- V roku 2024 globálny predaj polovodičov vzrástol na viac ako 600 miliárd dolárov a do roku 2030 by mohol dosiahnuť 1 bilión dolárov ročne.
- Apple M1 Ultra obsahuje 114 miliárd tranzistorov na jednom čipe.
- ASML je jediným výrobcom EUV litografických skenerov, pričom každý stroj váži približne 180 ton a stojí viac ako 300 miliónov dolárov.
- TSMC tvorila približne 55 % globálneho trhu zlievarní v roku 2023, Samsung okolo 15–20 % a samotný Taiwan mal asi 92 % svetovej najpokročilejšej (<10nm) kapacity na výrobu čipov.
- Traja najväčší dodávatelia softvéru na elektronickú návrhovú automatizáciu—Synopsys, Cadence a Siemens EDA—dominujú v oblasti návrhového softvéru používaného na rozmiestnenie miliárd tranzistorov.
- Nedostatok čipov v roku 2021 viedol k odhadovanej strate 210 miliárd dolárov na predaji áut.
- Americký zákon CHIPS (2022) vyčleňuje 52,7 miliardy dolárov na priamu podporu domácej výroby čipov, plus 25 % investičné daňové úľavy.
- Európsky zákon o čipoch (2023) má za cieľ zmobilizovať 43 miliárd eur na zdvojnásobenie podielu Európy na výrobe čipov na 20 % do roku 2030.
- Globálna výroba čipov vyprodukovala v roku 2024 približne 190 miliónov ton CO2 ekvivalentu a jedna moderná továreň môže nepretržite spotrebovať okolo 100 MW elektrickej energie.
- K polovici roka 2024 bolo 55 % americkej pracovnej sily v polovodičovom priemysle starších ako 45 rokov, čo poukazuje na hroziaci nedostatok talentov.
Polovodiče – tie malé kremíkové čipy – sú mozgom modernej elektroniky, nachádzajú sa vo všetkom od smartfónov a áut až po dátové centrá a stíhačky. V roku 2024 globálny predaj polovodičov vzrástol na viac ako 600 miliárd dolárov a do roku 2030 môže dosiahnuť 1 bilión dolárov, čo zdôrazňuje, aké dôležité sa čipy stali pre svetovú ekonomiku deloitte.com, blog.veolianorthamerica.com. Tieto mikroprocesory umožňujú vznik produktov a služieb v hodnote biliónov dolárov, čím tvoria skrytý základ našich digitálnych životov steveblank.com. Za posledné dva roky sa však výroba polovodičov stala arénou s vysokými stávkami inovácií a geopolitického napätia. Nedostatok čipov spôsobený pandémiou ukázal, aký krehký môže byť dodávateľský reťazec, čo viedlo k odstaveniu tovární a rastu cien. Zároveň štáty pretekajú v podpore domácej výroby čipov z ekonomických a bezpečnostných dôvodov, investujú stovky miliárd do nových fabrík (závodov na výrobu čipov) a spúšťajú globálnu „čipovú vojnu“.
Táto správa poskytuje komplexný, aktuálny prehľad sveta polovodičov – vysvetľuje, čo sú polovodiče a ako fungujú, ako sa čipy vyrábajú od začiatku do konca, kto sú hlavní hráči (spoločnosti a krajiny) v každej fáze a kde sa nachádzajú zraniteľné miesta v dodávateľskom reťazci. Tiež sa budeme venovať najmodernejším technológiám a materiálom, ktoré umožňujú výrobu moderných čipov, najnovším inováciám a trendom vo výskume a vývoji a geopolitickým a politickým bojom, ktoré pretvárajú toto odvetvie. Nakoniec preskúmame ekonomický dopad sektora polovodičov, jeho environmentálnu stopu a blížiace sa výzvy v oblasti pracovnej sily. Od najnovších odborných poznatkov po kľúčové udalosti v rokoch 2024-2025, táto správa objasní, prečo je výroba polovodičov jednou z najdôležitejších – a najviac sporných – oblastí na svete dnes.
Čo sú polovodiče a ako fungujú?
Polovodiče sú materiály (ako kremík), ktoré môžu za rôznych podmienok pôsobiť ako elektrický vodič alebo izolant, vďaka čomu sú ideálne na riadenie elektrického prúdu techtarget.com. V praxi je polovodičové zariadenie (čip) v podstate sieťou miniatúrnych elektrických spínačov (tranzistorov), ktoré sa dajú zapínať alebo vypínať elektrickými signálmi. Moderné integrované obvody obsahujú miliardy týchto tranzistorových spínačov na čipe veľkosti nechtu, čo umožňuje zložité výpočty a spracovanie signálov. „Jednoducho povedané, polovodič je elektrický spínač, ktorý sa dá zapnúť a vypnúť elektrinou. Väčšina modernej technológie je tvorená miliónmi týchto malých, prepojených spínačov,“ vysvetľuje inžiniersky úvod TechTarget techtarget.com.
Keďže dokážu presne riadiť tok prúdu, polovodičové čipy slúžia ako „mozog“ alebo „pamäť“ elektronických zariadení. Logické čipy (ako CPU, GPU, AI akcelerátory) spracúvajú dáta a robia rozhodnutia, pamäťové čipy uchovávajú informácie a analógové/power čipy komunikujú s fyzickým svetom. Pridávaním malých nečistôt do čistých polovodičových kryštálov výrobcovia vytvárajú komponenty ako tranzistory, diódy a integrované obvody, ktoré využívajú kvantovú fyziku na prepínanie a zosilňovanie elektrických signálov techtarget.com. Výsledkom je, že polovodiče dokážu vykonávať aritmetické operácie, ukladať binárne dáta a komunikovať so senzormi/aktuátormi – schopnosti, ktoré sú základom prakticky všetkej modernej technológie, od digitálnej komunikácie po spotrebiče a medicínske zariadenia steveblank.com.
Dnešné čipy sú ohromujúcimi výtvormi inžinierstva. Špičkový procesor môže obsahovať desiatky miliárd tranzistorov vyrytých v kremíku, s prvkami malými len niekoľko nanometrov (na úrovni atómov). Napríklad čip Apple M1 Ultra obsahuje 114 miliárd tranzistorov na jednom kuse kremíka bipartisanpolicy.org. Tieto tranzistory sa prepínajú rýchlosťou v gigahertzoch, čo umožňuje zariadeniu vykonávať miliardy operácií za sekundu. Stručne povedané, polovodiče sa stali základnou technológiou moderného sveta, poháňajúcou všetko od smartfónov a áut až po cloudové servery a priemyselné stroje. Často sa hovorí, že „polovodiče sú novou ropou“ – nevyhnutný zdroj, na ktorom závisia národy a priemysel pre pokrok a bezpečnosť.
Ako sa vyrábajú čipy: Proces výroby polovodičov
Výroba mikroprocesora je jeden z najzložitejších výrobných procesov, aké boli kedy vymyslené – „biznis, ktorý manipuluje s materiálmi po atómoch“ vo fabrikách, ktoré stoja desiatky miliárd dolárov steveblank.com. Všetko sa začína surovinami a končí hotovými čipmi pripravenými na použitie. Tu je prehľad celého procesu výroby čipov:
- Od surového kremíka po wafer: Bežný piesok (oxid kremičitý) sa čistí na čistý kremík. Kremíkový kryštál sa vypestuje a potom nareže na tenké wafery (kruhové disky), ktoré budú obsahovať tisíce čipov bipartisanpolicy.org. Každý wafer vyzerá lesklý a hladký, ale na mikroskopickej úrovni je to dokonalá mriežka kremíkových atómov.
- Predná fáza výroby: Skutočná mágia sa odohráva v čistých priestoroch „fabu“, kde sa na každý wafer konštruujú zložité obvody. Výroba čipov zahŕňa stovky presných krokov, ale kľúčové fázy zahŕňajú: depozíciu ultra tenkých vrstiev materiálu na wafer; nanášanie fotoresistu; fotolitografiu (použitie zaostreného svetla na vyrytie drobných vzorov na wafer cez masky, podobne ako tlač obvodového plánu); leptanie a dopovanie (odstraňovanie materiálu a implantovanie iónov na vytvorenie tranzistorov a prepojení); a opakovanie týchto krokov vrstvu po vrstve bipartisanpolicy.org. Tranzistory – v podstate prepínače zapnuté/vypnuté – sú vytvárané týmito vzorovanými vrstvami, ktoré tvoria mikroskopické elektrické cesty. Toto je výroba v nanometrovom meradle – moderné čipy môžu mať 50+ vrstiev obvodov a prvky široké len 3 nm (nanometre). Každý krok musí byť riadený s atómovou presnosťou; prachová častica alebo mierne posunutie môžu čip zničiť.
- Back-end a balenie: Po výrobe prednej časti obsahuje hotový wafer mriežku mnohých jednotlivých čipov (dielov). Wafer sa rozreže na samostatné čipy a každý čip sa potom zabalí. Balenie zahŕňa upevnenie krehkého čipu na substrát, jeho prepojenie s drobnými zlatými alebo medenými kontaktmi a jeho zapuzdrenie (často ochrannou živicou a rozvádzačom tepla), aby sa s ním dalo manipulovať a integrovať ho na dosky plošných spojov bipartisanpolicy.org. Zabalený čip je to, čo sa spájkuje na základnú dosku vášho telefónu alebo na dosku počítača. Čipy tiež v tejto fáze prechádzajú prísnym testovaním, aby sa zabezpečilo, že fungujú podľa očakávaní.
Napriek zjednodušenému zhrnutiu vyššie je výroba pokročilých polovodičov mimoriadne zložitý, viacmesačný proces. Špičkový čip môže vyžadovať viac ako 1 000 výrobných krokov a extrémne presné zariadenia. Napríklad najnovšie fotolitografické stroje (ktoré premietajú obvody pomocou ultrafialového svetla) môžu stáť viac ako 300 miliónov dolárov za kus a každý takýto stroj „môže spotrebovať toľko elektriny ako tisíc domácností,“ podľa Bloombergu bipartisanpolicy.org. Tieto nástroje používajú extrémne ultrafialové (EUV) svetlo na vytváranie ultra malých prvkov a sú natoľko sofistikované, že ich v súčasnosti vyrába iba jedna spoločnosť na svete (ASML v Holandsku) patentpc.com. Kapitálové náklady sú obrovské: výstavba novej továrne na čipy môže trvať viac ako 3 roky a vyžaduje investíciu viac ako 10 miliárd dolárov bipartisanpolicy.org. Popredné firmy ako TSMC, Samsung a Intel každoročne investujú desiatky miliárd do rozširovania a vybavovania tovární.
Výsledkom všetkého tohto úsilia je ohromujúca technológia: jeden 12-palcový wafer môže po úplnom spracovaní obsahovať stovky hotových čipov s celkovo biliónmi tranzistorov steveblank.com. Každý čip je testovaný a po nasadení dokáže vykonávať miliardy výpočtov za sekundu. Malé rozmery a vysoká hustota moderných čipov im dávajú neuveriteľný výkon. Ako poznamenal jeden priemyselný blog, ten wafer v čistom priestore „má na sebe dva bilióny tranzistorov“ vyrobených s atómovou presnosťousteveblank.com. Táto výrobná zručnosť – neustále zdokonaľovaná desaťročia – je to, čo umožňuje dnešnú výkonnú a cenovo dostupnú elektroniku.
Hlavní hráči v dodávateľskom reťazci polovodičov (spoločnosti a krajiny)
Výroba polovodičov nie je riadená jediným typom spoločnosti; je to zložitý ekosystém firiem, z ktorých každá sa špecializuje na rôzne fázy. Ak sa pozrieme dovnútra dodávateľského reťazca, nájdeme sieť stoviek vysoko špecializovaných hráčov na celom svete, ktorí sú na sebe navzájom závislí steveblank.com. Tu sú hlavné kategórie hráčov a tí, ktorí v nich dominujú:
- Návrhári čipov (fabless spoločnosti): Tieto spoločnosti navrhujú polovodičové čipy, ale samotnú výrobu zadávajú externe. Vytvárajú návrhy a duševné vlastníctvo pre čipy. Mnohé z najznámejších svetových značiek čipov – vrátane Apple, NVIDIA, Qualcomm, AMD, Broadcom – sú fabless návrhári. USA majú v tomto segmente silné postavenie (sídli tu približne 50 % fabless firiem patentpc.com), spolu so spoločnosťami v Európe (napr. ARM vo Veľkej Británii pre čipové IP jadrá steveblank.com) a Ázii. Fabless firmy sa zameriavajú na výskum a vývoj a inovácie v architektúre čipov, potom si najímajú zmluvných výrobcov na produkciu čipov.
- Integrovaní výrobcovia zariadení (IDM): To sú giganti ako Intel, Samsung a Micron, ktorí navrhujú aj vyrábajú čipy interne. Intel (USA) historicky viedol v návrhu/výrobe mikroprocesorov pre PC a servery, Samsung (Južná Kórea) a Micron (USA) to robia najmä v oblasti pamäťových čipov. IDM ovládajú vlastné továrne a vyrábajú čipy pre svoje vlastné produkty (a niekedy aj pre iných). V posledných desaťročiach sa však trend presúva smerom k modelu fabless-foundry kvôli efektivite.
- Polovodičové zlievarne (zmluvní výrobcovia): Zlievarne sú čipové továrne, ktoré skutočne vyrábajú čipy (pre fabless klientov alebo IDM, ktoré outsourcujú časť výroby). Tento segment je ovládaný ázijskými firmami. Taiwanská TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.) je neprekonaným lídrom, sama ovláda približne 55 % globálneho trhu so zlievarňami k roku 2023 patentpc.com. TSMC je hlavný výrobca pre Apple, AMD, NVIDIA a mnohých ďalších, najmä pre najpokročilejšie čipy (5nm, 3nm technológie). Samsung v Južnej Kórei je druhou najväčšou zlievarňou (približne 15–20 % podiel) patentpc.com, taktiež vyrába pokročilé logické čipy. Medzi ďalšie významné zlievarne patria GlobalFoundries (USA, zamerané na strednú triedu technológií), UMC (Taiwan) a SMIC (najväčšia čínska zlievareň). Výrazné je, že Taiwan a Južná Kórea spolu tvoria drvivú väčšinu produkcie najpokročilejších čipov – v skutočnosti asi 92 % svetovej výrobnej kapacity najpokročilejších (<10nm) čipov je len na Taiwane, podľa správy vlády USA z roku 2023 usitc.gov. To poukazuje na to, ako veľmi je výroba čipov sústredená v niekoľkých lokalitách.
- Výrobcovia pamäťových čipov: Pamäť je špecializovaný podsektor, ale zásadný (pre RAM, flash úložiská atď.). Dominujú mu IDM ako Samsung a SK Hynix (obaja z Južnej Kórey) a Micron (USA). Napríklad Samsung a SK Hynix spolu vyrábajú viac ako 70 % svetových DRAM pamäťových čipov patentpc.com. Tieto firmy výrazne investujú do výroby DRAM a NAND flash pamätí, často vo veľkých závodoch v Južnej Kórei, Taiwane, USA, Japonsku a Číne.
- Dodávatelia polovodičového vybavenia: Tieto spoločnosti vyrábajú nástroje a stroje pre výrobu čipov – ide o mimoriadne dôležitý, vysoko technologický priemysel sám o sebe. Medzi popredných výrobcov vybavenia patrí ASML (Holandsko), ktorá výhradne vyrába EUV litografické systémy nevyhnutné pre čipy 7nm a menšie patentpc.com; Applied Materials, Lam Research, KLA (všetky z USA), ktoré dodávajú zariadenia na depozíciu, leptanie a kontrolu; Tokyo Electron a Nikon (Japonsko) pre litografiu a leptacie nástroje; a ďalší. Bez týchto špičkových strojov nemôžu továrne fungovať. USA, Japonsko a Holandsko historicky dominujú v polovodičovom vybavení – aj preto sa exportné obmedzenia na tieto nástroje stali geopolitickou otázkou (viac o tom neskôr).
- Dodávatelia materiálov a chemikálií: Výroba čipov sa tiež spolieha na zložitý dodávateľský reťazec špecializovaných materiálov – od ultračistých kremíkových doštičiek po exotické chemikálie a plyny. Niekoľko príkladov: Shin-Etsu Handotai a SUMCO (Japonsko) produkujú veľkú časť svetovej produkcie kremíkových doštičiek. JSR, Tokyo Ohka Kogyo (Japonsko) a ďalší dodávajú fotorezisty (svetlocitlivé chemikálie) steveblank.com. Priemyselné plynárenské firmy ako Linde, Air Liquide dodávajú viac ako 100 druhov plynov používaných vo fabrikách (napr. fluór, neón, argón) steveblank.com. Mnohé z týchto kľúčových materiálov sú koncentrované v Japonsku, Číne a Európe. Napríklad Japonsko je už dlho veľmocou v oblasti polovodičových chemikálií, zatiaľ čo Čína rafinuje mnohé vzácne minerály používané v čipoch (ako galium a germánium). To znamená, že krajiny, ktoré dominujú v surovinách (Čína, Rusko, atď.) a tie, ktoré vynikajú v špecializovaných chemikáliách (Japonsko), majú neúmerne veľkú úlohu v dodávateľskom reťazci.
- Poskytovatelia EDA a IP: Pred výrobou je potrebné čipy navrhnúť a overiť. Softvérové nástroje Electronic Design Automation (EDA) poskytujú v podstate tri hlavné spoločnosti – Synopsys, Cadence (obidve z USA) a Siemens EDA (Mentor Graphics) – všetky americké alebo spojenecké firmy steveblank.com. Majú takmer monopol na zložitý softvér, ktorý inžinieri používajú na rozmiestnenie miliárd tranzistorov a spúšťanie simulácií. Okrem toho sú základné návrhy (napríklad jadrá CPU) často licencované od IP spoločností ako ARM (Veľká Británia), ktorá poskytuje návrhy používané vo väčšine mobilných procesorov steveblank.com. Títo upstream hráči sú kľúčovými umožňovateľmi pre celý priemysel.
- Externé montážne a testovacie spoločnosti polovodičov (OSAT): Keď sú doštičky vyrobené, špecializovaní dodávatelia zabezpečujú balenie a testovanie čipov. Medzi hlavné OSAT spoločnosti patria ASE Technology Holding (Taiwan) – najväčší balič čipov na svete – a Amkor (USA), ako aj mnohé so sídlom v Číne, Malajzii a Vietname. V skutočnosti sa juhovýchodná Ázia stala centrom montáže čipov: napríklad Malajzia vykonáva asi 13 % svetových baliacich a testovacích služieb čipov patentpc.com, a vietnamský OSAT sektor rýchlo rastie patentpc.com. Tieto fázy sú náročné na pracovnú silu a firmy ich často umiestňujú do krajín s kvalifikovanou pracovnou silou a nižšími nákladmi.
Zhrnuté, výroba polovodičov je globálne rozdelené úsilie, ale s kritickými úzkymi miestami – niekoľko spoločností alebo krajín vedie každý segment. Napríklad len tri spoločnosti (TSMC, Samsung, Intel) zodpovedajú za drvivú väčšinu produkcie pokročilých čipov a len tri krajiny (Taiwan, Južná Kórea, Čína) vyrábajú takmer všetky čipy dnes patentpc.com. Táto koncentrovaná štruktúra má veľké dôsledky pre bezpečnosť dodávateľského reťazca, ako si ukážeme ďalej.
Štruktúra a zraniteľnosti dodávateľského reťazca
Dodávateľský reťazec polovodičov bol označený za „najzložitejší dodávateľský reťazec zo všetkých odvetví“ usitc.gov – a nedávne udalosti odhalili, aký krehký môže byť. Od prírodných katastrof po geopolitické konflikty, množstvo zraniteľností ohrozuje plynulý tok čipov. Kľúčové úzke miesta a riziká zahŕňajú:
- Silná geografická koncentrácia: Zhlukovanie odvetvia v určitých geografických oblastiach znamená, že narušenie v jednom regióne môže zastaviť celý svet. Nikde to nie je zreteľnejšie ako výrazná úloha Taiwanu. Zatiaľ čo Taiwan vyrába asi 18 % všetkých čipov podľa objemu, predstavuje „približne 92 % svetovej kapacity na výrobu najpokročilejších čipov“, podľa správy USITC z roku 2023 usitc.gov. Inými slovami, takmer všetky špičkové (pod 10 nm) čipy pochádzajú z Taiwanu (primárne TSMC), zvyšok z Južnej Kórey. Toto je obrovské riziko pre dodávky – akékoľvek prerušenie (zemetrasenie, geopolitická kríza) môže ochromiť globálne technologické dodávateľské reťazce usitc.gov. Odborníci dokonca poznamenávajú, že veľké narušenie taiwanských fabrík by bolo ekonomickou katastrofou ďaleko za hranicami technologického sektora. Južná Kórea je ďalším jediným bodom zlyhania: napríklad takmer všetky špičkové pamäťové čipy pochádzajú od dvoch firiem tam. Uvedomujúc si to, krajiny a spoločnosti sa teraz snažia geograficky diverzifikovať výrobu (posun od globalizácie k „regionalizácii“) nefab.com, ale výstavba nových fabrík inde si vyžaduje čas.
- Závislosť na jednom dodávateľovi: Niektoré kľúčové vstupy závisia od jediného alebo veľmi obmedzeného počtu dodávateľov. Hlavným príkladom je ASML – holandská spoločnosť je jediným zdrojom EUV litografických strojov potrebných na výrobu špičkových čipov patentpc.com. Ak by ASML nemohla dodávať zariadenia (či už kvôli vývozným zákazom alebo výrobným problémom), pokrok vo výrobe čipov by sa zastavil. Podobne aj kľúčové chemikálie často dodáva len niekoľko kvalifikovaných dodávateľov. Napríklad, väčšinu fotorezistových chemikálií na svete dodáva len niekoľko japonských firiem. Pokročilý softvér na návrh čipov (EDA nástroje) je ďalším úzkym miestom, ktorému dominujú len traja americkí dodávatelia. Tieto koncentrované body znamenajú, že celý reťazec je len taký silný, ako jeho najslabší (alebo najužší) článok.
- Riziká materiálov a prírodných zdrojov: Výroba polovodičov závisí od určitých vzácnych materiálov a rafinovaných chemikálií – a výpadky v ich dodávkach už spôsobili problémy. Vojna medzi Ruskom a Ukrajinou v roku 2022 to ilustrovala: Ukrajina dodávala asi 25–30 % svetového čisteného neónového plynu (používaného na laserovú litografiu) a Rusko podobný podiel svetového paládia (používaného v niektorých čipových procesoch) usitc.gov. Keď vojna tieto dodávky narušila, ohrozilo to výrobu čipov, kým sa nenašli alternatívne zdroje usitc.gov. Ďalší príklad prišiel v polovici roka 2023: Čína reagovala na americké technologické obmedzenia tým, že zakázala vývoz gália a germánia – dvoch málo známych kovov, ktoré sú nevyhnutné pre polovodičové lasery, rádiofrekvenčné čipy a solárne články deloitte.com. Čína produkuje väčšinu týchto prvkov, takže tento krok prinútil výrobcov rýchlo hľadať iných dodávateľov. Tieto incidenty poukazujú na zraniteľnosť: ak jediný zdroj kľúčového materiálu vypadne, môže to spôsobiť úzke hrdlo v celom procese výroby čipov.
- Extrémna zložitosť a dodacie lehoty: Výroba jednej várky čipov môže trvať mesiace a postavenie novej továrne od nuly trvá roky. Táto dlhá dodacia lehota znamená, že dodávateľský reťazec sa nemôže rýchlo zotaviť z narušení. Počas pandémie COVID-19 napríklad prudký nárast dopytu v kombinácii s odstávkami viedol k vážnemu nedostatku čipov v roku 2021, ktorý trvalo viac ako rok postupne vyriešiť usitc.gov. Nedostatok obzvlášť tvrdo zasiahol automobilky – továrne sa zastavili a automobilový priemysel prišiel odhadom o 210 miliárd dolárov na tržbách v roku 2021 kvôli nedostatku čipov usitc.gov. Zložitý, systém „just-in-time“ dodávok čipov (s minimálnymi zásobami) znamená, že aj malá porucha – požiar v japonskej továrni, mrazy v Texase vyradzujúce závody alebo sucho na Taiwane znižujúce zásoby vody – môže viesť k celosvetovým oneskoreniam vo výrobe. Videli sme to pri požiari v závode Renesas na automobilové čipy v roku 2021 a pri výpadkoch elektriny v texaských továrňach v tom istom roku, pričom každá z týchto udalostí spôsobila oneskorenia vo výrobe ďalších produktov.
- Krehký reťazec „just-in-time“: Roky efektivita viedla firmy k tomu, aby držali nízke zásoby a spoliehali sa na dodávky v reálnom čase. To však znamenalo, že neexistovala žiadna rezerva pre prípad narušení. Globalizovaný reťazec bol optimalizovaný na náklady, nie na odolnosť. Teraz, po skúsenostiach z pandémie, firmy a vlády presadzujú „odolnosť“ – budovanie väčších zásob čipov alebo vstupov, „friendshoring“ výroby do dôveryhodných krajín a dvojité zabezpečenie kľúčových komponentov reuters.com. Zmeny sú však postupné a nákladné.
- Geopolitická fragmentácia: Možno najväčšou novou zraniteľnosťou je politizácia dodávateľského reťazca čipov. Technologická rivalita medzi USA a Čínou viedla k vývozným kontrolám a čiernym listinám, ktoré fakticky rozdeľujú svet na dve časti v oblasti polovodičov. „V sektore čipov je globalizácia mŕtva. Voľný obchod ešte nie je celkom mŕtvy, ale je v ohrození,“ povedal zakladateľ TSMC Morris Chang v roku 2023. Počas uplynulého roka USA a ich spojenci čoraz viac obmedzovali prístup Číny k pokročilým čipovým technológiám zo strachu z bezpečnostných dôsledkov. To viedlo Čínu k zdvojnásobeniu úsilia o domáce technológie a dokonca k obmedzeniu niektorých vývozov ako odvetu. Výsledkom je viac rozdelený dodávateľský reťazec – taký, kde ekosystémy zaradené k Západu a k Číne môžu byť menej prepojené. Hoci to môže priniesť určitú redundanciu, znamená to aj nižšiu efektivitu, vyššie náklady a potenciálne zdvojenie úsilia v dvoch technologických sférach theregister.com. Chang otvorene vyhlásil, že „globalizácia je takmer mŕtva a voľný obchod je takmer mŕtvy“ theregister.com, pričom varoval, že zlatá éra jednotného globálneho reťazca čipov sa končí. Toto prechodné obdobie prináša neistotu a riziko, keďže firmy musia zvládať zložité nové pravidlá o tom, komu môžu predávať a kde môžu stavať.
Stručne povedané, dodávateľský reťazec polovodičov je dvojsečná zbraň: jeho globálny charakter priniesol pozoruhodné inovácie a rozsah za nízke náklady, no zároveň vytvoril nebezpečné jediné body zlyhania. Sucho na Taiwane alebo politický pat v Juhočínskom mori nie je len miestny problém – môže narušiť výrobu smartfónov, áut a serverov dátových centier na celom svete usitc.gov. Toto uvedomenie teraz poháňa masívne snahy zvýšiť odolnosť – od vládnych dotácií na miestne továrne až po diverzifikáciu dodávateľov. Budovanie redundancie si však vyžaduje čas a zatiaľ zostáva svet mimoriadne zraniteľný voči šokom v dodávkach polovodičov.
Kľúčové materiály a technológie vo výrobe čipov
Umenie výroby čipov sa opiera o súbor špičkových technológií a špecializovaných materiálov. Pochopenie týchto aspektov poskytuje pohľad na to, prečo je výroba čipov taká náročná (a prečo to na najvyššej úrovni dokáže len pár hráčov):
- Kremíkové doštičky: Väčšina čipov je postavená na kremíku – hojne sa vyskytujúcom prvku, ktorého polovodičové vlastnosti ho robia ideálnym. Kremíkové ingoty sa krájajú na zrkadlovo hladké doštičky (dnes má väčšina najpokročilejších fabrík priemer 300 mm). Tieto doštičky sú východiskovým plátnom pre čipy. Výroba bezchybne čistých kremíkových kryštálov je sama osebe high-tech proces, ktorý ovláda len niekoľko firiem (väčšinou v Japonsku). Pre špecifické aplikácie sa používajú aj iné polovodičové materiály: napr. gálium arzenid alebo indium fosfid pre vysokofrekvenčné RF čipy a kremík karbid (SiC) alebo gálium nitrid (GaN) pre výkonovú elektroniku (ako sú riadiace jednotky elektromotorov a základňové stanice 5G), vďaka ich vynikajúcim elektrickým vlastnostiam pri vysokých napätiach alebo frekvenciách. Tieto zlúčeninové polovodiče sú kľúčové pre 5G, elektromobily a letectvo a prebiehajú snahy o zvýšenie ich výroby (často za účasti amerických, európskych a japonských firiem, ktoré vedú v oblasti materiálových vied).
- Fotolitografická technológia: Srdcom modernej výroby čipov je fotolitografia – používanie svetla na vytváranie drobných vzorov. Táto technológia sa posunula takmer do sci-fi oblastí. Súčasné najmodernejšie fabriky používajú extrémnu ultrafialovú (EUV) litografiu, ktorá pracuje s vlnovou dĺžkou 13,5 nm a zahŕňa neuveriteľne zložité optické systémy, plazmové zdroje svetla a vákuové systémy. Ako už bolo spomenuté, ASML je jediným výrobcom EUV skenerov patentpc.com. Každý EUV stroj váži 180 ton, má tisíce komponentov (zrkadlá Zeiss, plazmový zdroj svetla vytvorený laserom atď.) a stojí viac ako 300 miliónov dolárovbipartisanpolicy.org. EUV umožňuje vytváranie vzorov s rozlíšením ~7 nm a menej s menším počtom krokov. Pre staršie technológie (napr. 28nm, 14nm) fabriky používajú hlbokú ultrafialovú (DUV) litografiu – stále zložitú, ale s o niečo širšou základňou dodávateľov (ASML, Nikon, Canon tieto nástroje dodávajú). Pokrok v litografii bol kľúčovým motorom Moorovho zákona, ktorý umožnil zdvojnásobenie hustoty tranzistorov. Ďalší krok vo vývoji litografie je už v príprave: High-NA EUV (objektívy s vyššou numerickou apertúrou pre ešte jemnejšie vzory), určené pre čipy 2 nm a menej v rokoch 2025-2026. Celý svet výroby čipov do veľkej miery závisí od pokroku v tejto optickej technológii.
- Chemické procesy a plyny: Moderná továreň využíva ohromujúce množstvo chemikálií – od plynov ako fluór, argón, dusík, silán po kvapalné rozpúšťadlá, kyseliny a fotorezisty. Viac ako 100 rôznych plynov (mnohé toxické alebo vysoko špecializované) môže byť použitých v rôznych krokoch depozície a leptania steveblank.com. Fotorezistové chemikálie sú na svetlo citlivé polyméry nanášané na wafery na prenos obvodových vzorov – ide o segment, ktorému dominujú japonské firmy steveblank.com. Suspenzie pre chemicko-mechanickú planarizáciu (CMP) obsahujúce nano-brúsivá sa používajú na leštenie vrstiev waferov do roviny steveblank.com. Dokonca aj deionizovaná ultrapure voda je kritickým „materiálom“ – továrne spotrebujú obrovské objemy na oplachovanie waferov (ako je rozobrané v environmentálnej časti). Každý materiál musí spĺňať extrémne požiadavky na čistotu, pretože jediný atóm alebo častica nečistoty môže zničiť miliardy tranzistorov. Preto je dodávka týchto materiálov sama o sebe high-tech záležitosťou, často s malým počtom kvalifikovaných dodávateľov (a teda náchylná na narušenie, ako bolo spomenuté vyššie).
- Tranzistorová technológia (generácie uzlov): Čipy sa často klasifikujú podľa svojho „uzla“ alebo veľkosti tranzistora – napr. 90nm, 28nm, 7nm, 3nm atď. Menšie je vo všeobecnosti lepšie (viac tranzistorov na plochu, vyššia rýchlosť, nižšia spotreba). Ako sa vyrábajú tieto drobné tranzistory? Zahŕňa to aj litografiu na definovanie ich malých prvkov a šikovnú architektúru tranzistora. Priemysel prešiel od tradičných plochých (planárnych) tranzistorov k FinFET (3D fin tranzistory) okolo 22nm uzla na kontrolu únikov. Teraz, pri ~3nm, sa zavádza nový dizajn nazývaný Gate-All-Around (GAA) alebo nanosheet tranzistory (Samsungov 3nm používa GAA a TSMC/Intel plánujú GAA pri 2nm) – tento dizajn obopína hradlo tranzistora úplne okolo kanála pre ešte lepšiu kontrolu. Tieto pokroky v štruktúre zariadení spolu s novými materiálmi (napr. vysoké κ dielektriká, kovové hradlá) predĺžili Moorov zákon aj napriek tomu, že jednoduché zmenšovanie je čoraz náročnejšie bipartisanpolicy.org. Existuje celý výskumný a vývojový reťazec zameraný na nové materiály na úrovni tranzistora – napríklad použitie germánia alebo 2D materiálov (ako grafén) pre kanály na zvýšenie pohyblivosti, alebo III-V polovodičov pre určité vrstvy. Hoci zatiaľ nie sú vo veľkoobjemovej výrobe pre logiku, takéto materiály sa môžu objaviť v nasledujúcich rokoch, keď kremíkové tranzistory dosiahnu fyzikálne limity.
- Technológie balenia a integrácie čipov: Keďže zmenšovanie tranzistorov prináša čoraz menšie výnosy, inovácia sa presúva na balenie a integráciu čipov. Pokročilé balenie umožňuje kombinovať viacero čipov (čipletov) v jednom balení, prepojených vysokohustotnými prepojeniami. Techniky ako TSMC’s CoWoS a SoIC, Intel’s Foveros a AMD’s čipletová architektúra umožňujú dizajnérom kombinovať rôzne „diely“ (CPU jadrá, GPU, IO, pamäť) v jednom module. To zlepšuje výkon a výťažnosť (menšie čipy sa ľahšie vyrábajú bez chýb a potom sa skladajú dokopy). Napríklad najnovšie CPU od AMD používajú čiplety a pripravovaný Intel Meteor Lake tiež. 3D stohovanie je ďalšia technológia – ukladanie čipov na seba, ako napríklad stohovanie pamäte na logiku (napr. HBM pamäť s vysokou priepustnosťou), aby sa prekonali úzke miesta v priepustnosti. Priemysel štandardizuje rozhrania pre čiplety (UCIe), takže čipy od rôznych výrobcov by mohli byť jedného dňa interoperabilné v jednom balení bakerbotts.com. Stručne povedané, „čiplety sú ako Lego kocky – menšie, špecializované čipy, ktoré sa dajú kombinovať na vytvorenie výkonnejších systémov,“ ako poznamenal MIT Tech Review (čo ilustruje hlavný inovačný trend). Táto revolúcia v balení je kľúčovou technologickou stratégiou na ďalšie zlepšovanie výkonu systémov, aj keď sa škálovanie tranzistorov spomaľuje.
- Návrhový softvér a IP: Hoci to nie je materiál, stojí za zmienku, že EDA (Electronic Design Automation) nástroje a IP jadrá, ktoré sa používajú na návrh čipov, sú samy o sebe kľúčovými technológiami. Moderné čipy sú tak zložité, že sa objavuje EDA s podporou AI – nástroje teraz využívajú strojové učenie na optimalizáciu rozloženia čipov a rýchlejšiu verifikáciu návrhov steveblank.com. Na strane IP sú základné návrhy ako ARM CPU jadrá alebo Imagination GPU jadrá základnou technológiou, ktorú si mnohé čipové firmy licencujú namiesto toho, aby ju vyvíjali odznova, čím efektívne slúžia ako stavebné bloky.
- Nové výpočtové paradigmy: Okrem tradičných digitálnych čipov sa skúmajú nové technológie: kvantové výpočtové čipy (využívajúce qubity zo supravodivých obvodov alebo uväznených iónov) sľubujú exponenciálne zrýchlenie pri určitých úlohách, hoci sú stále vo výskumnej fáze. Fotonické integrované obvody používajú svetlo namiesto elektriny na komunikáciu a potenciálne aj výpočty pri veľmi vysokých rýchlostiach s nízkym teplom – už sa používajú v niektorých komunikačných infraštruktúrach. Neuromorfné čipy sa snažia napodobniť neurónové siete mozgu v hardvéri pre AI aplikácie. Hoci zatiaľ nie sú bežné, prebiehajúci výskum a vývoj by ich mohol v najbližších rokoch zaradiť do polovodičového sveta.
Zhrnutie: výroba polovodičov si vyžaduje zvládnutie ohromujúceho množstva technológií – od materiálovej vedy (pestovanie dokonalých kryštálov, chémia leptania) cez optickú fyziku (nano-fotonika litografie) až po informatiku (návrhové algoritmy). Táto zložitosť je dôvodom, prečo len niekoľko ekosystémov (Taiwan, Južná Kórea, USA, Japonsko, Európa) má úplné zvládnutie týchto technológií a prečo majú oneskorenci veľké prekážky na dobehnutie. Je to tiež dôvod, prečo sú čipy také ťažké na výrobu – ale tak zázračné v tom, čo dokážu.
Inovácie a smerovanie výskumu a vývoja (R&D)
Polovodičový priemysel je poháňaný neúnavnou inováciou – slávne zhrnutou v Mooreovom zákone, ktorý hovorí, že počet tranzistorov na čipoch sa približne zdvojnásobuje každé dva roky. Hoci sa Mooreov zákon spomaľuje kvôli fyzikálnym obmedzeniam, výskum a vývoj (R&D) vo svete čipov je živší než kedykoľvek predtým a skúma nové spôsoby, ako ďalej zlepšovať výkon. Tu sú niektoré kľúčové inovácie a budúce smerovania v rokoch 2024-2025:
- Posúvanie hraníc výrobného procesu: Veľkí hráči súťažia o komercializáciu ďalších generácií čipových technológií. TSMC a Samsung začali produkciu na 3 nanometroch v rokoch 2022-2023; teraz TSMC plánuje 2 nm továrne do rokov 2025-2026, a IBM (s Rapidusom v Japonsku) dokonca predviedla laboratórny prototyp 2 nm čipu. Intel sa snaží získať späť vedúce postavenie v procesoch s uzlami, ktoré nazýva 20A a 18A (približne ekvivalent 2 nm) do rokov 2024-2025, pričom integruje pásikové GAA tranzistory (“RibbonFET”). Každé zmenšenie uzla si vyžaduje obrovský výskum a vývoj – nové litografické triky, nové materiály (ako kobalt alebo ruténium na prepojenia, nové izolanty) a viac vrstiev EUV. Dokonca sa hovorí o procesoch pod 1 nm (tzv. angstromová škála) neskôr v tomto desaťročí, hoci vtedy budú označenia “nm” skôr marketingové – skutočné rozmery prvkov môžu byť len niekoľko atómov hrubé.
- Čipletové a modulárne architektúry: Ako už bolo spomenuté, dizajn založený na čipletoch je hlavnou inováciou, ktorú treba sledovať. Už sa používa (procesory AMD Zen, pripravovaný Intel Meteor Lake, Apple M1 Ultra, ktorý v podstate spája dva čipy M1 Max cez interposer) a vyvíja sa so štandardizovanými rozhraniami. Tento modulárny prístup umožňuje opätovné použitie IP blokov, kombinovanie výrobných uzlov (napr. analóg na staršom čiplete, CPU na novšom čiplete) a lepšie výťažky. Konzorcium UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express), ktoré vzniklo v roku 2022, vyvíja otvorené štandardy, aby si firma mohla potenciálne kúpiť hotové čipletové komponenty a integrovať ich – ako skladať Lego kocky. V roku 2024 vidíme, že čiplety umožňujú špecializovanejšie kombinácie, napríklad jednoduchú integráciu AI akcelerátorov alebo HBM pamäťových zásobníkov na škálovanie výkonu bakerbotts.com. Do budúcnosti by to mohlo zásadne zmeniť spôsob návrhu čipov a to, kto ich môže vyrábať (znižovanie vstupných bariér pre nových hráčov, ktorí sa môžu zamerať na jednu čipletovú oblasť).
- Umelá inteligencia (AI) a špecializované čipy: Rastúci dopyt po AI výpočtoch (napr. trénovanie veľkých neurónových sietí pre generatívnu AI) formuje inováciu čipov. Tradičné CPU sú pre AI úlohy neefektívne, preto sú GPU (grafické procesory) a AI akcelerátory (TPU, NPU atď.) veľmi žiadané. V roku 2024 sme boli svedkami „AI zlatej horúčky“ v polovodičoch – napríklad dátové centrum GPU od Nvidie sa predávajú tak rýchlo, ako ich dokážu vyrobiť, a mnoho startupov navrhuje čipy špecifické pre AI. Generatívne AI čipy (zahŕňajúce CPU, GPU, špecializované AI akcelerátory, pamäť, sieťovanie) pravdepodobne prekročili v roku 2024 tržby 125 miliárd dolárov – viac než dvojnásobok pôvodných odhadov – čo tvorí viac ako 20 % všetkých predajov čipov deloitte.com. To podnecuje výskum a vývoj architektúr optimalizovaných pre AI: predstavte si tenzorové procesory, neuromorfné čipy, výpočty v pamäti (spracovanie dát priamo v pamäťových poliach) a dokonca aj analógové výpočty pre AI. Veľkí hráči ako NVIDIA, Google (TPU), Amazon (Inferentia) a startupy (Graphcore, Cerebras atď.) presadzujú inovatívne návrhy. CEO AMD Lisa Su odhadla, že celkový trh s čipmi súvisiacimi s AI by mohol dosiahnuť 500 miliárd dolárov do roku 2028 deloitte.com – číslo väčšie ako celý polovodičový trh v roku 2023, čo zdôrazňuje transformačný potenciál AI. Takéto prognózy poháňajú obrovské investície do výskumu a vývoja AI čipov.
- 3D integrácia a heterogénna integrácia: Okrem čipletov vedľa seba je ďalšou hranicou 3D stohovanie (čipy na sebe). Stohovanie pamäte (napr. HBM na GPU) je už bežné. Ďalším krokom je stohovanie logických čipov na skrátenie spojení – napríklad umiestnenie vyrovnávacej pamäte priamo na vrstvu CPU jadra pre rýchlejší prístup. Výskumné projekty skúmajú 3D IC s tisíckami vertikálnych prepojení (cez-kremíkové prechody alebo dokonca spájané prepojenia medzi čipmi na nanometrovej rozteči). Heterogénna integrácia znamená spájanie rôznych technológií (CMOS logika, DRAM pamäť, fotonika atď.) v jednom balení alebo stohu. Americký CHIPS Act financuje pokročilé baliace a integračné zariadenia, pretože to je považované za kľúč k budúcim ziskom, keď sa čisté škálovanie spomalí. V roku 2024 Intel demonštroval stohovanie výpočtového čipu na vrch I/O čipu s „PowerVia“ dodávkou energie zo zadnej strany medzi nimi, ako súčasť ich pripravovaných návrhov. Toto je špičkový výskum a vývoj v oblasti balenia čipov.
- Nové materiály a tranzistorové paradigmy: Výskumníci tiež pracujú na post-silikónových, post-CMOS technológiách. Grafén a uhlíkové nanorúrky majú lákavé vlastnosti (ultrarýchla pohyblivosť elektrónov), ktoré by mohli umožniť oveľa menšie tranzistory, ale ich integrácia do masovej výroby je náročná. Napriek tomu boli experimentálne FETy z uhlíkových nanorúrok demonštrované v laboratórnych čipoch (MIT pred pár rokmi slávne vyrobil 16-bitový mikroprocesor úplne z tranzistorov z uhlíkových nanorúrok). 2D polovodiče, ako je disulfid molybdénu (MoS₂), sa skúmajú pre ultra-tenké kanály. Medzitým spintronika (využitie spinu elektrónu pre pamäť, ako MRAM), feroelektrické FETy a kvantové zariadenia sú aktívne oblasti výskumu, ktoré by mohli vylepšiť alebo nahradiť súčasné technológie pre určité aplikácie. Žiadna z týchto technológií sa nedostane do masovej výroby v roku 2025, ale investície už dnes môžu priniesť prelomové objavy ku koncu desaťročia. Pozoruhodný príklad: IBM a Samsung oznámili v roku 2021 výskum VTFET (Vertical Transport FET), novej vertikálnej tranzistorovej štruktúry, ktorá by teoreticky mohla ponúknuť veľký skok v hustote orientovaním tranzistorov vertikálne cez čip.
- Kvantové počítanie a kremíková fotonika: Hoci nie sú priamo súčasťou hlavných CMOS plánov, kvantové počítanie aj fotonická integrácia sú budúce smery prepojené s polovodičmi. Výskum a vývoj kvantových počítačov zaznamenal miliardové investície – spoločnosti ako IBM, Google, Intel dokonca vyrábajú kvantové procesorové čipy (hoci s veľmi odlišnou technológiou – napr. supravodivé obvody pri kryogénnych teplotách). Ak sa kvantové počítače rozšíria, môžu v priebehu desaťročí doplniť klasické polovodiče pre určité úlohy (kryptografia, komplexné simulácie). Kremíková fotonika sa na druhej strane už spája s tradičnými čipmi: integruje optické rozhrania pre super-rýchle dátové prepojenia (napríklad medzi serverovými čipmi) pomocou miniatúrnych laserov a vlnovodov na čipe. Technologickí giganti (napr. Intel, Cisco) majú programy fotonických čipov a startupy pracujú na optických neurónových sieťach. V roku 2024 sme videli ďalší pokrok s druhou generáciou optických transceiverových čipov pre dátové centrá a výskum fotonického počítania pre AI.
- Pokročilé pamäťové technológie: Inovácie nie sú len v logických čipoch. Pamäť sa tiež vyvíja: 3D NAND flash smeruje k 200+ vrstvám (Micron a SK Hynix oznámili čipy s viac ako 230 vrstvami) a možno nakoniec až 500+ vrstiev do roku 2030, pričom pamäťové bunky sa skladajú ako mrakodrapy. Nové pamäte ako MRAM, ReRAM a pamäť s fázovou zmenou sú vo vývoji, aby potenciálne nahradili alebo doplnili DRAM a flash, pričom ponúkajú nevolatilitu s lepšou rýchlosťou alebo životnosťou. V roku 2023 Intel a Micron predstavili pokroky v týchto pamätiach novej generácie. Výpočtové úložisko (kde pamäť dokáže vykonávať niektoré výpočtové úlohy) je ďalší smer.
Celkovo je výskumno-vývojová pipeline bohatá – od bezprostredných vylepšení výroby novej generácie (2nm, GAA tranzistory) až po revolučné nové výpočtové paradigmy. Odvetvie tiež získava bezprecedentnú vládnu podporu pre výskum a vývoj: napríklad americký CHIPS Act vyčleňuje miliardy na nové národné výskumné centrá pre polovodiče a európsky Chips Act podobne zvyšuje financovanie výskumu a vývoja semiconductors.org. Tieto snahy majú za cieľ zabezpečiť vedúce postavenie v budúcich technológiách. Jedným z jasných trendov je masívna spolupráca medzi firmami, vládami a akademickou obcou na predkonkurenčnom výskume (vzhľadom na súvisiace náklady).
V roku 2025 možno Mooreov zákon v tradičnom zmysle spomaľuje, no inovátori sú presvedčení, že „More Moore“ a „More than Moore“ (nové schopnosti nad rámec škálovania) budú pokračovať. Nedávny článok v Economist poznamenal, že aj keď tranzistory nebudú každé dva roky naďalej polovičné, tempo pokroku môže pokračovať vďaka čipletovým architektúram, návrhu poháňanému AI a špecializácii economist.com. Inými slovami, koniec Mooreovho zákona nebude znamenať koniec rýchlych zlepšení – len prídu z iných smerov. Nasledujúce roky budú vzrušujúce, keď budeme svedkami, či prelomové technológie ako High-NA EUV, 3D stohovanie čipov alebo možno nečakaná nová technológia posunú odvetvie na nové výšiny.
Geopolitické napätie a dôsledky pre politiku
Polovodiče nie sú len biznis – sú geopolitické žetóny v globálnej hre o moc. Keďže pokročilé čipy sú kľúčové pre ekonomickú silu a národnú bezpečnosť (myslite na vojenské technológie, kritickú infraštruktúru, bezpečnú komunikáciu), krajiny čoraz viac pristupujú k ochrane a kontrole schopností v oblasti polovodičov. V rokoch 2024-2025 sa toto napätie len vyhrotilo, čo pretvára politiku a medzinárodné vzťahy. Tu sú hlavné príbehy:
- Americko-čínska technologická „čipová vojna“: Spojené štáty a Čína sú zapojené do intenzívnej súťaže o polovodiče. USA vnímajú pokrok Číny v oblasti čipov ako potenciálnu bezpečnostnú hrozbu (pokročilé čipy môžu poháňať AI pre armádu atď.) a prijímajú silné opatrenia na odopretie prístupu Číny k najmodernejšej čipovej technológii. V októbri 2022 USA oznámili rozsiahle exportné kontroly, ktoré zakazujú čínskym spoločnostiam získavať pokročilé čipy (> určité výkonnostné prahy) a zariadenia na ich výrobu. V rokoch 2023 a koncom 2024 boli tieto obmedzenia ešte sprísnené – napríklad zákazom aj niektorých menej pokročilých AI čipov Nvidia do Číny a rozšírením zoznamu čínskych firiem (ako SMIC, Huawei) pod sankciami deloitte.com. USA tiež tlačili na spojencov Holandsko a Japonsko, aby obmedzili export pokročilej litografie a ďalších čipových nástrojov do Číny, s čím súhlasili začiatkom roka 2023 (čím úplne odrezali Čínu od EUV strojov, a dokonca aj niektorých pokročilých DUV nástrojov). Cieľom týchto obmedzení je spomaliť pokrok Číny v oblasti najpokročilejších polovodičov, najmä tých potrebných pre vojenskú AI a superpočítače theregister.comm. Americkí predstavitelia otvorene uviedli, že chcú udržať „malý dvor, vysoký plot“ – teda malý okruh najpokročilejších technológií, ale s prakticky nepreniknuteľnou blokádou okolo nich.
- Reakcia Číny – sebestačnosť a nábor: Čína nezostala nečinná. Spustila program „Made in China 2025“ v hodnote viac ako 150 miliárd dolárov, ktorého cieľom je rozvíjať domácu kapacitu na výrobu polovodičov a znížiť závislosť od zahraničných technológií. Čínske továrne ako SMIC dosahujú stabilný (hoci mierny) pokrok – napriek sankciám sa SMIC podarilo v rokoch 2022-23 vyrobiť 7 nm čipy (využitím staršej DUV litografie kreatívnym spôsobom) patentpc.com, čo bolo vidieť v smartfóne Huawei uvedenom na trh v roku 2023, kde rozborka odhalila 7nm čínsky SoC. Čína tiež využíva medzery v pravidlách a zdvojnásobuje výskum a vývoj nástrojov, ktoré nemôže dovážať (napríklad vývoj vlastného litografického zariadenia, hoci je stále roky pozadu). Ďalšia taktika: lovenie talentov. Keďže americké pravidlá zakazujú Američanom pomáhať čínskym polovodičovým firmám, Čína agresívne náboruje inžinierov z Taiwanu, Kórey a iných krajín, pričom ponúka štedré výhody. „Čína agresívne náboruje zahraničné talenty… s vysokými platmi, bezplatným bývaním a ďalšími benefitmi,“ uviedla agentúra Reuters deloitte.com. Táto „vojna o talenty“ je pokusom importovať know-how. Okrem toho Čína v polovici roka 2023 zaviedla vlastné exportné obmedzenia na určité materiály (gálium, germánium) deloitte.com, čím naznačila, že môže reagovať využitím svojej dominancie v niektorých surovinách nevyhnutných pre polovodiče.
- Zákony CHIPS a priemyselná politika: Pozoruhodným vývojom je, koľko vlád prijalo politiky na presun výroby čipov späť do vlastnej krajiny alebo do spriatelených krajín, čím sa odkláňajú od desaťročí laissez-faire prístupu. Zákon CHIPS a veda Spojených štátov (2022) vyčlenil 52,7 miliardy dolárov na priamu podporu domácej výroby čipov, plus 25% investičné daňové úľavy na investície do fabríkbipartisanpolicy.org. V rokoch 2023-24 začalo americké ministerstvo obchodu prideľovať tieto prostriedky projektom – napríklad v roku 2023 oznámilo prvé granty a záruky na pôžičky pre spoločnosti, ktoré stavajú továrne v USA. bipartisanpolicy.org. Cieľom je zvýšiť podiel USA na globálnej výrobe (v súčasnosti približne 12 %) a zabezpečiť, aby sa najpokročilejšie čipy (napríklad pre obranu) mohli vyrábať na území USA. Podobne EÚ spustila Európsky zákon o čipoch (2023) s cieľom zmobilizovať 43 miliárd eur na zdvojnásobenie podielu Európy na výrobe na 20 % do roku 2030 consilium.europa.eu. To zahŕňa dotácie na nové továrne (Intel získal veľkú dotáciu na továreň v Nemecku, TSMC je tiež lákané na továreň v Nemecku), podporu startupov a financovanie výskumu. Japonsko tiež poskytlo miliardy v dotáciách – prilákalo TSMC, aby postavilo továreň v Kumamote (so Sony a Denso ako partnermi) tým, že ponúklo takmer polovicu nákladov (476 miliárd jenov ≈ 3,2 miliardy dolárov dotácia) reuters.com. Japonsko tiež vytvorilo Rapidus, konzorcium so spoločnosťami ako Sony, Toyota a podporované vládou, na vývoj 2nm procesnej technológie v spolupráci s IBM. Južná Kórea oznámila vlastné stimuly pre mega „klaster polovodičov“ a na podporu svojich firiem ako Samsung pri výstavbe nových fabrík. India spustila 10-miliardový dolárový program stimulov na prilákanie výrobcov čipov na výstavbu fabrík (hoci k roku 2024 je pokrok pomalý, s určitým záujmom o analógové/zrelé továrne a balenie). Dokonca aj Saudská Arábia a SAE naznačili záujem o veľké investície do polovodičov na diverzifikáciu svojich ekonomík patentpc.com. Táto globálna vlna priemyselnej politiky je pre čipový priemysel bezprecedentná, keďže historicky mal len niekoľko vládnych podpor (ako dlhodobá podpora TSMC na Taiwane), ale nikdy nie takúto širokú koordináciu. Rizikom je možná nadmerná kapacita v dlhodobom horizonte a neefektívne rozdelenie, no hlavným dôvodom je národná bezpečnosť a odolnosť dodávateľských reťazcov.
- Aliancie a „friendshoring“: Na geopolitickej šachovnici sa vytvorili nové aliancie zamerané na čipy. USA sa snažia vytvoriť akúsi „čipovú alianciu“ krajín s podobným zmýšľaním a technologickým náskokom – často označovanú ako „Chip 4“ (USA, Taiwan, Južná Kórea, Japonsko) – na koordináciu bezpečnosti dodávateľských reťazcov a zabránenie tomu, aby sa kritické technológie dostali do rúk protivníkov. Holandsko (domov ASML) je tiež kľúčovým partnerom. Tieto krajiny spolu ovládajú väčšinu špičkového čipového duševného vlastníctva, nástrojov a výroby. Spoločné vyhlásenia v rokoch 2023 a 2024 medzi USA a Japonskom, a USA a Holandskom potvrdili spoluprácu v oblasti kontroly polovodičov. Na druhej strane, Čína a krajiny v jej sfére vplyvu (možno Rusko a niektoré ďalšie) môžu prehlbovať vlastné technologické väzby – napr. Čína zvýšila technologickú spoluprácu s Ruskom a hľadá polovodičové zariadenia od akejkoľvek krajiny, ktorá je ochotná ich predať. Taiwanská otázka je veľmi dôležitá: USA výslovne hovoria, že nemôžu zostať závislé od Taiwanu na čipy donekonečna (preto povzbudzujú TSMC, aby stavala v Arizone). Taiwan sa na svojej strane snaží udržať svoj „silicon shield“ – myšlienku, že svetová závislosť na jeho čipoch odrádza od vojenskej agresie. Napätie je však vysoké – vojenské scenáre a vyjadrenia niektorých predstaviteľov dokonca naznačili extrémne nápady ako zničenie taiwanských čipových fabrík v prípade invázie, aby nepadli do rúk Číny theregister.com. To ukazuje, ako sú polovodiče dnes prepletené s plánovaním národnej obrany.
- Vyššie náklady a kompromisy: Jedným z dôsledkov politizácie dodávateľského reťazca sú vyššie náklady a neefektívnosť. Morris Chang varoval, že reorganizácia výroby z politických dôvodov zvýši ceny – rozptýlený globálny model „just-in-time“ bol veľmi nákladovo efektívny theregister.com. Teraz duplikovanie fabrík vo viacerých krajinách, niekedy nie na plné využitie, alebo používanie suboptimálnych lokalít (z hľadiska nákladov) znamená, že spotrebitelia môžu platiť viac za čipy a produkty od nich závislé. TSMC už uviedla, že čipy vyrobené v jej novej fabrike v Arizone budú stáť podstatne viac ako tie vyrobené na Taiwane (niektoré odhady hovoria o ~50 % vyšších nákladoch) reuters.com. Firmy môžu tieto náklady preniesť na zákazníkov. Výzvou je aj rozšírenie talentov a dodávateľských reťazcov v nových regiónoch (ako ukázalo oneskorenie TSMC v Arizone, viď sekcia Workforce). Napriek tomu sa zdá, že vlády sú ochotné tieto náklady znášať výmenou za bezpečnostné výhody.
- Kontroly exportu a dodržiavanie predpisov: Ďalším vývojom sú zložité režimy kontroly exportu, ktoré sa zavádzajú. Úrad pre priemysel a bezpečnosť (BIS) Ministerstva obchodu USA aktívne aktualizuje pravidlá. Napríklad koncom roka 2024 USA oznámili pravidlá na obmedzenie prístupu k pokročilým AI modelom pre sankcionované krajiny a obmedzili určité menej pokročilé čipy, ktoré by mohli byť zneužité na vojenské účely deloitte.com. Monitorovanie a presadzovanie je výzvou – existuje prosperujúci sivý trh s predajcami čipov a sprostredkovateľmi, ktorí sa snažia dostať obmedzené čipy do Číny alebo iných zakázaných destinácií. V reakcii na to USA zvyšujú počet opatrení na presadzovanie pravidiel. Medzitým Čína pripravuje svoj vlastný zoznam exportných kontrol (pravdepodobne zahrnie viac položiek, ako sú vzácne zemné magnety atď., okrem už obmedzených kovov). Táto hra na mačku a myš pravdepodobne bude pokračovať, pričom firmy sa niekedy ocitnú v strede (napr. NVIDIA musela vytvoriť upravené verzie svojich AI čipov s nižšou rýchlosťou, aby ich mohla legálne predávať do Číny podľa pravidiel, čo USA následne sledovali s ďalšími obmedzeniami).
- Technologická suverenita vs. spolupráca: Mnohé krajiny hovoria o „technologickej suverenite“ – EÚ používa tento pojem na odôvodnenie investícií, ktoré majú zabezpečiť, že nebude úplne závislá od zahraničných technológií. Na druhej strane však inovácia v polovodičoch prosperuje vďaka globálnej spolupráci (žiadna krajina to nedokáže lacno sama). Politici teda musia hľadať rovnováhu: budovať miestne kapacity bez toho, aby sa izolovali od globálnej siete dodávateľov a zákazníkov. Americký zákon CHIPS v skutočnosti obsahuje ustanovenia, že financované spoločnosti nesmú budovať pokročilé nové kapacity v Číne po dobu 10 rokov, čím sa snaží zabezpečiť oddelenie bipartisanpolicy.org. Čína naopak podporuje „sebestačnosť“, aj keď to znamená znovu objavovať koleso. Ak sa priepasť prehĺbi, môžeme vidieť paralelné ekosystémy – napríklad Čína si vyvinie vlastné EDA nástroje, vlastné zariadenia, hoci o generáciu pozadu. Z dlhodobého hľadiska sa niektorí obávajú, že toto zdvojovanie znižuje celkovú efektivitu inovácií (keďže predtým mohla spoločnosť ako TSMC rozložiť náklady na výskum a vývoj predajom všetkým globálne; v rozdelenom svete sú objemy na trh nižšie).
V roku 2024 geopolitické napätie zostáva v oblasti polovodičov na historickom maxime. Priekopník v odvetví Morris Chang podporuje snahy USA spomaliť Čínu – poznamenal „USA začali svoju priemyselnú politiku v oblasti čipov, aby spomalili pokrok Číny. … Podporujem to,“ aj keď uznáva, že éra voľného obchodu s čipmi sa končí. Spoločnosti ako ASML vyjadrili obavy, že niektoré obmedzenia sa zdajú byť „viac ekonomicky motivované“ než čisto o bezpečnosti reuters.com, ako poznamenal generálny riaditeľ ASML s nádejou na stabilnú rovnováhu reuters.com. Medzitým krajiny ako Južná Kórea sa niekedy cítia chytené v strede – sú závislé od Číny ako trhu, ale sú spojencami USA. Napríklad Južná Kórea získala určitú flexibilitu (výnimky) pre svoje spoločnosti Samsung a SK Hynix, aby mohli naďalej prevádzkovať továrne v Číne napriek pravidlám USA, ale koncom roka 2024 čelila aj Južná Kórea „nečakanému zvratu“ pri zvažovaní vlastných technologických politík pod tlakom deloitte.com.
„Čipová vojna“ v oblasti polovodičov pravdepodobne bude naďalej formovať globálnu politiku. Na jednej strane poháňa obrovské investície do technológií a kapacít (čo môže byť pozitívne pre inovácie a pracovné miesta). Na druhej strane hrozí vytvorenie viac roztriešteného a nestabilného technologického prostredia, kde budú výpadky v dodávkach a obchodné spory častejšie. Pre širokú verejnosť je jedným z okamžitých dôsledkov to, že zabezpečenie stabilných dodávok čipov sa stalo najvyššou prioritou vlád – podobne ako energetická bezpečnosť. V nasledujúcich rokoch možno očakávať správy o nových výstavbách tovární v srdci USA alebo v európskych metropolách, odvetné zákazy exportu medzi veľmocami a polovodiče ako kľúčovú tému diplomatických rokovaní. Globálna súťaž o čipovú nadvládu je teraz v plnom prúde a zásadne ovplyvní vývoj polovodičového priemyslu aj širšiu rovnováhu ekonomickej moci v 21. storočí.
Ekonomický vplyv polovodičového priemyslu
Polovodičový priemysel nielenže umožňuje fungovanie iných sektorov – je obrovskou ekonomickou silou sám o sebe. V roku 2024 globálny trh s polovodičmi prudko vzrástol, keď sa zmiernili nedostatky spôsobené pandémiou a objavil sa nový dopyt. Celosvetový predaj čipov dosiahol v roku 2024 približne 630,5 miliardy dolárov semiconductors.org, čo predstavuje robustný nárast o ~18–20 % oproti predchádzajúcemu roku, a v roku 2025 sa očakáva dosiahnutie nových rekordov (okolo 697 miliárd dolárov) deloitte.com. Ak sa súčasné trendy udržia, odvetvie by mohlo dosiahnuť 1 bilión dolárov ročne do roku 2030 deloitte.com. Pre lepšiu predstavu, je to približne HDP Holandska alebo Indonézie, ktoré čipy každoročne vygenerujú.
Ale skutočný ekonomický dopad polovodičov je oveľa väčší než samotný predaj čipov. „Spoločnosti v polovodičovom ekosystéme vyrábajú čipy … a predávajú ich firmám, ktoré ich navrhujú do systémov a zariadení … Príjmy z produktov, ktoré obsahujú čipy, majú hodnotu desiatok biliónov dolárov,“ vysvetľuje odborník na odvetvie Steve Blank steveblank.com. Prakticky každý moderný elektronický produkt (smartfóny, počítače, autá, telekomunikačné zariadenia, priemyselné stroje) obsahuje čipy – tieto koncové trhy majú hodnotu mnohých biliónov a poháňajú produktivitu v celej ekonomike. Napríklad polovodiče sú základom kľúčových odvetví ako automobilový priemysel (dnešné autá majú desiatky mikrokontrolérov), výpočtová technika a cloudové služby, telekomunikácie (5G siete), spotrebná elektronika a nové oblasti ako umelá inteligencia a obnoviteľná energia. Dostupnosť a cena čipov priamo ovplyvňujú zdravie a tempo inovácií v týchto sektoroch.
Niekoľko konkrétnych bodov o ekonomickom dopade:
- Umožňovanie technologických revolúcií: Polovodiče sú často úzkym miestom alebo katalyzátorom nových technologických vĺn. Nárast smartfónov a mobilného internetu v 2010-tych rokoch umožnili stále výkonnejšie a energeticky efektívnejšie čipy do telefónov. Súčasný boom umelej inteligencie (so systémami podobnými ChatGPT a autonómnymi systémami) je možný vďaka najmodernejším GPU a AI akcelerátorom; ak by pokrok v čipoch stagnoval, algoritmy AI by nemohli bežať v praktickom rozsahu. Budúca expanzia IoT (Internet vecí), elektrických a autonómnych áut, automatizácie Industry 4.0 a 6G komunikácie všetky predpokladajú pokračujúci pokrok v čipoch. Z ekonomického hľadiska majú čipy obrovský multiplikátorový efekt – prelom v polovodičoch môže uvoľniť úplne nové odvetvia. Vzhľadom na to vlády označujú polovodiče za „strategické“ odvetvie; napríklad Biely dom uviedol, že polovodiče sú „kritické pre hospodársky rast a národnú bezpečnosť USA“, čo je dôvod, prečo bol zákon CHIPS odôvodnený bipartisanpolicy.org.
- Tvorba pracovných miest a zamestnanosť s vysokou kvalifikáciou: Sektor polovodičov podporuje veľké množstvo pracovných miest po celom svete, z ktorých mnohé sú dobre platené a vyžadujú vysokú kvalifikáciu (inžinieri, technici, výskumníci). V centrách návrhu čipov ako Silicon Valley (USA) alebo Hsinchu (Taiwan) sú spoločnosti vyrábajúce čipy hlavnými zamestnávateľmi. Jediná nová továreň (fab) môže vytvoriť tisíce priamych pracovných miest a desaťtisíce nepriamych (výstavba, dodávatelia, služby). Napríklad plánované továrne Intelu v Ohiu a TSMC v Arizone by mali každá vytvoriť približne 3 000 priamych pracovných miest a oveľa viac v širšej ekonomike. Navyše, práve o takéto pokročilé výrobné pracovné miesta majú mnohé rozvinuté krajiny záujem z ekonomických a bezpečnostných dôvodov. Ako však rozoberieme v ďalšej časti, nájsť kvalifikované talenty pre tieto pozície je rastúcou výzvou, čo má samo o sebe ekonomické dôsledky (nedostatok pracovnej sily môže spomaliť expanziu a zvyšovať mzdy).
- Globálny obchod a dodávateľské reťazce: Polovodiče patria medzi najviac obchodované produkty na svete. Ročný globálny obchod s polovodičmi a súvisiacim vybavením dosahuje stovky miliárd. Napríklad čipy sú neustále medzi najvýznamnejšími exportmi krajín ako Taiwan, Južná Kórea, Malajzia a čoraz viac aj Čína (ktorá vyváža veľa menej pokročilých čipov, aj keď dováža tie najpokročilejšie). V skutočnosti od roku 2020 dovoz čipov do Číny (okolo 350 miliárd dolárov v roku 2022) prevyšuje jej dovoz ropy, čo zdôrazňuje čipy ako kľúčovú dovoznú komoditu pre krajinu patentpc.com. Táto dynamika ovplyvňuje aj obchodné bilancie a rokovania. Ekonomiky závislé od exportu, ako Južná Kórea a Taiwan, sa spoliehajú na export čipov pre svoj rast – na Taiwane je samotná TSMC významným prispievateľom k HDP a obchodnému prebytku. Medzitým krajiny, ktoré sú závislé od dovozu čipov (ako mnohé v Európe alebo India), vidia zlepšenie svojej obchodnej pozície ako jeden z dôvodov na rozvoj domácej výroby.
- Ekonomická bezpečnosť: Nedostatok čipov v rokoch 2021-2022 poslúžil ako budíček: nedostatok $1 polovodičových súčiastok stačil na zastavenie výroby áut v hodnote $40 000, čo prispelo k inflácii a nižšiemu rastu HDP v niektorých regiónoch. Štúdie odhadli, že nedostatok čipov znížil globálnu produkciu áut o niekoľko percentuálnych bodov a spomalil dostupnosť spotrebnej elektroniky, čo pravdepodobne malo mierny tlmiaci vplyv na HDP v roku 2021. Vlády teraz považujú zabezpečené dodávky čipov za súčasť ekonomickej bezpečnosti. Správa PwC z roku 2023 dokonca varovala, že vážne narušenie dodávok čipov spôsobené klimatickými zmenami by mohlo ohroziť tretinu z predpokladaného výstupu v hodnote 1 bilióna dolárov v priebehu desaťročia, ak sa odvetvie neprispôsobí pwc.com – čo by výrazne poškodilo globálnu ekonomiku. Ekonomickí plánovači preto integrujú polovodiče do hodnotení rizík, ktoré boli zvyčajne vyhradené pre základné komodity.
- Akciový trh a rast firiem: Samotné polovodičové spoločnosti sa stali jednými z najhodnotnejších firiem na svete. Koncom roka 2024 bola kombinovaná trhová kapitalizácia desiatich najväčších čipových firiem približne 6,5 bilióna dolárov, čo je nárast o 93 % oproti predchádzajúcemu roku deloitte.com, vďaka prudkému rastu hodnotení súvisiacich s AI. Giganti ako TSMC, NVIDIA, Samsung, Intel a ASML majú každý trhovú kapitalizáciu v stovkách miliárd. Výkonnosť týchto spoločností výrazne ovplyvňuje akciové indexy a investičné toky. Index Philadelphia Semiconductor (SOX) je dokonca často považovaný za barometer zdravia technologického sektora. Bohatstvo vytvorené rastom týchto firiem je obrovské a oni následne investujú späť do výskumu a vývoja a kapitálových výdavkov v rekordných objemoch (TSMC minulo v roku 2022 na kapitálové výdavky približne 36 miliárd dolárov reuters.com, čo je porovnateľné s nákladmi na výstavbu niekoľkých lietadlových lodí). To vytvára pozitívny cyklus inovácií a ekonomickej aktivity, pokiaľ dopyt drží krok.
- Dopad na spotrebiteľa a ceny: Čipy tvoria veľkú časť nákladov v mnohých produktoch. Ako sa čipy stávajú výkonnejšími (podľa Moorovho zákona), často klesá cena za funkciu, čo umožňuje lacnejšiu elektroniku alebo viac funkcií za rovnakú cenu – čo je výhodné pre spotrebiteľov aj produktivitu. Nedávny nedostatok v dodávkach a dodatočné náklady na „bezpečné“ dodávateľské reťazce (napr. duplikovanie fabrík vo vyššie nákladových regiónoch) však môžu vyvíjať inflačný tlak. Videli sme napríklad, že ceny áut v rokoch 2021-2022 výrazne vzrástli aj preto, že automobilky nemohli získať dostatok mikrokontrolérov, čo viedlo k nízkym zásobám. Správa Goldman Sachs z roku 2021 zistila, že čipy sú súčasťou širokého spektra spotrebného tovaru, takže dlhodobý nedostatok čipov môže ovplyvniť infláciu o citeľný zlomok percenta. Naopak, keď sa dodávky čipov normalizujú, môže to mať deflačný vplyv na ceny elektroniky. Z dlhodobého hľadiska je neustály pokrok v polovodičoch deflačnou silou (elektronika buď zlacnie, alebo je za rovnakú cenu oveľa výkonnejšia každý rok).
- Vládne dotácie a návratnosť investícií (ROI): S desiatkami miliárd verejných prostriedkov, ktoré sú teraz vyčlenené na čipové iniciatívy, daňoví poplatníci a ekonómovia sledujú návratnosť. Zástancovia tvrdia, že tieto dotácie sa vyplatia prostredníctvom tvorby pracovných miest s vysokou pridanou hodnotou a ochranou kľúčových odvetví. Existuje aj multiplikátorový efekt – napríklad výstavba továrne (fab) zahŕňa množstvo stavebných prác a následne pracovné miesta pre vysoko kvalifikovaných pracovníkov, pričom každé pracovné miesto vo fabrike údajne podporuje ~4–5 ďalších pracovných miest v ekonomike (údržba, služby atď.). Kritici však upozorňujú na riziko nadmernej ponuky alebo neefektívnosti, keď vláda vyberá „víťazov“. Financovanie z CHIPS Act napríklad prichádza s podmienkami (zdieľanie zisku pri nadmerných ziskoch, požiadavky na starostlivosť o deti pre pracovníkov fabrík atď.), aby sa zabezpečili široké prínosy. Úspech alebo neúspech týchto politík bude mať ekonomické dôsledky: ak uspejú, regióny ako americký Stredozápad alebo Sasko v Nemecku by sa mohli stať novými Silicon Valley a posilniť miestne ekonomiky. Ak nie, hrozí riziko drahých „bielych slonov“.
Zhrnuté, polovodiče majú obrovský ekonomický dopad priamo aj nepriamo. Podporujú rast v doplnkových odvetviach a sú jadrom produktivity (rýchlejšie počítače = viac vedeckých simulácií, lepšia AI = viac automatizácie). Cyklický charakter sektora (boom-bust cykly v dôsledku kolísania dopytu) môže ovplyvniť aj širšie ekonomické cykly. Napríklad pokles v čipovom cykle (ako v rokoch 2019 alebo 2023 pri pamäťových čipoch) môže poškodiť export a HDP ekonomík zameraných na výrobu, zatiaľ čo rast (ako súčasný AI boom) ich môže výrazne posilniť.
Smerom k roku 2025 je výhľad optimistický: podľa odvetvového výhľadu Deloitte bol rok 2024 veľmi silný s rastom okolo 19 % a rok 2025 by mohol priniesť ďalší rast okolo 11 %, čím by sa odvetvie priblížilo k cieľu biliónového obratu deloitte.com. Rast poháňa dopyt po nových technológiách (AI, 5G, elektromobily), ktorý kompenzuje prípadné spomalenie v smartfónoch alebo PC. Výzvou bude zvládnuť náklady na lokalizáciu a geopolitické obmedzenia bez toho, aby sa potlačila inovácia a rozsah, ktoré urobili z polovodičov taký ekonomický úspech.
Environmentálne a udržateľnostné otázky
Napriek tomu, že polovodičová technológia je ohromujúca, jej výroba prináša významné environmentálne náklady. Odvetvie sa čoraz viac zaoberá svojimi udržateľnostnými výzvami – vrátane obrovskej spotreby vody a energie, emisií skleníkových plynov a chemického odpadu. Paradoxne, hoci čipy umožňujú ekologickejšie technológie (ako efektívna elektronika a riešenia pre čistú energiu), ich výroba môže byť náročná na zdroje a znečisťujúca, ak nie je riadne riadená. Tu sú hlavné environmentálne obavy:
- Spotreba vody: „Polovodiče nemôžu existovať bez vody – a to veľkého množstva,“ poznamenáva Kirsten James zo spoločnosti Ceres weforum.org. Faby vyžadujú obrovské množstvá ultrapurej vody (UPW) na oplachovanie waferov po každom chemickom procese. Táto voda musí byť mimoriadne čistá (tisíckrát čistejšia ako pitná voda), aby sa predišlo akejkoľvek kontaminácii minerálmi alebo časticami weforum.org. Na výrobu 1 000 galónov UPW je potrebných približne 1 400–1 600 galónov mestskej vody (zvyšok sa stáva odpadovou vodou) weforum.org. Jedna veľká továreň na čipy môže spotrebovať 10 miliónov galónov vody denne, čo zodpovedá spotrebe vody ~30 000–40 000 domácností weforum.org. Celosvetovo sa odhaduje, že všetky polovodičové továrne spolu spotrebujú toľko vody ako mesto s miliónmi obyvateľov; jedna správa uvádza, že továrne na čipy na celom svete spotrebujú ročne toľko vody ako mesto Hongkong (7,5 milióna ľudí) weforum.org. Táto vysoká spotreba vytvára tlak na miestne zásoby vody, najmä v regiónoch, ktoré už čelia suchu alebo nedostatku vody (napr. továrne TSMC na Taiwane boli v roku 2021 ohrozené vážnym suchom, čo si vyžiadalo vládne prerozdeľovanie vody a dokonca dovoz vody do fabrík cisternami). Nedostatok vody sa stáva zraniteľnosťou pre odvetvie weforum.org. Okrem toho môže odpadová voda z fabrík obsahovať nebezpečné chemikálie (ako kyseliny, kovy). Bez riadneho čistenia môže táto odpadová voda znečisťovať rieky a podzemné vody, poškodzovať ekosystémy weforum.org. V niektorých centrách výroby čipov v Číne a Južnej Kórei úrady dokonca uviedli, že továrne porušili environmentálne predpisy kvôli znečisteniu vody weforum.org. Odvetvie reaguje investíciami do recyklácie vody: mnohé továrne už recyklujú časť svojej vody. Napríklad nová továreň TSMC v Arizone tvrdí, že znovuzíska približne 65 % svojej spotreby vody priamo na mieste weforum.org, a Intel spolupracovali s miestnymi úradmi v Oregone a Arizone na výstavbe čistiarní vody na doplnenie podzemných vôd weforum.org. Niektoré továrne v Singapure a Izraeli recyklujú ešte vyššie percentá. Avšak s rastúcim dopytom po čipoch celková spotreba vody stále porastie, čo z toho robí kľúčovú otázku udržateľnosti.
- Spotreba energie a emisie: Výroba čipov je energeticky náročná. Prevádzka čistých priestorov, čerpadiel a tepelných procesov vo fabrike 24/7 spotrebúva obrovské množstvo energie. Jedna pokročilá fabrika môže nepretržite spotrebovať približne 100 megawattov elektriny – čo zodpovedá spotrebe elektriny malého mesta (desiatky tisíc domácností). V skutočnosti „štandardné veľké zariadenie na výrobu čipov spotrebuje viac ako 100 000 megawattov energie … každý jeden deň,“ a celý sektor v roku 2024 spotreboval približne 190 miliónov ton CO₂-ekvivalentublog.veolianorthamerica.com. (Toto číslo emisií – 190 miliónov ton – je približne ročné emisie krajín ako Vietnam alebo Austrália.) Časť tejto uhlíkovej stopy pochádza z nepriamej spotreby energie (ak je miestna sieť poháňaná fosílnymi palivami) a časť z priamych procesných emisií. Fabriky používajú perfluorované zlúčeniny (PFCs) na leptanie a čistenie; tieto plyny, ako CF₄ alebo C₂F₆, majú potenciál globálneho otepľovania tisíckrát vyšší ako CO₂ a môžu v atmosfére pretrvať tisícročia. Hoci sa odvetvie snaží obmedziť úniky PFC (v rámci dobrovoľných dohôd podľa Kjótskeho protokolu), stále predstavujú významnú časť emisií. Podľa štúdie TechInsights, ak sa výroba čipov do roku 2030 zdvojnásobí (na splnenie trhu v hodnote $1T), bez zmierňujúcich opatrení by emisie odvetvia mohli výrazne vzrásť pwc.com. Na riešenie spotreby energie čoraz viac výrobcov čipov investuje do obnoviteľných zdrojov energie na pohon fabrík. TSMC sa napríklad stala jedným z najväčších firemných odberateľov obnoviteľnej energie na svete, pričom si stanovila cieľ 40 % obnoviteľnej energie do roku 2030 a 100 % do roku 2050. Aj Intel má v niektorých lokalitách fabriky na 100 % obnoviteľnej elektrine. Zlepšovanie energetickej efektívnosti vo fabrikách (napr. využívanie rekuperácie tepla, efektívnejších chladiacich zariadení) je ďalšou prioritou. Dôležité však je, že pokročilejšie čipy často vyžadujú viac energie na výrobu jedného waferu (napr. EUV litografia je menej energeticky efektívna ako staršie litografické technológie), takže existuje napätie medzi technologickým pokrokom a spotrebou energie na čip. Niektorí analytici sa obávajú, že ak sa spomalí Moorov zákon, spotreba energie na tranzistor by sa mohla dokonca zvýšiť.
- Chemický a nebezpečný odpad: Polovodičový proces využíva toxické a nebezpečné látky – plyny ako silán alebo arzén, korozívne kvapaliny (kyseliny, rozpúšťadlá) a ťažké kovy. Bezpečné riadenie odpadových tokov je kľúčové. Faby generujú chemický odpad, ktorý musí byť starostlivo spracovaný alebo zlikvidovaný. Napríklad použité rozpúšťadlá a leptadlá sa dajú destilovať a recyklovať, kyseliny neutralizovať a suspenzie filtrovať na opätovné použitie. Spoločnosti ako Veolia ponúkajú služby špeciálne na pomoc fabom s recykláciou odpadu – premieňajú použité chemikálie na užitočné produkty alebo bezpečne spaľujú odpad a zachytávajú energiu blog.veolianorthamerica.com. Napriek najlepším postupom sa môžu a aj stali nehody (úniky chemikálií, nesprávne vypúšťanie), ktoré môžu spôsobiť miestne environmentálne škody. Ďalším aspektom je obalový odpad – výroba zahŕňa množstvo jednorazových plastových nádob, rukavíc, plášťov atď. v čistých priestoroch. Mnohé firmy sa teraz snažia tento tuhý odpad tiež znižovať a recyklovať blog.veolianorthamerica.com. Existuje aj elektronický odpad downstream, ale to sa týka skôr likvidácie hotových elektronických výrobkov než samotnej výroby čipov.
- Odolnosť voči zmene klímy: Ironicky, zmena klímy predstavuje priamu hrozbu pre výrobu čipov, aj keď čipy budú potrebné na boj proti zmene klímy. Faby sa nachádzajú na miestach, ktoré čoraz častejšie zažívajú extrémne počasie: tajfúny vo východnej Ázii, vlny horúčav a suchá (napr. západ USA, Taiwan) atď. Správa CNBC z roku 2024 poukázala na to, ako by jediná búrka alebo povodeň zasahujúca kľúčové „mesto čipov“ mohla narušiť dodávky – napríklad hypotetický tajfún Helene zasahujúci taiwanské mesto Hsinchu (kde sídli TSMC) by mohol byť katastrofálny deloitte.com. Firmy teraz vyhodnocujú klimatické riziká pre svoje zariadenia. Nedostatok vody je na prvom mieste – prieskum medzi manažérmi výroby čipov z roku 2023 ukázal, že 73 % sa obáva rizík spojených s prírodnými zdrojmi (voda) pre ich prevádzku weforum.org. Mnohé firmy začleňujú odolnosť voči klíme, napríklad budovaním zásobníkov vody na mieste, záložného napájania a diverzifikáciou geografických lokalít. PricewaterhouseCoopers varoval, že bez adaptácie je až 32 % globálnych dodávok polovodičov ohrozených do roku 2030 v dôsledku klimatického stresu na vodné zdroje a ďalších vplyvov zmeny klímy pwc.com.
- Pozitívne iniciatívy: Na druhej strane, odvetvie posilnilo svoje záväzky v oblasti udržateľnosti. Do roku 2025 má takmer každá veľká polovodičová firma určitý cieľ na zníženie uhlíkovej stopy alebo dosiahnutie uhlíkovej neutrality. TSMC si stanovila cieľ znížiť emisie o 20 % do roku 2030 (oproti roku 2020) a dosiahnuť uhlíkovú neutralitu do roku 2050. Intel má cieľ dosiahnuť nulové prevádzkové emisie do roku 2040 a investuje do ekologických fabrík (už v roku 2022 dosiahol 82 % opätovného využitia vody a 100 % zelenej energie na svojich prevádzkach v USA). Samsung oznámil environmentálne ciele na podobnej úrovni – napríklad prechod na obnoviteľné zdroje energie pre zahraničné prevádzky a zlepšenie energetickej efektívnosti svojich procesov. Ďalším pozitívom je, že produkty tohto odvetvia pomáhajú znižovať emisie aj inde – napríklad energeticky úsporné čipy znižujú spotrebu energie v dátových centrách a elektronike; čipy v systémoch obnoviteľnej energie zlepšujú efektivitu sietí. Jedna štúdia SIA (Asociácia polovodičového priemyslu) naznačila, že na každú tonu CO₂ vyprodukovanú polovodičovým sektorom pripadá niekoľko ton znížených emisií v iných sektoroch vďaka technológiám umožneným čipmi (prostredníctvom úspor energie). Či to skutočne vykompenzuje uhlíkovú stopu, je predmetom diskusie, no je jasné, že polovodiče sú kľúčom k riešeniam klimatických problémov (inteligentné siete, elektromobily atď.).
Pre ilustráciu pokroku: polovodičová divízia Sony v Japonsku uviedla, že jeden z jej závodov znovu využíva asi 80 % svojej odpadovej vody a buduje nové recyklačné zariadenia na ďalšie zlepšenie weforum.org. Mnohé firmy sa zapojili do iniciatív Responsible Business Alliance pre udržateľné dodávateľské reťazce, čím zabezpečujú, že používané minerály (napr. kobalt, tantal) sú bez konfliktov a ťažené zodpovedne. Vznikajú aj konzorciá na spoločné riešenie rozšírených problémov – napríklad IMEC v Belgicku vedie programy na udržateľnú výrobu polovodičov, skúma alternatívy k PFC plynom a spôsoby znižovania spotreby energie na jeden wafer.
Na záver, environmentálny dopad výroby polovodičov nie je zanedbateľný a musí byť riadený. Dobrou správou je, že lídri odvetvia si to uvedomujú. Ako uvádza jedna správa Deloitte, vyrobiť čipy v hodnote bilióna dolárov v roku 2030 bude mať environmentálny dopad – otázkou je, ako ho zmierniťwww2.deloitte.com. Ďalší postup zahŕňa väčšiu transparentnosť (firmy zverejňujú údaje o spotrebe vody a uhlíka), stanovenie vedecky podložených cieľov pre emisie, investície do obehového hospodárstva (napr. opätovné využitie chemikálií, nulový odpad na skládky blog.veolianorthamerica.com) a spoluprácu s vládami (napríklad na infraštruktúre pre obnoviteľné zdroje energie a úpravu vody). Spotrebitelia a investori tiež tlačia na ekologickejšie postupy – veľkí odberatelia čipov ako Apple napríklad požadujú, aby ich dodávateľský reťazec (vrátane dodávateľov čipov ako TSMC) používal 100 % obnoviteľnú energiu. Tento externý tlak pomáha presadzovať zmeny.
Takže, hoci má čipový priemysel ešte prácu pred sebou na zníženie svojho environmentálneho dopadu, robí významné kroky. Napokon, šetrenie vody a energie často dlhodobo súvisí s úsporou nákladov. A vo svete, kde je udržateľnosť čoraz dôležitejšia, môže byť vynikanie v „zelenom výrobe čipov“ ďalšou konkurenčnou výhodou. Možno dokonca uvidíme, že technológie ako nové metódy suchého leptania (s menším použitím chemikálií) alebo náhrady za PFC plyny sa stanú štandardnou praxou, poháňané ekologicky uvedomelým výskumom a vývojom. Dúfame, že ďalšia fáza rastu polovodičov sa dosiahne spôsobom, ktorý bude fungovať s prostredím, nie proti nemu blog.veolianorthamerica.com – čím sa zabezpečí, že digitálna revolúcia poháňaná čipmi bude udržateľná pre planétu.
Výzvy v oblasti pracovnej sily a talentov
Výroba polovodičov nie je len o čistých priestoroch a strojoch – v zásade závisí od ľudí s vysoko špecializovanými zručnosťami. A tu čelí odvetvie zásadnej výzve: narastajúci nedostatok talentov a medzera v zručnostiach. Ako krajiny investujú do nových fabrík a výskumu a vývoja, vyvstáva otázka: kto bude obsadzovať tieto zariadenia a poháňať inovácie, najmä v ére, keď súčasná pracovná sila starne a mladší talent sa presúva k softvéru alebo iným oblastiam?
Kľúčové otázky a trendy týkajúce sa pracovnej sily v polovodičovom priemysle:
- Starnúca pracovná sila a vlna odchodov do dôchodku: V mnohých regiónoch je súčasná inžinierska pracovná sila v polovodičovom priemysle zložená najmä zo starších, skúsených odborníkov – a veľká skupina sa blíži k dôchodku. Napríklad v Spojených štátoch „55 % pracovnej sily v polovodičovom priemysle je starších ako 45 rokov, zatiaľ čo menej ako 25 % je mladších ako 35 rokov,“ k polovici roka 2024 deloitte.com. Európa je na tom podobne: „20 % pracovníkov v polovodičovom priemysle v Európe je starších ako 55 rokov a približne 30 % nemeckej polovodičovej pracovnej sily by malo odísť do dôchodku v nasledujúcom desaťročí,“ podľa analýzy EE Times deloitte.com. Toto je hroziaci „odliv mozgov“, keď odchádzajú skúsení odborníci. Odvetvie riskuje, že stratí desaťročia inštitucionálnych znalostí rýchlejšie, než ich dokáže nahradiť – na čo upozorňuje aj štúdia Deloitte o talente, ktorá varovala pred „nekonzistentným prenosom znalostí a príliš malým počtom nových pracovníkov na absorbovanie odborných znalostí“ deloitte.com.
- Nedostatočný prísun nových talentov: Historicky kariéry v oblasti čipového inžinierstva (či už ide o elektrotechniku, materiálové inžinierstvo alebo údržbu zariadení) nepriťahovali taký veľký počet mladých talentov ako napríklad softvérový vývoj alebo dátová veda. Táto práca je často vnímaná ako špecializovanejšia, vyžaduje si pokročilé tituly a profil odvetvia medzi absolventmi sa od čias boomu PC znížil. Spoločná štúdia SEMI-Deloitte už v roku 2017 poukázala na „hroziacu medzeru v talente“ a poznamenala, že polovodičový priemysel zápasí s brandingom a hodnotovou ponukou pre nových absolventovdeloitte.com. V rokoch 2023-2024 si napriek high-tech charakteru odvetvia vyberá polovodičové odbory menej študentov a firmy hlásia ťažkosti s obsadzovaním pozícií od začiatočníckych až po výskumníkov s PhD. Výsledok: veľa voľných pracovných miest, málo kvalifikovaných uchádzačov. Toto je obzvlášť akútne v regiónoch, ktoré sa snažia rozšíriť výrobu čipov z nízkej základne (napr. USA, ktoré potrebujú vyškoliť oveľa viac technikov pre svoje nové továrne, alebo začínajúce snahy Indie).
- Regionálne nesúlady a lekcia TSMC v Arizone: Jedným z hlavných príkladov problémov s talentmi bolo oneskorenie TSMC v Arizone. TSMC stavia v Arizone továreň za 40 miliárd dolárov – jeden z pilierov snahy USA presunúť pokročilú výrobu čipov späť do krajiny. Avšak v polovici roka 2023 TSMC oznámilo, že otvorenie závodu sa posúva z roku 2024 na 2025, pričom ako dôvod uviedlo „nedostatočné množstvo kvalifikovaných pracovníkov“ v miestnej pracovnej sile manufacturingdive.com. Spoločnosť mala problém nájsť dostatok amerických pracovníkov so špeciálnymi znalosťami na výstavbu a inštaláciu pokročilého vybavenia továrne a stretla sa s „odporom odborov voči snahám priviesť pracovníkov z Taiwanu“ na pomocreuters.com. TSMC muselo vyslať stovky skúsených technikov z Taiwanu do Arizony, aby vyškolili miestnych a dokončili inštaláciu čistých priestorov. Predseda spoločnosti Mark Liu poznamenal, že každý nový projekt má svoju krivku učenia, ale naznačil, že nedostatok pracovnej sily v USA bol vážnou prekážkou reuters.com. Tento scenár zdôrazňuje, že odborné znalosti sú koncentrované v existujúcich centrách (ako Taiwan pre špičkovú výrobu) a ťažko sa presúvajú. Teraz všetky americké projekty tovární (nové továrne Intelu, rozšírenie továrne Samsungu v Texase atď.) zintenzívňujú nábor a školenia, spolupracujú s komunitnými vysokými školami a technickými univerzitami na rozvoji talentov. Ale vyškoliť čerstvého absolventa na skúseného inžiniera polovodičových procesov môže trvať roky praxe. Takže rozvoj domáceho talentu môže zaostávať za tempom výstavby tovární.
- Čínsky hon na talenty: Medzitým Čína agresívne vyhľadáva čipových odborníkov na celom svete, aby prekonala svoje technologické obmedzenia. Ako už bolo spomenuté, keďže západné krajiny obmedzujú prenos technológií, Čína sa obrátila na nábor jednotlivcov. Vyšetrovanie agentúry Reuters v roku 2023 zistilo, že Čína potichu najala stovky inžinierov z taiwanskej spoločnosti TSMC a ďalších firiem, pričom ponúkala kompenzačné balíky, ktoré niekedy dvojnásobne prevyšovali ich plat, plus výhody ako bývanie deloitte.com. Cieľom je importovať odborné znalosti do čínskych fabrík a dizajnérskych domov (do istej miery podobne, ako Taiwan pôvodne rozbehol svoj priemysel tým, že priviedol späť inžinierov vyškolených v USA v 80. rokoch). To však spôsobilo napätie – Taiwan dokonca spustil vyšetrovania a sprísnil zákony, aby zabránil úniku duševného vlastníctva prostredníctvom lákania talentov. USA teraz tiež zakazujú svojim občanom (a držiteľom zelených kariet) pracovať pre určité čínske čipové firmy bez licencie deloitte.com, po tom, čo si všimli, že mnohí bývalí zamestnanci amerických firiem prijali lukratívne ponuky v Číne. Napriek tomu „vojna o talenty“ znamená, že skúsení inžinieri sú na celom svete veľmi žiadaní a platy rastú. To je skvelé pre inžinierov, ale môže to byť problematické pre firmy a regióny, ktoré nemôžu konkurovať platovým ponukám bohatších záujemcov (či už ide o štátom dotovaný čínsky startup alebo fabriku financovanú z amerického CHIPS Act).
- Vzdelávacie a tréningové iniciatívy: Uvedomujúc si úzke hrdlo v oblasti talentov, vzniklo množstvo iniciatív. V rámci CHIPS Act vyčlenili USA prostriedky nielen na fabriky, ale aj na rozvoj pracovnej sily – v spolupráci s univerzitami a komunitnými vysokými školami vytvárajú nové vzdelávacie programy v oblasti polovodičov bipartisanpolicy.org. Napríklad Purdue University spustila program Semiconductor Degrees Program, ktorého cieľom je každoročne vychovať stovky inžinierov vyškolených v oblasti čipov, a Arizona State University rozširuje programy na podporu prítomnosti TSMC. Podobne aj európsky Chips Act zahŕňa štipendiá a cezhraničné tréningové siete na podporu väčšieho počtu odborníkov na mikroelektroniku. Firmy tiež zvyšujú interné školenia; Intel napríklad dlhodobo prevádzkuje internú „vysokú školu pre fabriky“ a rozširuje stáže a programy spolupráce. Jednou z výziev však je, že veľa tichých znalostí v oblasti výroby čipov sa neučí v učebniciach – získavajú sa praxou vo fabrikách. Preto rozšírenie talentov bude vyžadovať kombináciu formálneho vzdelávania a praktických učňovských programov v existujúcich zariadeniach. Vlády môžu dokonca uvoľniť imigračné pravidlá, aby prilákali zahraničné talenty (USA zvažujú špeciálnu vízovú kategóriu pre čipových expertov a Japonsko láka taiwanských a kórejských inžinierov pre obsadenie Rapidus).
- Pracovná kultúra a atraktívnosť: Ďalším problémom je urobiť kariéru v polovodičovom priemysle atraktívnou. Tento priemysel môže byť náročný – fabriky fungujú 24/7, inžinieri často pracujú na zmeny a požadovaná presnosť znamená prostredie s vysokým tlakom. Ako poznamenal Reuters, TSMC zistilo, že americkí pracovníci boli menej ochotní znášať „vyčerpávajúci“ nepretržitý pracovný režim v čipových fabrikách v porovnaní s pracovníkmi na Taiwane alebo v Japonsku reuters.com. V Japonsku je kultúrnou normou pracovať dlhé hodiny, čo vyhovuje potrebám čipových fabrík, zatiaľ čo v USA môžu očakávania ohľadom rovnováhy medzi pracovným a súkromným životom kolidovať s potrebou nočných zmien. Firmy sa možno budú musieť prispôsobiť (napr. viac automatizácie na zníženie počtu nočných zmien alebo motivácie za prácu v neobľúbených hodinách). Priemysel by tiež mohol zlepšiť svoj imidž tým, že vyzdvihne zaujímavú a vplyvnú povahu tejto práce – umožňujete budúcnosť technológií – a podporí diverzitu a inklúziu (tradične je to mužsky dominované odvetvie a mohlo by viac osloviť nedostatočne zastúpené skupiny). Historický nedostatok prestíže v porovnaní so softvérom čiastočne ustupuje, keďže polovodiče sú teraz často v správach, ale pokračujúca osveta je kľúčová.
- Nedostatok talentov v číslach: Pre lepšiu predstavu, SEMI (odvetvové združenie) odhadlo koncom roka 2022, že do roku 2030 môže priemysel čeliť nedostatku približne 300 000 kvalifikovaných pracovníkov na celom svete, ak budú pokračovať súčasné trendy. To zahŕňa všetko od PhD výskumníkov po technikov údržby zariadení. Najvýraznejšie medzery sú v oblasti inžinierov zariadení, inžinierov procesov vo výrobe a špecialistov na EDA softvér. EDA firmy ako Synopsys tiež hlásia potrebu väčšieho počtu expertov na algoritmy a AI, aby posunuli ďalšiu generáciu návrhových nástrojov (ktoré už zahŕňajú AI – čipy na navrhovanie čipov!). Ďalším segmentom sú technické pozície – ľudia s dvojročným technickým vzdelaním, ktorí obsluhujú a udržiavajú výrobné zariadenia. Krajiny ako USA v posledných desaťročiach málo investovali do odborného vzdelávania pre tieto úlohy, takže obnovenie tohto potrubia je kľúčové.
- Medzinárodná spolupráca vs. obmedzenia: Zaujímavé je, že hoci potreby talentov sú globálne, niektoré politiky komplikujú pohyb talentov. Americké exportné pravidlá neobmedzujú len hardvér, ale aj ľudské know-how (osoby z USA potrebujú licencie na prácu s niektorými čínskymi fabrikami). To môže obmedziť počet expertov ochotných alebo schopných pracovať na určitých miestach, čím sa efektívne segmentuje trh práce. Na druhej strane, spojenecké krajiny zvažujú spôsoby, ako si talenty vymieňať – napríklad „výmena talentov“ medzi americkými a taiwanskými fabrikami na vzájomné školenie inžinierov, alebo vzájomné uznávanie kvalifikácií medzi EÚ a USA, aby mohli inžinieri ľahšie cestovať za projektmi.
- Kompenzácia a konkurencia: Nedostatok talentov viedol k rastúcim mzdám v tomto odvetví, čo je dobré na prilákanie ľudí, ale zároveň to zvyšuje náklady pre firmy. V rokoch 2021-2022 niektoré polovodičové spoločnosti poskytli výrazné zvýšenia platov alebo bonusy, aby si udržali zamestnancov. TSMC údajne ponúklo v roku 2022 zvýšenie platov o viac ako 20 % v čase, keď sa ich zamestnancov snažili získať iné firmy. V regiónoch ako India, kde boli historicky nižšie platy pre návrhárov čipov, teraz nadnárodné spoločnosti ponúkajú oveľa vyššie balíky, aby zabránili odchodu talentov ku konkurencii alebo do zahraničia. Toto všetko je skvelé pre profesionálov, ale môže to zúžiť ziskové marže alebo ovplyvniť, kde sa firmy rozhodnú expandovať (môžu hľadať regióny s dobrým vzdelávacím systémom, ale stále rozumnými mzdovými nákladmi – aj preto Intel a ďalší zvažujú miesta ako Ohio alebo sever štátu New York namiesto extrémne horúcich pracovných trhov).
Na zhrnutie, problém s talentami v polovodičovom priemysle je kritickým obmedzením pre ambiciózne plány rozširovania odvetvia. Je v tom trochu irónie: môžeme minúť miliardy na nové moderné továrne, ale bez kvalifikovaných ľudí, ktorí by ich obsluhovali, sú to len prázdne škrupiny. Ako povedal prezident SIA v roku 2022, „Nemôžete mať oživenie výroby bez oživenia pracovnej sily“. V nasledujúcich rokoch uvidíme koordinované úsilie inšpirovať a vyškoliť novú generáciu odborníkov na čipy. Môže to znamenať aktualizáciu inžinierskych učebných osnov o viac obsahu z oblasti výroby polovodičov, ponúkanie atraktívnych štipendií a dokonca začatie STEM osvety už na stredných školách, aby sa študenti nadchli pre „stavanie ďalšieho čipu s miliardou tranzistorov“ namiesto písania ďalšej aplikácie.
Medzitým budú firmy využívať dočasné riešenia: rekvalifikáciu inžinierov z príbuzných odvetví, opätovné zamestnávanie dôchodcov ako konzultantov a väčšie využívanie automatizácie a umelej inteligencie na zníženie potreby pracovnej sily vo fabrikách. Aj vlády môžu upraviť imigračné pravidlá – napríklad USA by mohli automaticky udeľovať zelenú kartu absolventom s relevantným doktorátom z amerických univerzít, aby ich udržali v krajine.
Ide o veľa: ak sa nedostatok talentov nevyrieši, môže sa stať úzkym miestom, ktoré spomalí tempo inovácií a zvyšovania kapacít, čím podkope ciele týchto viacmiliardových iniciatív v oblasti čipov. Naopak, ak sa nám podarí inšpirovať novú vlnu talentov do mikroelektroniky, tento ľudský kapitál môže udržať novú zlatú éru pokroku v polovodičoch. Ako poznamenal jeden odborník: „Najdôležitejším aktívom čipového priemyslu nie je kremík, ale mozgy.“ A zabezpečiť, aby dostatok týchto mozgov pracovalo na polovodičoch, je rovnako dôležité ako ktorýkoľvek iný faktor spomenutý v tejto správe.
Polovodiče sa často označujú ako „DNA technológií“ a tento podrobný pohľad ukazuje prečo. Od fyziky ich fungovania, cez zložitý globálny tanec výroby, až po strategické a ľudské výzvy, ktoré formujú ich budúcnosť – čipy stoja na križovatke vedy, ekonomiky a geopolitiky. V roku 2025 si svet začína uvedomovať, že ten, kto vedie vo výrobe polovodičov, vedie v modernej ekonomike. Preto vidíme miliardové stávky, medzinárodné súboje o talenty a materiály a závratné inovácie naraz.
Pre bežnú verejnosť sa toto všetko môže zdať vzdialené – až kým to tak nie je. Nedostatok čipov môže spôsobiť, že autá budú drahšie alebo že niektoré zariadenia nebudú dostupné; zmena politiky môže rozhodnúť o tom, či bude mať ďalší smartfón revolučný procesor alebo zaostávajúci. Dobrou správou je, že počas roku 2024 a aj v roku 2025 prúdia investície na posilnenie a znovuvynájdenie dodávateľského reťazca, na obzore sú vzrušujúce nové technológie a odborníci z odvetvia spolupracujú na riešení úzkych miest od litografie až po vzdelávanie pracovnej sily. Príbeh výroby polovodičov je skutočne príbehom neustáleho znovuvynaliezania – práve keď sa zdá, že narážame na limit, inžinieri nájdu novú cestu (či už ide o 3D čipy, EUV alebo niečo, čo ešte len príde).V nasledujúcich rokoch si všímajte niekoľko vecí: Prinesú americké a európske projekty tovární rýchle výsledky? Dosiahne Čína svoje ambiciózne ciele sebestačnosti napriek sankciám? Budú nástupcovia Moorovho zákona, ako sú čipletové architektúry, naďalej prinášať výkonnostné zisky? Stane sa odvetvie ekologickejším a priláka rozmanité talenty? Odpovede ovplyvnia nielen technológie, ktoré používame, ale aj geopolitickú a ekonomickú krajinu 21. storočia.
Jedno je isté: tieto drobné čipy sa stali obrovskými z hľadiska významu. „čipové vojny“ a preteky v kremíku budú pokračovať, no ideálne prostredníctvom konkurencie, ktorá poháňa inovácie, a spolupráce, ktorá zabezpečuje stabilitu. Nakoniec získa každý spotrebiteľ aj každá krajina, ak zostane ekosystém polovodičov živý, bezpečný a udržateľný. Ako sme videli, bude to vyžadovať šikovné zvládnutie všetkého od atómov až po obchodné politiky. Svet sleduje – a investuje – do tohto sektora ako nikdy predtým.
Pre tých, ktorí sa chcú dozvedieť viac alebo sledovať novinky, tu sú niektoré verejné zdroje a ďalšie čítanie o výrobe polovodičov a trendoch v odvetví:
- Semiconductor Industry Association (SIA) – State of the Industry Reports: Podrobné každoročné správy s najnovšími údajmi o predaji, investíciách a aktualizáciách politík deloitte.com.
- Deloitte’s Semiconductor Outlook 2025: Analýza trhových trendov vrátane vplyvu dopytu po AI, nedostatku talentov a geopolitiky deloitte.comdeloitte.com.
- „Chip War“ od Chrisa Millera: Veľmi odporúčaná kniha, ktorá poskytuje historický kontext rivality USA a Číny v oblasti polovodičov a vysvetľuje, ako sme sa sem dostali.
- EE Times a Semiconductor Engineering: Odborné publikácie, ktoré denne informujú o technologických prelomoch, problémoch v dodávateľskom reťazci a plánoch firiem – skvelé na sledovanie vývoja procesov 3nm/2nm, nových architektúr čipov a pod.
- Správy Svetového ekonomického fóra & Ceres o udržateľnosti polovodičov: Tieto sa zaoberajú environmentálnym dopadom a opatreniami na riešenie problémov s vodou a energiou pri výrobe čipov weforum.org, blog.veolianorthamerica.com.
- Webové stránky a blogy spoločností (TSMC, Intel, ASML): Mnohé popredné firmy zverejňujú vzdelávacie materiály alebo novinky (napr. Intelove ciele RISE 2030 v oblasti udržateľnosti, technické brífingy ASML o EUV).
Sledovaním týchto zdrojov môžete v reálnom čase pozorovať drámu výroby polovodičov – drámu, ktorá spája špičkové inovácie s globálnou stratégiou s vysokými stávkami. Nie je prehnané povedať, že budúcnosť bude poháňaná čipmi, a preto je pochopenie tejto oblasti čoraz dôležitejšie pre každého, kto je zvedavý, kam smeruje svet.
Polovodiče môžu byť malé, ale nesú váhu moderného sveta – a teraz sme poodhalili, ako sa vyrábajú, kto ich vyrába a prečo sa stali stredobodom vzrušenia aj napätia na globálnej scéne. steveblank.com
___________________________________________________
Výhľad polovodičového priemyslu na rok 2025 | Deloitte Insights
Budovanie udržateľnej cesty vpred pre polovodičový priemysel
Steve Blank Polovodičový ekosystém – vysvetlené
Čo je polovodič a na čo sa používa? | Definícia od TechTarget
Pochopenie CHIPS, časť prvá: Výzva výroby polovodičov | Bipartisan Policy Center
Najväčšie krajiny vyrábajúce polovodiče v rokoch 2020-2030: Štatistiky produkcie a exportu | PatentPC
Zákon o čipoch EÚ v hodnote 43 miliárd € dostal zelenú. – TechHQ
Zákon o čipoch: Rada dáva svoje konečné schválenie – Consilium.europa.eu
Premena výziev na príležitosti v globálnom polovodičovom …
TSMC oceňuje japonské čipové zručnosti po zlyhaniach USA, tvrdia zdroje | Reuters
Pochopenie CHIPS, časť prvá: Výzva výroby polovodičov | Bipartisan Policy Center
Posun k čipletom: Vyvíjajúce sa štandardy rozhraní a komerčné …
Programy CHIPS R&D – Asociácia polovodičového priemyslu
Koniec Moorovho zákona nespomalí tempo zmien
Globalizácia sa skončila, tvrdí zakladateľ TSMC • The Register
Generálny riaditeľ ASML tvrdí, že snaha USA obmedziť export do Číny je „ekonomicky motivovaná“ | Reuters
Správa o stave odvetvia 2025: Investície a inovácie uprostred …
Pochopenie CHIPS, časť prvá: Výzva výroby polovodičov | Bipartisan Policy Center
Tretina (32 %) z predpokladaných 1 bilióna USD dodávok polovodičov …
Výroba polovodičov a vodná výzva veľkých technologických firiem | Svetové ekonomické fórum
Budovanie udržateľnej cesty vpred pre polovodičový priemysel
Výroba polovodičov a vodná výzva veľkých technologických firiem | Svetové ekonomické fórum
TSMC dosiahlo dohodu s arizonským odborovým zväzom o projekte továrne na čipy za 40 miliárd dolárov
