wafer-e (promjera 300 mm za većinu najnaprednijih tvornica danas). Ovi waferi su početno platno za čipove. Proizvodnja kristalno čistih, bezgrešnih silicijskih kristala sama je po sebi visokotehnološki proces koji je savladalo samo nekoliko tvrtki (uglavnom u Japanu). Drugi poluvodički materijali također se koriste za specifične primjene: npr. galijev arsenid ili indijev fosfid za visokofrekventne RF čipove, te silicij karbid (SiC) ili galijev nitrid (GaN) za elektroniku visokih snaga (poput upravljača motora električnih vozila i 5G baznih stanica), zbog njihovih superiornih električnih svojstava pri visokim naponima ili frekvencijama. Ovi složeni poluvodiči ključni su za 5G, električna vozila i zrakoplovstvo, a u tijeku su napori za povećanje njihove proizvodnje (često uz sudjelovanje američkih, europskih i japanskih tvrtki koje prednjače u znanosti o materijalima).
Tehnologija fotolitografije: U središtu moderne proizvodnje čipova nalazi se fotolitografija – korištenje svjetlosti za urezivanje sićušnih uzoraka. Ova tehnologija dosegnula je gotovo znanstveno-fantastične razine. Današnje najnaprednije tvornice koriste ekstremno ultraljubičastu (EUV) litografiju, koja radi na valnoj duljini od 13,5 nm i uključuje nevjerojatno složenu optiku, izvore svjetlosti iz plazme i vakuumske sustave. Kao što je spomenuto, ASML je jedini proizvođač EUV skenera patentpc.com. Svaka EUV mašina teži 180 tona, ima tisuće komponenti (Zeiss ogledala, izvor svjetlosti iz lasera i plazme itd.) i košta više od 300 milijuna dolara bipartisanpolicy.org. EUV omogućuje iscrtavanje značajki od ~7 nm i manje s manje koraka. Za starije čvorove (npr. 28nm, 14nm), tvornice koriste duboko ultraljubičastu (DUV) litografiju – još uvijek složenu, ali s nešto širom bazom dobavljača (ASML, Nikon, Canon isporučuju te alate). Napredak u litografiji bio je ključni pokretač Mooreovog zakona, omogućujući udvostručavanje gustoće tranzistora. Sljedeći korak u litografiji već je u pripremi: High-NA EUV (leće s većom numeričkom aperturom za još finije uzorke) ciljane za čipove od 2 nm i manje do 2025.-2026. Cijeli svijet proizvodnje čipova uvelike ovisi o napretku ove optičke tehnologije.
Kemijski procesi i plinovi: Moderna tvornica čipova koristi zapanjujući niz kemikalija – od plinova poput fluora, argona, dušika, silana do tekućih otapala, kiselina i fotoosjetljivih materijala (photoresist). Više od 100 različitih plinova (mnogi toksični ili visoko specijalizirani) može se koristiti u raznim fazama taloženja i jetkanja steveblank.com. Fotoosjetljive kemikalije su polimeri osjetljivi na svjetlo koji se nanose na pločice (wafer) kako bi prenijeli uzorke sklopova – nišu kojom dominiraju japanske tvrtke steveblank.com. Slurryji za kemijsko-mehaničku planarizaciju (CMP) koji sadrže nano-abrazive koriste se za poliranje slojeva pločica do ravnosti steveblank.com. Čak je i deionizirana ultračista voda ključni “materijal” – tvornice troše ogromne količine za ispiranje pločica (kako je opisano u odjeljku o okolišu). Svaki materijal mora zadovoljiti iznimno stroge zahtjeve čistoće, jer jedan jedini atom ili čestica nečistoće može uništiti milijarde tranzistora. Stoga je opskrba ovim materijalima visokotehnološki pothvat sam po sebi, često s malo kvalificiranih dobavljača (zbog čega je podložna poremećajima, kao što je ranije spomenuto).
Tehnologija tranzistora (generacije čvorova): Čipovi se često klasificiraju prema svom “čvoru” ili veličini tranzistora – npr. 90nm, 28nm, 7nm, 3nm itd. Manje je općenito bolje (više tranzistora po površini, veća brzina, manja potrošnja energije). Kako se izrađuju ti sićušni tranzistori? To uključuje i litografiju za definiranje njihovih malih značajki i pametnu arhitekturu tranzistora. Industrija je prešla s tradicionalnih ravnih (planarnih) tranzistora na FinFET (3D fin tranzistori) oko 22nm čvora radi kontrole curenja. Sada, na ~3nm, uvodi se novi dizajn nazvan Gate-All-Around (GAA) ili nanosheet tranzistori (Samsungov 3nm koristi GAA, a TSMC/Intel planiraju GAA na 2nm) – ovo omotava vrata tranzistora potpuno oko kanala za još bolju kontrolu. Ova poboljšanja u strukturi uređaja, zajedno s novim materijalima (npr. dielektrici visokog κ, metalna vrata), produžila su Mooreov zakon čak i dok jednostavno smanjivanje postaje teže bipartisanpolicy.org. Postoji cijeli niz istraživanja i razvoja u nove materijale na razini tranzistora – primjerice, korištenje germanija ili 2D materijala (poput grafena) za kanale radi povećanja mobilnosti, ili III-V poluvodiča za određene slojeve. Iako još nisu u masovnoj proizvodnji za logiku, takvi materijali mogli bi se pojaviti u narednim godinama kako silicijski tranzistori dosegnu fizičke granice.
Tehnologija pakiranja i integracije čipova: Kako se tranzistori smanjuju i donose sve manje koristi, inovacije se prebacuju na pakiranje i integraciju čipova. Napredno pakiranje omogućuje kombiniranje više čipova (čipleta) u jednom pakiranju, povezanih visokogustim međuspojevima. Tehnike poput TSMC-ovog CoWoS i SoIC, Intelovog Foverosa i AMD-ove čiplet arhitekture omogućuju dizajnerima da kombiniraju različite “pločice” (CPU jezgre, GPU, IO, memorija) u jednom modulu. To poboljšava performanse i iskoristivost (manje čipove je lakše proizvesti bez grešaka, a zatim ih složiti zajedno). Na primjer, najnoviji AMD-ovi procesori koriste čiplete, a Intelov nadolazeći Meteor Lake također. 3D slaganje je još jedna tehnologija – postavljanje čipova jedan na drugi, poput slaganja memorije na logiku (npr. HBM memorijski slojevi velike propusnosti) kako bi se prevladala uska grla u propusnosti. Industrija standardizira sučelja za čiplete (UCIe) kako bi čipovi različitih proizvođača jednog dana mogli biti interoperabilni u jednom pakiranju bakerbotts.com. Ukratko, “čipleti su poput Lego kockica – manji, specijalizirani čipovi koji se mogu kombinirati za stvaranje snažnijih sustava,” kako je to slikovito opisao MIT Tech Review (ilustrirajući glavni trend inovacija). Ova revolucija u pakiranju ključna je tehnološka strategija za nastavak poboljšanja performansi sustava čak i ako se skaliranje tranzistora uspori.
Softver za dizajn i IP: Iako nije materijal, vrijedi spomenuti EDA (alati za elektroničku automatizaciju dizajna) i IP jezgre koji se koriste za dizajn čipova i predstavljaju ključne tehnologije same po sebi. Moderni čipovi su toliko složeni da se pojavljuje EDA uz pomoć umjetne inteligencije – alati sada koriste strojno učenje za optimizaciju rasporeda čipova i bržu provjeru dizajna steveblank.com. Što se tiče IP-a, osnovni dizajni poput ARM-ovih CPU jezgri ili Imaginationovih GPU jezgri temeljne su tehnologije koje mnoge tvrtke licenciraju umjesto da ih iznova izmišljaju, učinkovito služeći kao građevni blokovi.
Nadolazeći računalni paradigmi: Osim tradicionalnih digitalnih čipova, istražuju se nove tehnologije: kvantni računalni čipovi (koji koriste kubite izrađene od supravodljivih krugova ili zarobljenih iona) obećavaju eksponencijalno ubrzanje za određene zadatke, iako su još uvijek na razini istraživanja. Fotonicki integrirani krugovi koriste svjetlost umjesto elektriciteta za komunikaciju i potencijalno izračune pri vrlo velikim brzinama uz nisku toplinu – već se koriste u nekim komunikacijskim infrastrukturama. Neuromorfni čipovi nastoje oponašati neuronske mreže mozga u hardveru za AI primjene. Iako još nisu u širokoj upotrebi, stalna istraživanja i razvoj mogli bi ih učiniti dijelom poluvodičkog krajolika u narednim godinama.

U sažetku, izrada poluvodiča zahtijeva ovladavanje zapanjujućim nizom tehnologija – od znanosti o materijalima (uzgoj savršenih kristala, kemija jetkanja) do optičke fizike (nano-fotonika litografije) do računalnih znanosti (algoritmi dizajna). Ta složenost razlog je zašto samo nekoliko ekosustava (Tajvan, Južna Koreja, SAD, Japan, Europa) u potpunosti vlada ovim tehnologijama i zašto pridošlice imaju velike prepreke za nadoknaditi zaostatak. Također je razlog zašto su čipovi tako teški za izradu – ali tako čudesni u onome što postižu.

Inovacije i smjerovi istraživanja i razvoja (R&D)

Industriju poluvodiča pokreće neumoljiva inovacija – poznata po Mooreovom zakonu, opažanju da se broj tranzistora na čipovima otprilike udvostručuje svake dvije godine. Iako se Mooreov zakon usporava zbog fizičkih ograničenja, istraživanje i razvoj (R&D) u svijetu čipova življe je nego ikad, istražujući nove načine za daljnje poboljšanje performansi. Evo nekoliko ključnih inovacija i budućih smjerova do 2024.-2025.:

Pomeranje granica proizvodnog procesa: Veliki igrači utrkuju se u komercijalizaciji sljedećih generacija čip tehnologije. TSMC i Samsung započeli su proizvodnju na 3 nanometra 2022.-2023.; sada TSMC planira tvornice na 2 nm do 2025.-2026., a IBM (s Rapidusom u Japanu) čak je demonstrirao laboratorijski prototip 2 nm čipa. Intel cilja povratak liderske pozicije s procesima koje naziva 20A i 18A (otprilike ekvivalent 2 nm) do 2024.-2025., integrirajući GAA tranzistore u obliku vrpce (“RibbonFET”). Svako smanjenje procesa zahtijeva ogromna ulaganja u R&D – nove litografske trikove, nove materijale (poput kobalta ili rutenija za međusobne veze, novih izolatora) i više EUV slojeva. Čak se spominju i procesi ispod 1 nm (tzv. angstromska skala) kasnije ovog desetljeća, iako su tada “nm” oznake uglavnom marketinške – stvarne dimenzije mogu biti debele svega nekoliko atoma.
Čiplet i modularne arhitekture: Kao što je spomenuto, dizajn temeljen na čipletima velika je inovacija na koju treba obratiti pažnju. Već se koristi (AMD-ovi Zen procesori, Intelov nadolazeći Meteor Lake, Appleov M1 Ultra koji zapravo spaja dva M1 Max čipa putem interposera), a razvija se i sa standardiziranim sučeljima. Ovaj modularni pristup omogućuje ponovnu upotrebu IP blokova, kombiniranje različitih proizvodnih procesa (npr. analogni dio na starijem čipletu, CPU na novijem), i bolje prinose. UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express) konzorcij osnovan 2022. razvija otvorene standarde tako da bi, potencijalno, tvrtka mogla kupiti gotove čiplet komponente i integrirati ih – poput slaganja Lego kockica. U 2024. vidimo da čipleti omogućuju specijaliziranije kombinacije, poput jednostavne integracije AI akceleratora ili HBM memorijskih slojeva za skaliranje performansi bakerbotts.com. U budućnosti bi ovo moglo drastično promijeniti način dizajniranja čipova i tko ih može proizvoditi (smanjujući ulazne barijere za nove igrače koji se mogu fokusirati na jednu čiplet nišu).
Umjetna inteligencija (AI) i specijalizirani čipovi: Nagla potražnja za AI računalstvom (npr. treniranje velikih neuronskih mreža za generativnu AI) oblikuje inovacije u čipovima. Tradicionalni CPU-ovi su neučinkoviti za AI radna opterećenja, pa su GPU-ovi (grafički procesori) i AI akceleratori (TPU-ovi, NPU-ovi itd.) vrlo traženi. U 2024. svjedočili smo “AI zlatnoj groznici” u poluvodičima – Nvidia-ini GPU-ovi za podatkovne centre, primjerice, prodaju se čim se proizvedu, a mnogi startupovi dizajniraju čipove specifične za AI. Generativni AI čipovi (uključujući CPU-ove, GPU-ove, specijalizirane AI akceleratore, memoriju, mreže) vjerojatno su premašili 125 milijardi dolara prihoda u 2024. – više nego dvostruko od početnih projekcija – čineći više od 20% svih prodaja čipova deloitte.com. Ovo potiče istraživanje i razvoj arhitektura optimiziranih za AI: zamislite tenzorske procesore, neuromorfne čipove, računalstvo u memoriji (obrada podataka u memorijskim poljima), pa čak i analogno računalstvo za AI. Veliki igrači poput NVIDIA-e, Googlea (TPU), Amazona (Inferentia) i startupova (Graphcore, Cerebras itd.) guraju inovativne dizajne. Izvršna direktorica AMD-a Lisa Su procijenila je da bi ukupno tržište čipova povezanih s AI-jem moglo doseći 500 milijardi dolara do 2028. deloitte.com – broj veći od cijelog poluvodičkog tržišta 2023. godine, što naglašava transformativni potencijal AI-ja. Takve prognoze potiču ogromna ulaganja u istraživanje i razvoj AI čipova.
3D integracija i heterogena integracija: Osim čipleta postavljenih jedan pored drugog, 3D slaganje (čipovi jedan na drugome) je još jedna granica. Slaganje memorije (npr. HBM na GPU-ovima) već je uobičajeno. Sljedeći korak je slaganje logičkih čipova radi skraćivanja veza – primjerice, postavljanje cache memorije izravno iznad sloja CPU jezgre za brži pristup. Istraživački projekti proučavaju 3D IC-ove s tisućama vertikalnih međusobnih veza (putem-silicijskih prolaza ili čak spojenih međučipnih veza na nanometarskim razmacima). Heterogena integracija odnosi se na spajanje različitih tehnologija (CMOS logika, DRAM memorija, fotonika itd.) u jednom paketu ili slogu. Američki CHIPS Act financira napredne pogone za pakiranje i integraciju jer se to smatra ključem budućih dobitaka kad čisto skaliranje uspori. U 2024. Intel je demonstrirao slaganje računalnog čipa na vrh I/O čipa s “PowerVia” isporukom energije sa stražnje strane između, kao dio svojih nadolazećih dizajna. Ovo je vrhunsko istraživanje i razvoj pakiranja.
Novi materijali i tranzistorski paradigmi: Istraživači također rade na post-silicij, post-CMOS tehnologijama. Grafen i ugljikove nanocijevi imaju primamljiva svojstva (ultra-brza pokretljivost elektrona) koja bi mogla omogućiti znatno manje tranzistore, ali njihova integracija u masovnu proizvodnju je izazovna. Ipak, eksperimentalni FET-ovi s ugljikovim nanocijevima prikazani su na laboratorijskim čipovima (MIT je prije nekoliko godina izradio 16-bitni mikroprocesor u potpunosti od tranzistora s ugljikovim nanocijevima). 2D poluvodiči poput disulfida molibdena (MoS₂) proučavaju se za ultra-tanke kanale. U međuvremenu, spintronika (korištenje spina elektrona za memoriju, poput MRAM-a), feroelektrični FET-ovi i kvantni uređaji su aktivna područja istraživanja koja bi mogla unaprijediti ili zamijeniti trenutnu tehnologiju za određene primjene. Nijedna od ovih tehnologija neće ući u masovnu proizvodnju 2025., ali ulaganja sada mogu donijeti proboje kasnije u desetljeću. Značajan primjer: IBM i Samsung su 2021. najavili istraživanje o VTFET (Vertical Transport FET), novoj vertikalnoj strukturi tranzistora koja bi teoretski mogla omogućiti veliki skok u gustoći orijentiranjem tranzistora vertikalno kroz čip.
Kvantno računalstvo i silicijska fotonika: Iako nisu izravno dio glavnih CMOS planova, i kvantno računalstvo i fotonička integracija su budući smjerovi koji se preklapaju s poluvodičima. Istraživanje i razvoj kvantnog računalstva bilježi milijarde ulaganja – tvrtke poput IBM-a, Googlea, Intela čak izrađuju čipove za kvantne procesore (iako s vrlo različitom tehnologijom – npr. supravodljivi krugovi na kriogenim temperaturama). Ako se kvantna računala skaliraju, mogla bi nadopuniti klasične poluvodiče za određene zadatke (kriptografija, složene simulacije) unutar deset ili dvadeset godina. Silicijska fotonika, s druge strane, već se spaja s tradicionalnim čipovima: integrira optička sučelja za ultra-brze podatkovne veze (kao između serverskih čipova) koristeći male lasere i valovode na čipu. Tehnološki divovi (npr. Intel, Cisco) imaju programe za fotoničke čipove, a startupovi rade na optičkim neuronskim mrežama. U 2024. svjedočili smo daljnjem napretku s drugom generacijom optičkih transceiverskih čipova za podatkovne centre, te istraživanjima o fotoničkom računanju za AI.
Napredne memorijske tehnologije: Inovacije nisu prisutne samo u logičkim čipovima. Memorija se također razvija: 3D NAND flash ide prema 200+ slojeva (Micron i SK Hynix najavili su čipove s više od 230 slojeva), a možda i 500+ slojeva do 2030., slažući memorijske ćelije poput nebodera. Nove memorije poput MRAM-a, ReRAM-a i memorije s promjenom faze razvijaju se kako bi potencijalno zamijenile ili nadopunile DRAM i flash, nudeći nevolatilnost uz bolju brzinu ili izdržljivost. U 2023. Intel i Micron su oba predstavili napredak u ovim memorijama nove generacije. Kompjutacijska pohrana (gdje memorija može obavljati neke računske zadatke) je još jedan smjer.

Sve u svemu, R&D pipeline je bogat – od neposrednih poboljšanja proizvodnje sljedeće generacije (2nm, GAA tranzistori) do revolucionarnih novih računalnih paradigmi. Industrija također prima dosad neviđenu državnu podršku za istraživanje i razvoj: na primjer, američki CHIPS Act izdvaja milijarde za nove nacionalne centre za istraživanje poluvodiča, a europski Chips Act slično povećava sredstva za istraživanje i razvoj semiconductors.org. Ovi napori imaju za cilj osigurati vodstvo u budućim tehnologijama. Jedan jasan trend je masovna suradnja između tvrtki, vlada i akademske zajednice na pretkonkurentskim istraživanjima (s obzirom na uključene troškove).

Dok stojimo u 2025. godini, Mooreov zakon možda usporava u tradicionalnom smislu, ali inovatori su uvjereni da će “More Moore” i “More than Moore” (nove mogućnosti izvan samog skaliranja) i dalje napredovati. Nedavni članak u Economistu istaknuo je da čak i ako tranzistori ne nastave prepolavljati svoju veličinu svake dvije godine, tempo napretka bi se mogao nastaviti kroz čiplet arhitekture, dizajn vođen umjetnom inteligencijom i specijalizaciju economist.com. Drugim riječima, kraj Mooreovog zakona neće značiti kraj brzih poboljšanja – ona će samo dolaziti iz drugih smjerova. Sljedećih nekoliko godina bit će uzbudljivo dok svjedočimo hoće li proboji poput High-NA EUV, 3D slaganja čipova ili možda neka nepredviđena nova tehnologija, pogurati industriju na nove visine.

Geopolitičke napetosti i implikacije za politiku

Poluvodiči nisu samo biznis – oni su geopolitički čipovi u globalnoj igri moći. Budući da su napredni čipovi ključni za ekonomsku snagu i nacionalnu sigurnost (pomislite na vojnu tehnologiju, kritičnu infrastrukturu, sigurnu komunikaciju), države su sve više počele štititi i kontrolirati poluvodičke kapacitete. Tijekom 2024.-2025. ove su se napetosti samo pojačale, preoblikujući politiku i međunarodne odnose. Ovo su glavne priče:

Tehnološki “rat čipova” SAD–Kina: Sjedinjene Države i Kina su u žestokoj konkurenciji oko poluvodiča. SAD smatra kineski napredak u čipovima potencijalnom sigurnosnom prijetnjom (napredni čipovi mogu pokretati AI za vojsku itd.) i poduzima snažne mjere kako bi onemogućile Kini pristup najnaprednijoj tehnologiji čipova. U listopadu 2022. SAD je najavio opsežne kontrole izvoza koje zabranjuju kineskim tvrtkama nabavu naprednih čipova (iznad određenih performansi) i opreme za njihovu proizvodnju. U 2023. i krajem 2024. ove su restrikcije dodatno pooštrene – primjerice, zabranom čak i nekih manje naprednih Nvidia AI čipova Kini te proširenjem popisa kineskih tvrtki (poput SMIC-a, Huaweija) pod sankcijama deloitte.com. SAD je također izvršio pritisak na saveznike Nizozemsku i Japan da ograniče izvoz napredne litografije i druge opreme za čipove Kini, na što su oni pristali početkom 2023. (tako potpuno odsijecajući Kinu od EUV strojeva, pa čak i nekih naprednih DUV alata). Cilj ovih ograničenja je usporiti kineski napredak u najnaprednijim poluvodičima, posebno onima potrebnima za vojni AI i superračunala theregister.com m. Američki dužnosnici otvoreno su izjavili da žele održati “malo dvorište, visoku ogradu” – što znači mali skup najnaprednije tehnologije, ali s praktički neprobojnim blokadama oko nje.
Odgovor Kine – Samodostatnost i regrutiranje: Kina nije stajala po strani. Pokrenula je program “Made in China 2025” vrijedan više od 150 milijardi dolara kako bi razvila domaće kapacitete za proizvodnju poluvodiča i smanjila ovisnost o stranoj tehnologiji. Kineske tvornice poput SMIC-a ostvaruju stalan (iako skroman) napredak – unatoč sankcijama, SMIC je uspio proizvesti 7 nm čipove 2022.-23. (koristeći stariju DUV litografiju na inovativne načine) patentpc.com, što je vidljivo u Huawei pametnom telefonu lansiranom 2023. godine, za koji su rastavljanja otkrila da ima kineski SoC od 7 nm. Kina također koristi rupe u zakonima i udvostručuje ulaganja u istraživanje i razvoj alata koje ne može uvoziti (poput razvoja vlastite litografske opreme, iako je još uvijek godinama iza). Druga taktika: “krađa talenata”. Budući da američka pravila zabranjuju Amerikancima pomaganje kineskim tvrtkama za čipove, Kina je agresivno regrutirala inženjere iz Tajvana, Koreje i drugih zemalja, nudeći izdašne pogodnosti. “Kina agresivno regrutira iseljeničke talente… s visokim plaćama, besplatnim stanovima i još mnogo toga,” izvijestio je Reuters deloitte.com. Ovaj “rat za talente” pokušaj je uvoza znanja. Osim toga, Kina je uvela vlastite izvozne kontrole na određene materijale (galij, germanij) sredinom 2023. godine deloitte.com, čime je dala do znanja da može uzvratiti koristeći svoju dominaciju u nekim sirovinama ključnim za poluvodiče.
CHIPS akti i industrijska politika: Zapanjujući razvoj događaja je koliko je vlada donijelo politike za on-shore ili friend-shore proizvodnju čipova, prekidajući desetljeća laissez-faire pristupa. Američki CHIPS and Science Act (2022) odvojio je 52,7 milijardi dolara izravnog financiranja za poticanje domaće proizvodnje čipova, plus 25% poreznih olakšica za ulaganja u tvornicebipartisanpolicy.org. Do 2023.-24., američko Ministarstvo trgovine počelo je dodjeljivati ta sredstva projektima – primjerice, 2023. najavilo je prve potpore i jamstva za zajmove tvrtkama koje grade tvornice u SAD-u. bipartisanpolicy.org. Ciljevi su povećati udio SAD-a u globalnoj proizvodnji (trenutno ~12%) i osigurati da se najnapredniji čipovi (poput onih za obranu) mogu proizvoditi na američkom tlu. Slično tome, EU je pokrenula Europski akt o čipovima (2023) s ciljem mobilizacije 43 milijarde eura kako bi udvostručila europski udio u proizvodnji na 20% do 2030. consilium.europa.eu. To uključuje subvencije za nove tvornice (Intel je dobio veliku subvenciju za tvornicu u Njemačkoj, TSMC se također pokušava privući za jednu u Njemačkoj), podršku startupovima i financiranje istraživanja. Japan je također izdvojio milijarde za subvencije – privukao je TSMC da izgradi tvornicu u Kumamotu (sa Sonyjem i Densom kao partnerima) ponudivši gotovo polovicu troškova (476 milijardi jena ≈ 3,2 milijarde dolara subvencije) reuters.com. Japan je također stvorio Rapidus, konzorcij s tvrtkama poput Sonyja, Toyote, i uz podršku vlade, za razvoj 2nm procesne tehnologije u zemlji u partnerstvu s IBM-om. Južna Koreja najavila je vlastite poticaje za mega “klaster poluvodiča” i podršku svojim tvrtkama poput Samsunga u izgradnji novih tvornica. Indija je pokrenula program poticaja vrijedan 10 milijardi dolara za privlačenje proizvođača čipova da otvore tvornice (iako je do 2024. napredak spor, s određenim interesom za analogne/zrelije tvornice i pakiranje). Čak su i Saudijska Arabija i UAE naznačili interes za velika ulaganja u poluvodiče radi diverzifikacije svojih gospodarstava patentpc.com. Ovaj globalni val industrijske politike bez presedana je za industriju čipova, koja je povijesno imala poneku državnu potporu (poput dugoročne podrške Tajvana za TSMC), ali nikada ovako široku koordinaciju. Rizik je mogući višak kapaciteta na duge staze i neučinkovita alokacija, ali glavni je motiv nacionalna sigurnost i otpornost opskrbnog lanca.
Savezi i “friendshoring”: Na geopolitičkoj šahovskoj ploči formirani su novi savezi usmjereni na čipove. SAD nastoji stvoriti svojevrsni “Savez za čipove” tehnološki naprednih i istomišljenika država – često nazivan “Chip 4” (SAD, Tajvan, Južna Koreja, Japan) – radi koordinacije sigurnosti opskrbnog lanca i sprječavanja da kritična tehnologija dođe u ruke protivnika. Nizozemska (sjedište ASML-a) također je ključni partner. Ove zemlje zajedno kontroliraju većinu vrhunskog IP-a za čipove, alata i proizvodnje. Zajedničke izjave 2023. i 2024. između SAD-a i Japana, te SAD-a i Nizozemske, potvrdile su suradnju na kontroli poluvodiča. S druge strane, Kina i zemlje u njezinoj orbiti (možda Rusija i još neke) mogu produbiti vlastite tehnološke veze – npr. Kina je povećala tehnološku suradnju s Rusijom i traži opremu za poluvodiče od svake zemlje koja je voljna prodati. Tajvansko pitanje je veliko: SAD izričito kaže da ne može ostati ovisan o Tajvanu za čipove unedogled (zato potiče TSMC da gradi u Arizoni). Tajvan, sa svoje strane, želi zadržati svoj “silicijski štit” – ideju da svjetska ovisnost o njegovim čipovima odvraća vojnu agresiju. No, napetosti su velike – ratne simulacije i izjave nekih dužnosnika čak su iznijele ekstremne ideje poput uništavanja tajvanskih tvornica čipova u slučaju invazije, kako ne bi pale u kineske ruke theregister.com. Ovo pokazuje koliko su poluvodiči sada isprepleteni s nacionalnim obrambenim planiranjem.
Viši troškovi i kompromisi: Jedna od posljedica politizacije opskrbnog lanca su viši troškovi i neučinkovitosti. Morris Chang je upozorio da će reorganizacija proizvodnje zbog politike povećati cijene – globalni model distribuirane proizvodnje “just-in-time” bio je vrlo isplativ theregister.com. Sada, dupliciranje tvornica u više zemalja, ponekad bez pune iskorištenosti, ili korištenje manje optimalnih lokacija (s aspekta troškova) znači da bi potrošači mogli plaćati više za čipove i proizvode koji ovise o čipovima. Već je TSMC izjavio da će čipovi proizvedeni u njihovoj novoj tvornici u Arizoni biti znatno skuplji nego oni proizvedeni na Tajvanu (neke procjene govore o ~50% višoj cijeni) reuters.com. Tvrtke bi te troškove mogle prenijeti na kupce. Tu je i izazov skaliranja talenata i opskrbnih lanaca u novim regijama (kao što je pokazalo kašnjenje TSMC-a u Arizoni, vidi odjeljak o radnoj snazi). Ipak, čini se da su vlade spremne snositi te troškove radi sigurnosnih koristi.
Kontrole izvoza i usklađenost: Još jedan razvoj događaja su složeni režimi kontrole izvoza koji se uspostavljaju. Američko Ministarstvo trgovine, Ured za industriju i sigurnost (BIS), aktivno ažurira pravila. Na primjer, krajem 2024. SAD su najavile pravila za ograničavanje čak i pristupa naprednim AI modelima sankcioniranim zemljama i ograničile određene manje napredne čipove koji bi se mogli prenamijeniti za vojnu upotrebu deloitte.com. Praćenje i provedba predstavljaju izazov – postoji procvjetalo sivo tržište preprodavača čipova i posrednika koji pokušavaju dostaviti ograničene čipove u Kinu ili druge zabranjene destinacije. Kao odgovor, SAD pojačava provedbene mjere. U međuvremenu, Kina izrađuje vlastiti popis kontrole izvoza (moguće da će uključiti više stavki poput magneta od rijetkih zemalja itd., osim već ograničenih metala). Ova igra mačke i miša vjerojatno će se nastaviti, a tvrtke će se ponekad naći u sredini (npr. NVIDIA je morala stvoriti modificirane verzije svojih AI čipova s niskom brzinom kako bi ih legalno prodavala Kini prema pravilima, što je SAD potom dodatno ograničila).
Tehnološki suverenitet vs. suradnja: Mnoge zemlje govore o “tehnološkom suverenitetu” – EU koristi ovaj izraz kako bi opravdala ulaganja koja osiguravaju da nije potpuno ovisna o stranoj tehnologiji. S druge strane, inovacije u poluvodičima napreduju zahvaljujući globalnoj suradnji (nijedna zemlja ne može sve to učiniti jeftino sama). Stoga kreatori politika moraju balansirati: graditi lokalne kapacitete bez izolacije od globalne mreže dobavljača i kupaca. Američki CHIPS Act zapravo uključuje odredbe prema kojima financirane tvrtke ne mogu graditi napredne nove kapacitete u Kini 10 godina, nastojeći osigurati razdvajanje bipartisanpolicy.org. Kina, s druge strane, promiče “samodostatnost” čak i ako to znači izmišljanje već postojećeg. Možda ćemo vidjeti paralelne ekosustave ako se jaz produbi – primjerice, Kina razvija vlastite EDA alate, vlastitu opremu, iako generaciju zaostatka. Dugoročno, neki se brinu da ovo udvostručavanje smanjuje ukupnu učinkovitost inovacija (budući da je prije tvrtka poput TSMC-a mogla amortizirati istraživanje i razvoj prodajom svima globalno; u podijeljenom svijetu, količine su manje po tržištu).

U 2024. godini, geopolitičke napetosti ostaju na najvišoj razini u području poluvodiča. Industrijski pionir Morris Chang podržava američke napore da uspore Kinu – izjavio je “SAD su započele svoju industrijsku politiku za čipove kako bi usporile napredak Kine. … Podržavam to,” čak i dok priznaje da era slobodne trgovine čipovima završava. Tvrtke poput ASML-a izrazile su zabrinutost da neka ograničenja djeluju “više ekonomski motivirana” nego isključivo sigurnosno reuters.com, kako je primijetio i izvršni direktor ASML-a nadajući se stabilnoj ravnoteži reuters.com. U međuvremenu, zemlje poput Južne Koreje ponekad se osjećaju uhvaćenima u sredini – oslanjaju se na Kinu kao tržište, ali su saveznici SAD-a. Na primjer, Južna Koreja je dobila određenu fleksibilnost (izuzeća) za svoje tvrtke Samsung i SK Hynix da nastave s radom tvornica u Kini unatoč američkim pravilima, ali krajem 2024. čak se i Južna Koreja suočila s “neočekivanim izazovom” razmišljajući o vlastitim tehnološkim politikama pod pritiskom deloitte.com.

“Rat za čipove” u poluvodičkoj industriji vjerojatno će i dalje oblikovati globalnu politiku. S jedne strane, to potiče ogromna ulaganja u tehnologiju i kapacitete (što može biti pozitivno za inovacije i radna mjesta). S druge strane, postoji rizik od stvaranja fragmentiranijeg i nestabilnijeg tehnološkog okruženja, gdje su šokovi u opskrbi i trgovinski sporovi sve češći. Za širu javnost, jedna od neposrednih posljedica je da je osiguravanje stabilne opskrbe čipovima postalo glavni prioritet za vlade – slično kao i energetska sigurnost. U narednim godinama, očekujte vijesti o novim izgradnjama tvornica u središtu SAD-a ili europskim prijestolnicama, uzajamnim zabranama izvoza između velikih sila i poluvodičima kao ključnom temom diplomatskih razgovora. Globalna utrka za prevlast u čipovima sada je u punom jeku i duboko će utjecati i na razvoj poluvodičke industrije i na širu ravnotežu ekonomske moći u 21. stoljeću.

Ekonomski utjecaj industrije poluvodiča

Poluvodička industrija ne omogućuje samo druge sektore – ona je ogromna ekonomska sila sama po sebi. U 2024. godini, globalno tržište poluvodiča naglo je poraslo kako su nestašice uzrokovane pandemijom popustile i pojavila se nova potražnja. Svjetska prodaja čipova dosegla je oko 630,5 milijardi dolara u 2024. godini semiconductors.org, što predstavlja snažan skok od otprilike 18–20% u odnosu na prethodnu godinu, a predviđa se da će dosegnuti nove rekorde u 2025. (oko 697 milijardi dolara) deloitte.com. Ako se trenutni trendovi nastave, industrija bi mogla dosegnuti 1 bilijun dolara godišnje do 2030. godine deloitte.com. Da bismo to stavili u perspektivu, to je otprilike BDP Nizozemske ili Indonezije koji se svake godine generira zahvaljujući čipovima.

No pravi ekonomski utjecaj poluvodiča daleko je veći od same prodaje čipova. “Tvrtke u poluvodičkom ekosustavu proizvode čipove … i prodaju ih tvrtkama koje ih ugrađuju u sustave i uređaje … Prihod od proizvoda koji sadrže čipove vrijedi desetke bilijuna dolara,” objašnjava industrijski stručnjak Steve Blank steveblank.com. Zapravo, gotovo svaki moderni elektronički proizvod (pametni telefoni, računala, automobili, telekomunikacijska oprema, industrijski strojevi) sadrži čipove – ta krajnja tržišta ukupno vrijede više bilijuna i pokreću produktivnost u cijelom gospodarstvu. Na primjer, poluvodiči su temeljni za ključne industrije poput automobilske (današnji automobili imaju desetke mikrokontrolera), računalstva i cloud usluga, telekomunikacija (5G mreže), potrošačke elektronike i novih područja poput umjetne inteligencije i obnovljive energije. Dostupnost i cijena čipova izravno utječu na zdravlje i tempo inovacija u tim sektorima.

Nekoliko konkretnih točaka o ekonomskom utjecaju:

Omogućavanje tehnoloških revolucija: Poluvodiči su često usko grlo ili katalizator za nove tehnološke valove. Uspon pametnih telefona i mobilnog interneta 2010-ih omogućili su sve snažniji i energetski učinkovitiji čipovi za telefone. Trenutni AI procvat (s modelima poput ChatGPT-a i autonomnim sustavima) moguć je zahvaljujući najnaprednijim GPU-ovima i AI akceleratorima; da je napredak čipova zastao, AI algoritmi ne bi mogli raditi u praktičnom opsegu. Buduće širenje IoT-a (Interneta stvari), električnih i autonomnih automobila, Industrije 4.0 automatizacije i 6G komunikacija sve pretpostavlja daljnji napredak čipova. U ekonomskom smislu, čipovi imaju ogroman multiplikativni učinak – proboj u poluvodičima može osloboditi potpuno nove industrije. Prepoznajući to, vlade nazivaju poluvodiče „strateškom” industrijom; primjerice, Bijela kuća je izjavila da su poluvodiči „kritični za gospodarski rast i nacionalnu sigurnost SAD-a”, što objašnjava zašto je CHIPS Act opravdan bipartisanpolicy.org.
Stvaranje radnih mjesta i zapošljavanje visoko kvalificiranih radnika: Sektor poluvodiča podržava velik broj radnih mjesta diljem svijeta, od kojih su mnoga visoko plaćene i stručne pozicije (inženjeri, tehničari, istraživači). U centrima za dizajn čipova poput Silicijske doline (SAD) ili Hsinchua (Tajvan), tvrtke za čipove su veliki poslodavci. Jedna nova tvornica može stvoriti tisuće izravnih i desetke tisuća neizravnih radnih mjesta (građevina, dobavljači, usluge). Na primjer, Intelove planirane tvornice u Ohiju i TSMC-ove u Arizoni očekuje se da će svaka stvoriti oko 3.000 izravnih radnih mjesta, plus mnogo više u široj ekonomiji. Štoviše, upravo su to vrste naprednih proizvodnih poslova koje mnoge razvijene zemlje žele imati na svom teritoriju iz ekonomskih i sigurnosnih razloga. Međutim, kao što ćemo raspraviti u sljedećem odjeljku, pronalaženje kvalificiranih kadrova za ove poslove postaje sve veći izazov, što samo po sebi ima ekonomske implikacije (ograničenja radne snage mogu usporiti širenje i povećati plaće).
Globalna trgovina i opskrbni lanci: Poluvodiči su među najtrgovanijim proizvodima na svijetu. Godišnja globalna trgovina poluvodičima i povezanim uređajima iznosi stotine milijardi. Na primjer, čipovi su stalno među glavnim izvoznim proizvodima za zemlje poput Tajvana, Južne Koreje, Malezije i sve više Kine (koja izvozi mnogo čipova niže klase, iako uvozi one najviše klase). Zapravo, od 2020. uvoz čipova u Kinu (oko 350 milijardi dolara u 2022.) premašio je njezin uvoz nafte, što ističe čipove kao ključnu uvoznu robu za zemlju patentpc.com. Ova dinamika također utječe na trgovinsku bilancu i pregovore. Ekonomije s velikim izvozom poput Južne Koreje i Tajvana ovise o izvozu čipova za rast – na Tajvanu je TSMC sam veliki doprinositelj BDP-u i trgovinskom suficitu. U međuvremenu, zemlje koje ovise o uvozu čipova (poput mnogih u Europi ili Indije) vide poboljšanje svoje trgovinske pozicije kao jedan od razloga za razvoj domaće proizvodnje.
Ekonomska sigurnost: Nedostatak čipova 2021.-2022. poslužio je kao poziv na buđenje: nestašica poluvodičkih dijelova od 1 $ bila je dovoljna da zaustavi proizvodnju automobila vrijednih 40.000 $, što je pridonijelo inflaciji i nižem rastu BDP-a u nekim regijama. Studije su procijenile da je nestašica čipova smanjila globalnu proizvodnju automobila za nekoliko postotnih bodova i usporila dostupnost potrošačke elektronike, što je vjerojatno imalo manji negativan učinak na BDP u 2021. Vlade sada osiguranu opskrbu čipovima smatraju dijelom ekonomske sigurnosti. PwC izvješće iz 2023. čak je upozorilo da bi ozbiljan poremećaj opskrbe čipovima uzrokovan klimatskim promjenama mogao dovesti u rizik trećinu od predviđenih 1 bilijun dolara proizvodnje u roku od desetljeća ako se industrija ne prilagodi pwc.com – što bi značajno naštetilo globalnom gospodarstvu. Stoga ekonomski planeri uključuju poluvodiče u procjene rizika koje su obično rezervirane za ključne sirovine.
Burza i korporativni rast: Sama poduzeća iz sektora poluvodiča postala su neka od najvrjednijih poduzeća na svijetu. Do kraja 2024. ukupna tržišna kapitalizacija 10 najvećih tvrtki za čipove iznosila je oko 6,5 bilijuna dolara, što je porast od 93% u odnosu na godinu prije deloitte.com, zahvaljujući rastućim procjenama vezanim uz umjetnu inteligenciju. Divovi poput TSMC-a, NVIDIA-e, Samsunga, Intela i ASML-a svaki imaju tržišnu kapitalizaciju u stotinama milijardi. Učinak ovih tvrtki snažno utječe na burzovne indekse i tokove ulaganja. Zapravo, Philadelphia Semiconductor Index (SOX) često se smatra barometrom zdravlja tehnološkog sektora. Bogatstvo stvoreno rastom ovih tvrtki je golemo, a one zauzvrat ulažu novac natrag u istraživanje i razvoj te kapitalna ulaganja na rekordnim razinama (TSMC je 2022. potrošio oko 36 milijardi dolara na kapitalna ulaganja reuters.com, što je ekvivalentno trošku izgradnje nekoliko nosača zrakoplova). To stvara začarani krug inovacija i ekonomske aktivnosti, sve dok potražnja ostaje visoka.
Utjecaj na potrošače i cijene: Čipovi su veliki dio troška u mnogim proizvodima. Kako čipovi postaju snažniji (prema Mooreovom zakonu), često trošak po funkciji pada, omogućujući jeftiniju elektroniku ili više značajki za istu cijenu – što je prednost za potrošače i produktivnost. Međutim, nedavna nestašica i dodatni troškovi “sigurnih” opskrbnih lanaca (npr. udvostručavanje proizvodnih pogona u skupljim regijama) mogu stvoriti inflacijski pritisak. Vidjeli smo, primjerice, značajan rast cijena automobila 2021.-2022. dijelom zato što proizvođači nisu mogli nabaviti dovoljno mikrokontrolera, što je dovelo do niskih zaliha. Izvješće Goldman Sachsa iz 2021. pokazalo je da čipovi ulaze u širok raspon potrošačkih dobara, pa dugotrajna nestašica čipova može utjecati na inflaciju za primjetan djelić postotka. Suprotno tome, kada se opskrba čipovima normalizira, to može imati deflacijski učinak na cijene elektronike. Dugoročno, stalni napredak u poluvodičima djeluje deflacijski (elektronika ili pojeftinjuje ili postaje znatno sposobnija za istu cijenu svake godine).
Vladine subvencije i povrat ulaganja (ROI): S obzirom na to da su deseci milijardi javnih sredstava sada uloženi u inicijative za čipove, porezni obveznici i ekonomisti prate povrat. Zagovornici tvrde da će se ove subvencije isplatiti kroz otvaranje visokovrijednih radnih mjesta i očuvanje ključnih industrija. Tu je i multiplikativni učinak – npr. izgradnja tvornice čipova uključuje mnogo građevinskih radova, a zatim i visokokvalificirana radna mjesta, a svako radno mjesto u tvornici navodno podržava još ~4–5 drugih radnih mjesta u gospodarstvu (održavanje, usluge itd.). Međutim, kritičari upozoravaju na prekomjernu ponudu ili neučinkovitost državnog odabira pobjednika. Financiranje kroz CHIPS Act, primjerice, dolazi s uvjetima (dijeljenje dobiti u slučaju prevelikih profita, zahtjevi za dječju skrb za radnike u tvornicama itd.) kako bi se osigurale šire koristi. Uspjeh ili neuspjeh ovih politika imat će ekonomske posljedice: ako uspiju, regije poput američkog Srednjeg zapada ili Saske u Njemačkoj mogle bi postati novi Silicijski doline, jačajući lokalna gospodarstva. Ako ne, postoji rizik od skupih promašaja.

U sažetku, poluvodiči imaju ogroman ekonomski utjecaj izravno i neizravno. Potpomažu rast komplementarnih industrija i u središtu su povećanja produktivnosti (brža računala = više znanstvenih simulacija, bolja umjetna inteligencija = više automatizacije). Ciklička priroda sektora (ciklusi procvata i pada zbog fluktuacija potražnje) također može utjecati na šire ekonomske cikluse. Na primjer, pad u ciklusu čipova (kao 2019. ili 2023. za memorijske čipove) može naštetiti izvozu i BDP-u gospodarstava orijentiranih na proizvodnju, dok procvat (poput trenutnog AI booma) može ih snažno potaknuti.

Kako ulazimo u 2025., izgledi su optimistični: Deloitteova industrijska prognoza navodi da je 2024. bila vrlo snažna s oko 19% rasta, a 2025. bi mogla donijeti dodatnih ~11% rasta, čime bi industrija bila na putu prema toj aspiraciji od bilijun dolara deloitte.com. Rast potiče potražnja za novim tehnologijama (AI, 5G, električna vozila) koja nadoknađuje moguće usporavanje u segmentu pametnih telefona ili računala. Izazov će biti upravljanje troškovima lokalizacije i geopolitičkim ograničenjima bez gušenja inovacija i razmjera koji su poluvodiče učinili tako velikom ekonomskom uspješnicom.

Ekološke i održive zabrinutosti

Koliko god poluvodička tehnologija bila impresivna, njezina proizvodnja nosi značajne ekološke troškove. Industrija se sve više suočava sa svojim izazovima održivosti – uključujući ogromnu potrošnju vode i energije, emisije stakleničkih plinova i kemijski otpad. Paradoksalno, iako čipovi omogućuju zelenije tehnologije (poput učinkovitije elektronike i rješenja za čistu energiju), njihova proizvodnja može biti resursno intenzivna i zagađujuća ako se ne upravlja pažljivo. Ovo su ključne ekološke zabrinutosti:

Upotreba vode: “Poluvodiči ne mogu postojati bez vode – i to u velikim količinama,” napominje Kirsten James iz Ceres weforum.org. Faboratoriji zahtijevaju ogromne količine ultra-čiste vode (UPW) za ispiranje pločica nakon svakog kemijskog procesa. Ova voda mora biti izuzetno čista (tisućama puta čišća od pitke vode) kako bi se izbjegla bilo kakva kontaminacija mineralima ili česticama weforum.org. Za proizvodnju 1.000 galona UPW, potrebno je otprilike 1.400–1.600 galona gradske vode (ostatak postaje otpadna voda) weforum.org. Jedan veliki pogon za izradu čipova može koristiti 10 milijuna galona vode dnevno, što je ekvivalentno potrošnji vode ~30.000–40.000 kućanstava weforum.org. Globalno, procjenjuje se da svi pogoni za proizvodnju poluvodiča zajedno troše vode koliko i grad s milijunima stanovnika; jedno izvješće navodi da tvornice čipova diljem svijeta godišnje potroše onoliko vode koliko i grad Hong Kong (7,5 milijuna ljudi) weforum.org. Ova velika potražnja stvara pritisak na lokalne zalihe vode, osobito u regijama koje se već suočavaju sa sušom ili nestašicom vode (npr. TSMC-ovi pogoni na Tajvanu bili su ugroženi ozbiljnom sušom 2021., što je zahtijevalo državnu racionalizaciju vode pa čak i dovoz vode kamionima u pogone). Nedostatak vode postaje ranjivost za industriju weforum.org. Osim toga, otpadne vode iz pogona mogu sadržavati opasne kemikalije (poput kiselina, metala). Bez odgovarajuće obrade, ova otpadna voda može onečistiti rijeke i podzemne vode, šteteći ekosustavima weforum.org. Doista, u nekim centrima za proizvodnju čipova u Kini i Južnoj Koreji, vlasti su prijavile pogone zbog kršenja okolišnih propisa zbog zagađenja vode weforum.org. Industrija odgovara ulaganjem u recikliranje vode: mnogi pogoni sada recikliraju dio svoje vode. Na primjer, novi TSMC pogon u Arizoni tvrdi da će ponovno iskoristiti oko 65% svoje potrošnje vode na licu mjesta <a href=”https://www.weforum.org/stories/2024/07/the-water-challenge-foweforum.org, a Intel je surađivao s lokalnim vlastima u Oregonu i Arizoni na izgradnji postrojenja za pročišćavanje vode kako bi se obnovili vodonosnici weforum.org. Neke tvornice u Singapuru i Izraelu recikliraju čak i veće postotke. Međutim, kako potražnja za čipovima raste, ukupna potrošnja vode i dalje će rasti, što ovo čini ključnim pitanjem održivosti.
Potrošnja energije i emisije: Proizvodnja čipova je energetski intenzivna. Rad čistih soba, pumpi i toplinskih procesa u tvornici 24/7 troši ogromne količine energije. Jedna napredna tvornica može kontinuirano trošiti oko 100 megavata električne energije – što je ekvivalentno potrošnji energije malog grada (deseci tisuća kućanstava). Zapravo, “standardna velika tvornica za proizvodnju čipova troši više od 100.000 megavata energije … svaki dan,” a cijeli sektor je 2024. koristio oko 190 milijuna tona CO₂-ekvivalentablog.veolianorthamerica.com. (Ta brojka emisija – 190 milijuna tona – otprilike je godišnja emisija zemalja poput Vijetnama ili Australije.) Dio tog ugljičnog otiska dolazi iz neizravne potrošnje energije (ako je lokalna mreža na fosilna goriva), a dio izravno iz procesa proizvodnje. Tvornice koriste perfluorirane spojeve (PFC) za jetkanje i čišćenje; ti plinovi, poput CF₄ ili C₂F₆, imaju potencijal globalnog zagrijavanja tisućama puta veći od CO₂ i mogu u atmosferi ostati tisućama godina. Iako je industrija radila na smanjenju curenja PFC-a (kao dio dobrovoljnih sporazuma iz Kjotskog protokola), oni i dalje čine značajan udio emisija. Prema studiji TechInsightsa, ako se proizvodnja čipova udvostruči do 2030. (kako bi se zadovoljilo tržište od 1 bilijun dolara), bez ublažavanja emisije industrije mogle bi znatno porasti pwc.com. Kako bi smanjili potrošnju energije, proizvođači čipova sve više ulažu u obnovljive izvore energije za napajanje tvornica. TSMC je, primjerice, postao jedan od najvećih svjetskih korporativnih kupaca obnovljive energije, s ciljem 40% obnovljive energije do 2030. i 100% do 2050. Intel također ima tvornice koje koriste 100% obnovljivu električnu energiju na nekim lokacijama. Poboljšanje energetske učinkovitosti unutar tvornica (npr. korištenje povrata topline, učinkovitijih rashladnih uređaja) još je jedan fokus. No, važno je napomenuti da napredniji čipovi često zahtijevaju više energije po waferu za proizvodnju (npr. EUV litografija je manje energetski učinkovita od starijih litografija), pa postoji napetost između tehnološkog napretka i potrošnje energije po čipu. Neki analitičari brinu da bi, ako se Mooreov zakon uspori, potrošnja energije po tranzistoru zapravo mogla porasti.
Kemijski i opasni otpad: Proces proizvodnje poluvodiča koristi toksične i opasne tvari – plinove poput silana ili arsina, korozivne tekućine (kiseline, otapala) i teške metale. Sigurno upravljanje tokovima otpada je ključno. Tvornice čipova generiraju kemijski otpad koji se mora pažljivo obraditi ili zbrinuti. Na primjer, korištena otapala i sredstva za jetkanje mogu se destilirati i reciklirati, kiseline neutralizirati, a suspenzije filtrirati za ponovnu upotrebu. Tvrtke poput Veolia nude usluge posebno za pomoć tvornicama čipova u recikliranju otpada – pretvarajući iskorištene kemikalije u korisne proizvode ili sigurno spaljujući otpad i pritom iskorištavajući energiju blog.veolianorthamerica.com. Unatoč najboljim praksama, nesreće (curenje kemikalija, nepravilno odlaganje) se mogu i jesu dogodile, što može uzrokovati lokalnu štetu za okoliš. Drugi aspekt je otpad od ambalaže – proizvodnja uključuje mnogo jednokratnih plastičnih spremnika, rukavica, zaštitnih odijela itd. u čistim prostorijama. Mnoge tvrtke sada pokušavaju smanjiti i reciklirati i ovu vrstu čvrstog otpada blog.veolianorthamerica.com. Tu je i e-otpad nizvodno, ali to se više odnosi na zbrinjavanje gotovih elektroničkih proizvoda nego na samu proizvodnju čipova.
Otpornost na klimatske promjene: Ironično, klimatske promjene predstavljaju izravnu prijetnju proizvodnji čipova, iako će čipovi biti potrebni za borbu protiv klimatskih promjena. Tvornice čipova nalaze se na mjestima koja sve češće doživljavaju ekstremne vremenske uvjete: tajfune u istočnoj Aziji, toplinske valove i suše (npr. zapad SAD-a, Tajvan) itd. CNBC-ovo izvješće iz 2024. istaknulo je kako bi jedna oluja ili poplava koja pogodi ključni “grad čipova” mogla poremetiti opskrbu – primjerice, hipotetski tajfun Helene koji pogodi tajvanski grad Hsinchu (gdje je sjedište TSMC-a) mogao bi biti katastrofalan deloitte.com. Tvrtke sada procjenjuju klimatske rizike za svoje pogone. Nedostatak vode je u prvom planu – istraživanje među čelnicima industrije čipova iz 2023. pokazalo je da je 73% zabrinuto zbog rizika za prirodne resurse (vodu) u njihovom poslovanju weforum.org. Mnogi uvode otpornost na klimatske promjene, poput izgradnje vlastitih spremnika za vodu, rezervnog napajanja i diverzifikacije lokacija. PricewaterhouseCoopers je upozorio da bi bez prilagodbe do 32% globalne opskrbe poluvodičima moglo biti ugroženo do 2030. godine zbog klimatski uvjetovanog nedostatka vode i drugih utjecaja klimatskih promjena pwc.com.
Pozitivne inicijative: S druge strane, industrija je pojačala svoje obveze prema održivosti. Do 2025. gotovo sve velike tvrtke iz poluvodičke industrije imaju neki oblik cilja za smanjenje ili neutralnost ugljika. TSMC planira smanjiti emisije za 20% do 2030. (u odnosu na 2020.) i postići neto nultu emisiju do 2050. Intel ima cilj neto nulte operativne emisije do 2040. i ulaže u zelene tvornice (već je postigao 82% ponovne uporabe vode i 100% zelene energije na lokacijama u SAD-u do 2022.). Samsung je najavio ekološke ciljeve – npr. korištenje obnovljive energije za inozemne operacije i poboljšanje energetske učinkovitosti svojih procesa. Još jedan pozitivan aspekt je što proizvodi industrije pomažu smanjenju emisija drugdje – primjerice, energetski učinkoviti čipovi smanjuju potrošnju energije u podatkovnim centrima i elektronici; čipovi u sustavima obnovljive energije poboljšavaju učinkovitost mreže. Jedno istraživanje SIA (Udruženje poluvodičke industrije) sugeriralo je da za svaku tonu CO₂ koju emitira sektor čipova, tehnologije omogućene čipovima pomažu smanjiti nekoliko tona u drugim sektorima (kroz uštede energije). Je li to dovoljno da nadoknadi otisak, predmet je rasprave, ali je jasno da su poluvodiči ključni za klimatska rješenja (pametne mreže, električna vozila itd.).

Za ilustraciju napretka: Sonyjev poluvodički odjel u Japanu naveo je da jedna od njegovih tvornica ponovno koristi oko 80% svoje otpadne vode i gradi nove objekte za recikliranje kako bi to poboljšao weforum.org. Mnoge tvrtke pridružile su se inicijativama Responsible Business Alliance za održive opskrbne lance, osiguravajući da su minerali koje koriste (npr. kobalt, tantal) bez sukoba i odgovorno iskopani. Također se formiraju konzorciji za zajedničko rješavanje raširenih problema – npr. IMEC u Belgiji vodi programe za održivu proizvodnju poluvodiča, istražujući alternative PFC plinovima i načine za smanjenje potrošnje energije po pločici.

Zaključno, utjecaj proizvodnje poluvodiča na okoliš nije zanemariv i mora se upravljati. Dobra vijest je da lideri industrije to priznaju. Kako je naveo jedan Deloitte izvještaj, proizvodnja čipova vrijednih bilijun dolara 2030. imat će utjecaj na okoliš – pitanje je kako ga ublažitiwww2.deloitte.com. Put naprijed uključuje veću transparentnost (tvrtke objavljuju podatke o vodi i ugljiku), postavljanje ciljeva temeljenih na znanosti za emisije, ulaganje u prakse kružnog gospodarstva (poput ponovne uporabe kemikalija, ciljeva nultog otpada na odlagalištima blog.veolianorthamerica.com) i partnerstvo s vladama (za infrastrukturu poput obnovljive energije i pročišćavanja vode). Potrošači i investitori također traže zelenije prakse – veliki kupci čipova poput Applea, primjerice, žele da njihov opskrbni lanac (uključujući dobavljače čipova poput TSMC-a) koristi 100% obnovljivu energiju. Taj vanjski pritisak pomaže potaknuti promjene.

Dakle, iako čip industrija ima još posla oko smanjenja svog ekološkog otiska, poduzima značajne korake. Uostalom, ušteda vode i energije često se dugoročno poklapa s uštedom troškova. A u svijetu u kojem je održivost sve važnija, izvrsnost u “zelenoj proizvodnji čipova” mogla bi postati još jedna konkurentska prednost. Možda ćemo čak vidjeti tehnologije poput novih metoda suhog jetkanja (koje koriste manje kemikalija) ili zamjena za PFC plinove kao standardnu praksu, potaknute ekološki osviještenim istraživanjem i razvojem. Nada je da se sljedeća faza rasta poluvodiča može postići na način koji djeluje s okolišem, a ne protiv njega blog.veolianorthamerica.com – osiguravajući da digitalna revolucija pokretana čipovima bude održiva za planet.

Izazovi radne snage i talenata

Proizvodnja poluvodiča nije samo stvar čistih soba i strojeva – ona se u osnovi oslanja na ljude s visokospecijaliziranim vještinama. I tu se industrija suočava s ključnim izazovom: s rastom manjka talenata i jaza u vještinama. Kako države ulažu u nove tvornice i istraživanje i razvoj, postavlja se pitanje: tko će zaposliti te pogone i pokretati inovacije, posebno u eri kada postojeća radna snaga stari, a mlađi talenti gravitiraju prema softveru ili drugim područjima?

Ključna pitanja i razvoj vezani uz radnu snagu u poluvodičkoj industriji:

Starenje radne snage i val umirovljenja: U mnogim regijama, trenutna inženjerska radna snaga u poluvodičkoj industriji naginje starijim, iskusnim profesionalcima – a velika skupina se približava umirovljenju. Na primjer, u Sjedinjenim Državama “55% radne snage u poluvodičkoj industriji ima više od 45 godina, dok je manje od 25% mlađe od 35 godina,” prema podacima iz sredine 2024. deloitte.com. Europa je slična: “20% europskih radnika u poluvodičkoj industriji ima više od 55 godina, a oko 30% njemačke poluvodičke radne snage očekuje se da će otići u mirovinu u sljedećem desetljeću,” prema analizi EE Timesa deloitte.com. Ovo je nadolazeći “odljev mozgova” kako stručnjaci veterani odlaze. Industrija riskira gubitak desetljeća institucionalnog znanja brže nego što ga može nadomjestiti – što je istaknuto u Deloitteovoj studiji o talentima, koja upozorava na “nedosljedan prijenos znanja i premalo novih ulazaka koji bi upili stručnost” deloitte.com.
Nedostatak novog kadra: Povijesno gledano, karijere u čip inženjeringu (bilo u elektrotehnici, znanosti o materijalima ili održavanju opreme) nisu privlačile toliko mladih talenata kao, primjerice, razvoj softvera ili podatkovna znanost. Taj se posao često smatra specijaliziranijim, zahtijeva napredne diplome, a profil industrije među diplomantima je izblijedio od vremena procvata PC-a. Zajednička SEMI-Deloitte studija još 2017. istaknula je “nadolazeći jaz u talentima” i napomenula da se poluvodička industrija bori s brendiranjem i vrijednosnom ponudom za nove diplomante deloitte.com. U 2023.-2024., unatoč visokotehnološkoj prirodi sektora, sve manje studenata bira područja vezana uz poluvodiče, a tvrtke prijavljuju poteškoće u popunjavanju radnih mjesta od početne razine do istraživača s doktoratom. Rezultat: mnogo otvorenih radnih mjesta, malo kvalificiranih kandidata. Ovo je posebno izraženo u regijama koje pokušavaju proširiti proizvodnju čipova s niske razine (npr. SAD, koji mora obučiti mnogo više tehničara za svoje nove tvornice, ili Indija sa svojim tek započetim naporima).
Regionalne neusklađenosti i TSMC-ova lekcija iz Arizone: Jedan od najzvučnijih primjera problema s kadrovima bila je TSMC-ova odgoda u Arizoni. TSMC gradi tvornicu vrijednu 40 milijardi dolara u Arizoni – jedan od temelja američkog nastojanja da vrati naprednu proizvodnju čipova na svoj teritorij. Međutim, sredinom 2023. TSMC je najavio da će otvaranje tvornice biti pomaknuto s 2024. na 2025. godinu, navodeći “nedovoljnu količinu kvalificiranih radnika” u lokalnoj radnoj snazi manufacturingdive.com. Tvrtka je imala poteškoća pronaći dovoljno američkih radnika sa specijaliziranim znanjem za izgradnju i instalaciju napredne opreme za tvornicu, a susrela se i s “otporom sindikata na pokušaje dovođenja radnika iz Tajvana” kako bi pomoglireuters.com. TSMC je morao poslati stotine iskusnih tehničara iz Tajvana u Arizonu kako bi obučili lokalne radnike i završili instalaciju čistih soba. Predsjednik tvrtke Mark Liu napomenuo je da svaki novi projekt ima svoju krivulju učenja, ali je dao naslutiti da je američki nedostatak radne snage ozbiljna prepreka reuters.com. Ova situacija naglašava da je stručnost koncentrirana u postojećim središtima (poput Tajvana za najnapredniju proizvodnju) i da se teško prenosi drugdje. Sada svi američki projekti tvornica čipova (nove Intelove tvornice, Samsungovo proširenje tvornice u Teksasu itd.) pojačavaju zapošljavanje i obuku, surađujući s lokalnim koledžima i inženjerskim fakultetima na razvoju kadra. No, obučiti diplomanta da postane iskusan inženjer procesa u poluvodičima može potrajati godinama radnog iskustva. Stoga bi razvoj domaćeg kadra mogao kasniti za izgradnjom novih tvornica.
Kineski pogon za talente: U međuvremenu, Kina agresivno traži talente za čipove globalno kako bi prevladala svoja tehnološka ograničenja. Kao što je navedeno, s obzirom na to da zapadne zemlje ograničavaju prijenos tehnologije, Kina se okrenula regrutiranju pojedinaca. Reutersova istraga iz 2023. otkrila je da je Kina tiho zaposlila stotine inženjera iz tajvanskog TSMC-a i drugih tvrtki, nudeći im pakete naknada koji su ponekad dvostruko veći od njihove plaće, uz pogodnosti poput stanovanja deloitte.com. Ideja je uvesti stručnost u kineske tvornice i dizajnerske kuće (djelomično oponašajući način na koji je Tajvan izvorno pokrenuo svoju industriju vraćanjem inženjera obučenih u SAD-u 1980-ih). Međutim, to je izazvalo napetosti – Tajvan je čak pokrenuo istrage i pooštrio zakone kako bi spriječio curenje intelektualnog vlasništva putem preotimanja talenata. SAD također sada zabranjuje svojim državljanima (i nositeljima zelene karte) rad za određene kineske tvrtke za čipove bez dozvole deloitte.com, nakon što je primijetio da mnogi bivši zaposlenici američkih tvrtki prihvaćaju unosne poslove u Kini. Ipak, “rat za talente” znači da su iskusni inženjeri globalno vrlo traženi, a plaće rastu. To je odlično za inženjere, ali može biti problematično za tvrtke i regije koje ne mogu parirati plaćama koje nude bogatiji ponuđači (bilo da se radi o kineskom startupu s državnim subvencijama ili američkoj tvornici financiranoj iz CHIPS zakona).
Inicijative za obuku i obrazovanje: Prepoznajući usko grlo u talentima, pojavile su se brojne inicijative. U okviru CHIPS zakona, SAD je izdvojio sredstva ne samo za tvornice, već i za razvoj radne snage – u partnerstvu sa sveučilištima i zajedničkim koledžima za stvaranje novih obrazovnih programa za poluvodiče bipartisanpolicy.org. Na primjer, Sveučilište Purdue pokrenulo je program diploma iz poluvodiča s ciljem da svake godine diplomira stotine inženjera obučenih za čipove, a Državno sveučilište Arizone proširuje programe kako bi podržalo prisutnost TSMC-a. Slično tome, europski Zakon o čipovima uključuje stipendije i prekogranične mreže za obuku kako bi se potaknulo više stručnjaka za mikroelektroniku. Tvrtke također pojačavaju internu obuku; Intel, primjerice, interno vodi dugogodišnji “koledž za tvornice” i proširuje programe praksi i suradnje. Jedan od izazova, međutim, jest što se mnogo prešutnog znanja u proizvodnji čipova ne uči iz udžbenika – ono se stječe radom u tvornicama. Dakle, povećanje broja talenata zahtijevat će kombinaciju formalnog obrazovanja i praktičnih naukovanja u postojećim pogonima. Vlade bi čak mogle olabaviti pravila o imigraciji kako bi privukle strane talente (SAD razmatra posebnu kategoriju viza za stručnjake za čipove, a Japan privlači tajvanske i korejske inženjere za rad u Rapidusu).
Radna kultura i privlačnost: Još jedan problem je učiniti karijeru u poluvodičkoj industriji privlačnom. Industrija može biti zahtjevna – tvornice rade 24/7, inženjeri često rade u smjenama, a potrebna preciznost znači rad u okruženju pod visokim pritiskom. Kako je Reuters naveo, TSMC je otkrio da su američki radnici manje skloni izdržati “naporan” cjelodnevni raspored u tvornicama čipova u usporedbi s radnicima u Tajvanu ili Japanu reuters.com. U Japanu postoji kulturna norma dugih radnih sati što odgovara potrebama tvornica čipova, dok u SAD-u očekivanja o ravnoteži između posla i privatnog života mogu biti u sukobu s potrebama noćnih smjena. Tvrtke će se možda morati prilagoditi (npr. više automatizacije za smanjenje noćnih smjena ili poticaji za rad u nepopularnim terminima). Također, industrija bi mogla poboljšati svoj imidž isticanjem zanimljive i utjecajne prirode posla – omogućujete budućnost tehnologije – te poticanjem raznolikosti i uključivosti (tradicionalno je bila muški dominantna i mogla bi više uključiti nedovoljno zastupljene skupine). Povijesni nedostatak glamura u odnosu na softver donekle nestaje jer su poluvodiči sada često u vijestima, ali kontinuirani angažman je ključan.
Nedostatak talenata u brojkama: Za kvantificiranje, SEMI (industrijsko udruženje) procijenio je krajem 2022. da bi do 2030. industrija mogla imati manjak od otprilike 300.000 kvalificiranih radnika globalno ako se trenutni trendovi nastave. To uključuje sve, od doktora znanosti do tehničara za održavanje opreme. Najizraženiji nedostaci su kod inženjera opreme, inženjera procesa proizvodnje i stručnjaka za EDA softver. EDA tvrtke poput Synopsysa također izvještavaju da im treba više stručnjaka za algoritme i umjetnu inteligenciju za razvoj sljedeće generacije alata za dizajn (koji sada uključuju AI – čipovi za dizajn čipova!). Drugi segment su tehničarske pozicije – oni s dvogodišnjim tehničkim diplomama koji upravljaju i održavaju opremu u tvornicama. Zemlje poput SAD-a su posljednjih desetljeća premalo ulagale u strukovno obrazovanje za takve uloge, pa je obnova tog kadrovskog bazena ključna.
Međunarodna suradnja nasuprot ograničenjima: Zanimljivo je da, iako su potrebe za talentima globalne, neke politike otežavaju mobilnost talenata. Američka izvozna pravila ne ograničavaju samo hardver već i ljudsko znanje (osobe iz SAD-a trebaju dozvole za rad s određenim kineskim tvornicama čipova). To može ograničiti broj stručnjaka koji su voljni ili mogu raditi na određenim mjestima, čime se zapravo segmentira tržište rada. S druge strane, savezničke zemlje razmatraju načine za dijeljenje talenata – npr. možda “program razmjene talenata” između američkih i tajvanskih tvornica za međusobnu obuku inženjera, ili uzajamno priznavanje kvalifikacija između EU i SAD-a kako bi inženjeri lakše prelazili na projekte.
Naknade i konkurencija: Nedostatak talenata doveo je do rasta plaća u ovom sektoru, što je dobro za privlačenje ljudi, ali također povećava troškove za tvrtke. U razdoblju 2021.-2022. neke su poluvodičke tvrtke davale znatne povišice ili bonuse kako bi zadržale zaposlenike. TSMC je navodno ponudio povećanja plaća od preko 20% u 2022. uslijed pokušaja preotimanja zaposlenika. U regijama poput Indije, gdje su povijesno plaće za dizajnere čipova bile niže, multinacionalne kompanije sada nude znatno veće pakete kako bi spriječile prelazak talenata konkurenciji ili u inozemstvo. Sve je to odlično za profesionalce, ali bi moglo smanjiti profitne marže ili utjecati na to gdje će se tvrtke širiti (mogle bi tražiti regije s dobrim obrazovnim sustavima, ali još uvijek razumnim troškovima rada – jedan od razloga zašto Intel i drugi gledaju prema mjestima poput Ohija ili sjeverne države New York umjesto prema izrazito konkurentnim tržištima rada).

Za rezimirati, problem talenata u poluvodičkoj industriji ključna je prepreka ambicioznim planovima širenja industrije. Postoji određena ironija: možemo potrošiti milijarde na nove, sjajne tvornice, ali bez stručnih ljudi koji će ih voditi, one su samo prazne ljuske. Kako je predsjednik SIA rekao 2022., “Ne možete imati preporod proizvodnje bez preporoda radne snage”. Sljedećih nekoliko godina donijet će zajedničke napore da se inspirira i obuči nova generacija stručnjaka za čipove. To bi moglo značiti ažuriranje inženjerskih kurikuluma s više sadržaja o proizvodnji poluvodiča, ponudu atraktivnih stipendija, pa čak i pokretanje STEM programa u srednjim školama kako bi se učenike zainteresiralo za “izgradnju sljedećeg čipa s milijardu tranzistora” umjesto samo za pisanje nove aplikacije.

U međuvremenu, tvrtke će koristiti privremena rješenja: prekvalificiranje inženjera iz srodnih industrija, ponovno zapošljavanje umirovljenika kao konzultanata i korištenje više automatizacije i umjetne inteligencije za smanjenje potreba za radnom snagom u tvornicama. Vlade bi također mogle prilagoditi imigracijsku politiku – primjerice, SAD bi mogao automatski dodijeliti zelenu kartu diplomantima s relevantnim doktoratima sa američkih sveučilišta kako bi ih zadržao u zemlji.

Ulog je velik: ako se nedostatak talenata ne riješi, mogao bi postati usko grlo koje usporava tempo inovacija i povećanja kapaciteta, potkopavajući ciljeve tih višemilijardnih inicijativa za čipove. S druge strane, ako uspijemo inspirirati novi val talenata u mikroelektroniku, taj ljudski kapital mogao bi održati novo zlatno doba napretka poluvodiča. Kako je jedan stručnjak duhovito rekao: “Najvažniji resurs čip industrije nije silikon, već mozgovi.” I osigurati da imamo dovoljno tih mozgova koji rade na poluvodičima jednako je važno kao i bilo koji drugi faktor spomenut u ovom izvješću.

Poluvodiči se često nazivaju “DNK tehnologije”, a ova detaljna analiza jasno pokazuje zašto. Od fizike njihovog rada, preko zamršene globalne proizvodnje, do strateških i ljudskih izazova koji oblikuju njihovu budućnost – čipovi se nalaze na sjecištu znanosti, ekonomije i geopolitike. Od 2025. svijet se budi pred stvarnošću da onaj tko predvodi u proizvodnji poluvodiča predvodi u modernoj ekonomiji. Zato svjedočimo milijarderskim ulaganjima, međunarodnim borbama za talente i materijale te munjevitim inovacijama – sve odjednom.

Za širu javnost, sve ovo može izgledati daleko – dok ne postane blisko. Nestašica čipova može učiniti automobile skupljima ili učiniti gadgete nedostupnima; promjena politike može odrediti hoće li sljedeći pametni telefon imati revolucionarni procesor ili zaostajati. Dobra vijest je da se tijekom 2024. i u 2025. godini ulažu sredstva za jačanje i reinvenciju opskrbnog lanca, uzbudljive nove tehnologije su na vidiku, a stručnjaci iz industrije surađuju kako bi riješili uska grla od litografije do obuke radne snage. Priča o proizvodnji poluvodiča doista je priča o stalnoj reinvenciji – baš kad se čini da smo dosegli granicu, inženjeri pronađu novi put (bilo da se radi o 3D čipovima, EUV-u ili nečemu što tek dolazi).

U nadolazećim godinama, obratite pažnju na nekoliko stvari: Hoće li američki i europski projekti tvornica brzo dati rezultate? Može li Kina ostvariti svoje ambiciozne ciljeve samodostatnosti unatoč sankcijama? Hoće li nasljednici Mooreovog zakona poput čipleta nastaviti donositi poboljšanja performansi? Može li industrija postati zelenija i privući raznolike talente? Odgovori će oblikovati ne samo tehnologiju koju koristimo, već i geopolitički i ekonomski krajolik 21. stoljeća.

Jedno je sigurno: ovi mali čipovi postali su ogromni po važnosti. “Ratovi čipova” i utrka silicija će se nastaviti, ali idealno kroz konkurenciju koja potiče inovacije i suradnju koja osigurava stabilnost. Na kraju, svaki potrošač i svaka država mogu imati koristi ako ekosustav poluvodiča ostane živ, siguran i održiv. Kao što smo vidjeli, to će zahtijevati vješto upravljanje svime, od atoma do trgovinskih politika. Svijet promatra – i ulaže – u ovaj sektor kao nikada prije.

Za one koji žele saznati više ili pratiti novosti, ovdje su neki javni izvori i dodatna literatura o proizvodnji poluvodiča i trendovima u industriji:

Udruga poluvodičke industrije (SIA) – Izvješća o stanju industrije: Detaljna godišnja izvješća s najnovijim podacima o prodaji, ulaganjima i ažuriranjima politika deloitte.com.
Deloitteov poluvodički pregled za 2025.: Analiza tržišnih trendova, uključujući utjecaj potražnje za umjetnom inteligencijom, nedostatak talenata i geopolitičke čimbenike deloitte.com deloitte.com.
“Rat čipova” Chrisa Millera: Toplo preporučena knjiga koja daje povijesni kontekst rivalstva SAD-a i Kine oko poluvodiča i kako smo došli do ove točke.
EE Times i Semiconductor Engineering: Stručni časopisi koji svakodnevno prate vijesti o tehnološkim probojima, problemima opskrbnog lanca i planovima tvrtki – izvrsni za praćenje razvoja 3nm/2nm procesa, novih arhitektura čipova itd.
Izvješća Svjetskog ekonomskog foruma i Ceres-a o održivosti poluvodiča: Ova izvješća raspravljaju o utjecaju na okoliš i o tome što se poduzima kako bi se riješili problemi vode i energije u proizvodnji čipova weforum.org, blog.veolianorthamerica.com.
Web stranice i blogovi tvrtki (TSMC, Intel, ASML): Mnogi industrijski lideri objavljuju edukativne materijale ili novosti (npr. Intelovi ciljevi održivosti RISE za 2030., ASML-ova tehnička izvješća o EUV-u).

Prateći ove izvore, možete u stvarnom vremenu pratiti kako se odvija drama proizvodnje poluvodiča – drama koja spaja vrhunsku inovaciju s globalnom strategijom visokih uloga. Nije pretjerano reći da će budućnost biti vođena čipovima, stoga je razumijevanje ovog područja sve važnije za svakoga tko je znatiželjan kamo svijet ide.

Poluvodiči su možda maleni, ali nose težinu modernog svijeta – a sada smo podigli zastor na to kako se proizvode, tko ih proizvodi i zašto su postali žarišna točka uzbuđenja i napetosti na globalnoj sceni. steveblank.com

___________________________________________________

Izvori:

Pregled industrije poluvodiča 2025. | Deloitte Insights

Izgradnja održivog puta naprijed za industriju poluvodiča

Steve Blank Poluvodički ekosustav – objašnjeno

Što je poluvodič i za što se koristi? | Definicija s TechTargeta

Razumijevanje CHIPS-a, prvi dio: Izazov proizvodnje poluvodiča | Bipartisan Policy Center

Najveće zemlje proizvođači poluvodiča 2020.-2030.: Statistika proizvodnje i izvoza | PatentPC

EU Zakon o čipovima vrijedan 43 milijarde eura dobio zeleno svjetlo. – TechHQ

Zakon o čipovima: Vijeće dalo konačno odobrenje – Consilium.europa.eu

Pretvaranje izazova u prilike u globalnom poluvodičkom …

TSMC cijeni japanske vještine u čipovima nakon američkih poteškoća, kažu izvori | Reuters

Razumijevanje CHIPS-a, Prvi dio: Izazov proizvodnje poluvodiča | Bipartisan Policy Center

Pomak prema čipletima: Razvoj standarda sučelja i komercijalni …

CHIPS R&D programi – Udruženje poluvodičke industrije

Kraj Mooreovog zakona neće usporiti tempo promjena

Globalizacija je završila, prema osnivaču TSMC-a • The Register

Izvršni direktor ASML-a kaže da je američka želja za ograničavanjem izvoza u Kinu ‘ekonomski motivirana’ | Reuters

Izvješće o stanju industrije 2025.: Ulaganja i inovacije usred …

Razumijevanje CHIPS-a, prvi dio: Izazov proizvodnje poluvodiča | Bipartisan Policy Center

Jedna trećina (32%) od predviđenih 1 bilijun USD opskrbe poluvodičima …

Proizvodnja poluvodiča i izazov vode za velike tehnološke tvrtke | Svjetski ekonomski forum

Izgradnja održivog puta naprijed za industriju poluvodiča

Proizvodnja poluvodiča i izazov vode za velike tehnološke tvrtke | Svjetski ekonomski forum

TSMC postiže dogovor sa sindikatom u Arizoni o projektu tvornice čipova vrijednom 40 milijardi dolara

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

Watch this video on YouTube.

Ratovi čipova vrijedni bilijune dolara: Unutrašnjost visokoulogog svijeta globalne proizvodnje poluvodiča

Mateusz Brzeziński

Search

Latest Posts