Nikkei- Миф об устойчивости: фатальные недостатки в стремлении обеспечить безопасность цепочек поставок чипов

В знойной Азии в середине июня Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. срочно отправила группу в Японию, чтобы посетить некоторых поставщиков оборудования компании. Почему эти компании заявили, что не могут вовремя поставить жизненно важное оборудование? TSMC - крупнейший в мире производитель чипов, и ее поставщики всегда из кожи вон лезли, чтобы предоставить то, что требовала могущественная компания, но впервые их встретили извиняющимися сообщениями.

Ситуация была крайне деликатной. TSMC находится в самом разгаре 100-миллиардного расширения, подстегиваемого правительствами после прошлогодней тревожной нехватки важнейших чипов. Но тайваньский гигант обнаружил, что его собственные цепочки поставок страдают от узких мест, затрагивающих самые разные изделия - от линз такой точности, что они могут сфокусировать лазерный луч на шарике для пинг-понга на Луне, до, казалось бы, обыденных клапанов и трубок.

Июньская командировка последовала за аналогичной поездкой главы компании по управлению цепочкой поставок Джей Кей Лина и целевой группы в США в марте, чтобы выяснить, почему доставка заказанных TSMC станков для производства микросхем занимает до 18 месяцев.

В Японии поставщики, включая Tokyo Electron, крупнейшего в стране производителя оборудования для производства микросхем, и Screen Semiconductor Solutions, сообщили TSMC, что они могут не уложиться даже в обещанные сроки поставки, сообщили Nikkei Asia источники, знакомые с ходом непростых встреч.

Screen - одна из немногих компаний в мире, производящих машины для химической очистки, которые жизненно необходимы на заводах по производству микросхем, - перечислила список компонентов, которые ей было трудно получить из собственной цепочки поставок. Клапаны, трубки, насосы и контейнеры из специального пластика - все это в дефиците.

Проблемы каскадируют от поставщика к поставщику и затрудняют решение глобальной проблемы нехватки чипов - "сердец" и "мозгов", которые питают электронные устройства - от ПК и смартфонов до автомобилей.

Эти трудности подчеркивают ряд неудобных истин не только для TSMC, ее конкурентов и поставщиков, но и для политиков по всему миру. На фоне торговой напряженности между США и Китаем и сбоев в связи с пандемией правительства Китая, США, Европы и других стран приняли решение о размещении на свой территории производства полупроводников. Так называемая устойчивость цепочки поставок стала центральной целью политики. Но такая устойчивость - это миф.

Эти новые национальные усилия подкрепляются огромными субсидиями и государственными инвестициями. Ожидается, что в конце июля Сенат США проголосует по закону «О чипах» стоимостью 52 миллиарда долларов. Правительство Японии поддержит компанию TSMC в размере 476 миллиардов иен (3,5 миллиарда долларов), чтобы впервые построить там завод.

Проблема в том, что эти усилия затрагивают лишь видимую часть цепочки поставок полупроводников. За производством чипов стоит целая сеть поставок оборудования и других товаров, включающая сотни видов сырья, химикатов, расходных материалов, газов и металлов, без которых не может функционировать умопомрачительно точный процесс производства чипов. Китай направляет 1,5 триллиона юаней (222 миллиарда долларов США) государственных и частных инвестиций на воспроизведение цепи поставок микросхем в пределах своих границ, но пока результаты скромные.

Если раньше глобализированная полупроводниковая промышленность работала бесперебойно в десятках стран, то попытки воспроизвести эту архитектуру внутри отдельных стран или регионов выявили и усугубили узкие места в цепочке поставок, согласно результатам расследования Nikkei Asia и интервью с более чем двумя десятками руководителей отрасли из крупнейших экономик США, Европейского союза, Тайваня и Японии, проведенных за последние пять месяцев. В то же время, есть вопросы относительно долгосрочной мудрости этой политики, и опасения по поводу того, что многие из этих заводов, если их удастся запустить, в конечном итоге будут простаивать.

Джей Ти Хсу, руководитель отдела полупроводников и материалов в Boston Consulting Group, сказал, что даже цель достижения 70%-80% самообеспеченности является "чрезвычайно трудной". ... Для любой страны или региона может быть крайне сложно обеспечить все фронты".

"Это не только заводы, которые производят чипы, но и все, что туда входит", - сказал Йенс Либерманн, глава глобального управления бизнесом полупроводников и электронных материалов в BASF, немецкой химической группе. "Все материалы, химикаты, газы и сырье для них. Все должно быть на месте. Все сводится к тому, где источник, где сырье, где производство, и кто может справиться с логистикой?".

Моррис Чанг, старейшина полупроводниковой промышленности, который основал и ранее возглавлял компанию TSMC, выразился наиболее прямолинейно в своем выступлении, адресованном США.

"Если вы хотите восстановить полную цепочку поставок полупроводников в США, вы не сможете решить эту задачу", - сказал он на отраслевом форуме в прошлом году. "Даже после того, как вы потратите сотни миллиардов долларов, вы все равно обнаружите, что цепочка поставок неполная, и вы обнаружите, что она будет очень дорогостоящей, намного дороже, чем то, что вы имеете сейчас".

Узкие места вверх по течению

Несмотря на то, что они могут показаться незначительными, эти клапаны, трубы, трубопроводы, насосы и контейнеры являются примером сложности - и они сводят руководителей с ума.

"Я не шучу! Мы до сих пор получаем клапаны и трубки, которые мы заказали более года назад", - сказал Nikkei один из руководителей тайваньского поставщика TSMC. "Открыв коробку, мы часто бываем очень шокированы. В коробке может оказаться всего 10 штук из заказанных 100 штук".

Поскольку лишь немногие специализированные поставщики могут соответствовать стандартам защиты от загрязнения и справляться с бюрократией при производстве изделий, которые также могут использоваться в военных целях, увеличение мощностей оказалось непростой задачей, особенно в условиях ограниченных поставок сырья для их производства.

Эти изделия изготавливаются из специальных пластмасс, называемых фторполимерами, и незаменимы при работе с агрессивными химикатами и ультраочищенной водой, используемой на всех предприятиях по производству чипов и станков для их изготовления, где стандарты все время повышаются и повышаются.

Самые передовые чипы, используемые, например, для создания новейших процессоров iPhone и MacBook, сейчас находятся на 5-нанометровом уровне. Нанометр - это примерно 1/100 000 толщины листа бумаги или человеческого волоса. Чем меньше размер нанометра, тем современнее и мощнее чипы, а значит, сложнее их разработка и производство. В свою очередь, производителям микросхем необходимо разместить на чипе миллиарды транзисторов. Допустимый уровень дефекта или микрозагрязнения крайне низок.

"Размер вируса COVID составляет около 100 нанометров", - сказал Nikkei Кевин Горман, старший вице-президент по интегрированной трансформации цепочки поставок немецкой компании Merck Electronics, - "Из этого можно понять, насколько тонкой является работа по производству чипов и почему все материалы являются критически важными".

Когда речь идет о клапанах и трубках полупроводникового класса для работы с химикатами, очень важно, чтобы они не стали источником загрязнения. Согласно анализу Nikkei Asia, лишь несколько поставщиков во всем мире имеют возможность обеспечить выполнение строгих требований. CKD и Advance Electric из Японии и Entegris из США являются квалифицированными поставщиками клапанов; Iwaki из Японии - доминирующий поставщик насосов для перекачки химических веществ; промышленные источники называют Agru из Австрии и Georg Fischer из Швейцарии основными поставщиками критически важных трубопроводных систем для заводов по производству микросхем.

Вассенаарские договоренности, многонациональное соглашение, подписанное более чем 40 странами, чтобы избежать поставок таких компонентов в страны-изгои для военного использования, добавляют бюрократическую волокиту, которая является еще одним барьером для новых участников.

Если проследить цепочку поставок вверх по течению, то возникнут дополнительные препятствия, связанные с фторполимерами, из которых изготавливаются эти компоненты. Один из таких материалов, известный как PFA, поставляется только американской компанией Chemours и японской Daikin Industries. Для его переработки требуется обширное ноу-хау, и конкурентов на горизонте не предвидится.

Среди других ключевых производителей фторполимерных материалов - бельгийская компания Solvay, американская 3M, индийская Gujarat Fluorochemicals и российская HaloPolymer. Но не все они обладают достаточной квалификацией для производства материалов полупроводникового класса, и им приходится поставлять продукцию в широкий спектр других отраслей промышленности, помимо технологического сектора. Источники из России сократились из-за перебоев и санкций, вызванных войной на Украине.

Хсу Чунь-юань, директор по развитию бизнеса компании United Integrated Services, ведущего производителя чистых помещений для TSMC и конкурирующего чипмейкера Micron Technologies, сообщил Nikkei, что "источники фторполимеров ограничены", а "спрос вырос как со стороны чипов, так и со стороны аккумуляторной промышленности, что вызвано бумом электромобилей".

А дальше по течению? Фторполимеры перерабатываются из плавикового шпата, также известного как флюорит, минерала, почти 60% мирового производства которого контролирует Китай согласно данным компании IndexBox, занимающейся исследованием рынка. Китай давно считает плавиковый шпат стратегическим ресурсом и еще в конце 1990-х годов ограничил его экспорт из-за его важности для различных отраслей промышленности - от сельского хозяйства, электроники и фармацевтики до авиации, космоса и обороны. Этот минерал часто называют "полуредкоземельным".

По данным IndexBox, Мексика является вторым по величине производителем плавикового шпата с примерно 10,8% рынка в прошлом году, за ней следуют Монголия и Южная Африка. В Европе Болгария и Испания вместе контролируют около 5% мирового рынка. В документе по обзору цепочки поставок, опубликованном Белым домом в 2021 году, США отметили риски критических материалов, подверженных иностранному доминированию, и определили плавиковый шпат как "дефицитный стратегический и критический материал"". В докладе не указывалось на его глубокую связь с производством чипов. В нем говорится, что увеличение источников критических минералов, укрепление запасов и наращивание мощностей по производству, переработке и утилизации в Северной Америке может привести к меньшему количеству сбоев во время "будущих мировых кризисов".

Аналогичные проблемы возникают при обращении с такими газами, как неон, используемый в литографии, и C4F6, фторсодержащий газ, используемый в травлении. Оба эти газа поставляются в основном из Украины или России, поставки были нарушены в результате войны. Оборудование для их транспортировки также является высокоспециализированным.

Только несколько компаний, включая люксембургскую Rotarex и японскую BBB Neriki Valve and Hamai Industries, имеют право поставлять клапаны сверхвысокой чистоты для газовых баллонов, которые используются в полупроводниковой промышленности, как показывает проверка цепочки поставок Nikkei Asia. Компания Rotarex контролирует почти 80% рынка и производит эти специфические изделия только в Люксембурге.

Клапаны, изготовленные из нержавеющей стали и других сплавов, должны пройти обширные процессы проверки и должны быть сертифицированы правительством из-за опасности утечек и взрывов. По словам некоторых руководителей отрасли в интервью Nikkei, новому участнику потребуется "от 10 до 20 лет", чтобы соответствовать стандартам и тестам различных государственных органов для сертификации.

Торговая напряженность, пандемия и война

Призыв к обеспечению устойчивости цепочки поставок чипов возник на фоне технологической войны между США и Китаем, когда администрация бывшего президента США Дональда Трампа в 2019 году наложила ограничения на китайского технологического чемпиона Huawei Technologies и заблокировала использование им американских технологий, особенно чипов, ссылаясь на национальную безопасность. Этот радикальный шаг подстегнул агрессивную общенациональную кампанию Китая во всех секторах экономики, направленную на снижение зависимости от США и создание безопасной, самоконтролируемой цепи поставок.

Движение за самодостаточность переросло в глобальную кампанию в конце 2020 года, когда беспрецедентный дефицит чипов остановил производство автомобилей и нанес ущерб широкому кругу отраслей, сдерживая глобальный экономический рост и угрожая рабочим местам. По данным Министерства торговли США, нехватка микросхем привела к снижению валового внутреннего продукта страны на 240 миллиардов долларов в 2021 году. Только автомобильная промышленность произвела на 7,7 млн. автомобилей меньше, чем годом ранее.

Война на Украине еще больше усилила требования к безопасности цепочек поставок. Война привела к росту цен на энергоносители, металлы, химикаты и важнейшие газы, в которых нуждаются многие поставщики микросхем. Это также усилило ощущение срочности.

Для большинства крупных экономик чипы необходимы для создания всего - от компьютеров и центров обработки данных до бытовой техники и автомобилей. Они играют центральную роль в борьбе за превосходство в космосе, науке, искусственном интеллекте и электромобилях, а также будут иметь решающее значение для военной и оборонной техники будущего. Передовые чипы являются неотъемлемой частью целого ряда важнейших возможностей национальной безопасности, "включая такие сложные системы вооружений, как противотанковые ракеты Javelin, которые США поставляют Украине для защиты от вторжения Путина", - отмечается в недавнем докладе Министерства торговли США.

На данный момент правительства пообещали выделить более 100 миллиардов долларов на субсидирование создания местных цепочек поставок чипов. Помимо американского закона «О чипах», ЕС принял закон о европейских чипах на 45 млрд. евро ($46 млрд.), Япония выделила 600 млрд. иен ($4,42 млрд.), а Индия создала программу финансирования сектора полупроводников и других технологических секторов на сумму $30 млрд.

Крупнейшие производители микросхем, от Intel, Micron и Texas Instruments в США до TSMC и южнокорейской Samsung Electronics, отдельно объявили о более чем 650 миллиардах долларов инвестиций. В их число входят несколько предприятий за пределами их родных баз. TSMC ведет строительство в США и Японии, Intel планирует расширяться в Европе и Юго-Восточной Азии, а Samsung планирует строительство в США. По оценкам SEMI, в период с 2020 по 2024 год в мире будет запущено около 91 нового завода по производству чипов.

Когда в начале этого года был принят закон о европейских чипах, президент Европейской комиссии Урсула фон дер Ляйен признала, что "ни одна страна - и даже ни один континент - не может быть полностью самодостаточным". Есть надежда, что те части цепочки поставок, которые не могут быть перенесены на сушу, по крайней мере, будут проходить через дружественные страны.

"Европа всегда будет работать над тем, чтобы глобальные рынки оставались открытыми и были связаны между собой. Это в интересах всего мира; это и в наших собственных интересах", - сказала она. "Европа будет строить партнерские отношения на чипах с партнерами-единомышленниками, например, с Соединенными Штатами или Японией. Речь идет о сбалансированной взаимозависимости и о надежности".

Министр финансов США Джанет Йеллен предложила "дружественный шоринг" в качестве компромиссной концепции. "Мы не можем позволить странам использовать свое положение на рынке ключевого сырья, технологий или продукции, чтобы иметь возможность нарушить нашу экономику или использовать нежелательные геополитические рычаги", - сказала она в апреле. "Давайте развивать и углублять экономическую интеграцию и эффективность, которую она приносит, на условиях, которые лучше подходят для американских рабочих. И давайте делать это со странами, на которые мы знаем, что можем рассчитывать".

Падение благосклонности Запада к России  показывает, что со временем альянсы могут меняться, а размолвки могут возникать даже между странами, якобы приверженными свободной торговле.

Во время торговой войны между Токио и Сеулом в 2019 году Япония ограничила экспорт фоторезистов, важнейшего химического вещества для производства микросхем, в котором доминируют японские поставщики, в Южную Корею.

По оценкам BCG, в цепочке поставок полупроводников существует не менее 50 "узких мест" в области инструментов проектирования, производства, упаковки, материалов и оборудования. Эти точки определяются как области, где 65% или более конкретного товара сосредоточено в одной стране или регионе.

По результатам исследования, США доминируют в производстве инструментов для проектирования микросхем и по меньшей мере 23 видов основного оборудования. Япония является лидером в производстве и разработке критически важных материалов, к которым относятся пластины, а также фоторезисты. Европа является лидером в производстве промышленного газа.

Литографическая машина для экстремального ультрафиолета (EUV), созданная исключительно компанией ASML из Нидерландов, является ярким примером того, как трудно поменять компонент в цепочке поставок микросхем. Иногда просто невозможно найти альтернативу.

EUV машина незаменима в производстве передовых чипов размером 7 нанометров и ниже, помогая проектировать сложные схемы интегральных схем в микромасштабе. Задержки в производстве препятствуют возможности добавления новых мощностей, удлиняя текущий кризис чипов и откладывая внедрение новых передовых чипов.

Компания ASML увеличила время ожидания для нескольких моделей до двух лет из-за ограничений на жизненно важные детали, включая оптические зеркала и линзы, сообщили Nikkei люди, знакомые с вопросом. Представитель компании признал некоторые задержки и сказал, что ограничения в отрасли были "очень разнообразными и охватывали множество поставщиков".

Создание EUV-излучения в вакуумной камере внутри машины является исключительно сложной задачей, и для ее решения немецкая компания Trumpf использует мощный лазерный источник, а другой немецкий партнер, специалист по оптике Zeiss Group, - систему зеркал для отражения и направления света.

Поскольку даже мельчайшие неровности вызывают аберрации, Zeiss может похвастаться тем, что его продукт является "самым точным" зеркалом в мире. "Если бы одно из этих зеркал EUV перенаправило лазерный луч и направило его на Луну, оно смогло бы попасть в шарик для пинг-понга на поверхности Луны", - сказал Nikkei генеральный директор компании Андреас Пехер. Zeiss и ASML работают вместе уже почти 30 лет.

Даже если ASML захочет укрепить свою собственную устойчивость цепочки поставок и будет искать других партнеров, потребуется не менее пяти-десяти лет совместных разработок, прежде чем будут получены первые результаты, сказали Nikkei несколько руководителей компании.

"На самом деле это практически не заменимо в ближайшие годы", - сказал Nikkei один из руководителей японского производителя линз.

Практически нет такой части процесса производства микросхем, которая не требовала бы глубокой специализации, и нет такой части цепочки поставок, которую можно было бы просто и быстро продублировать".

Химикаты и растворители, используемые на заводах по производству микросхем, должны соответствовать так называемому уровню чистоты, содержание примесей при которой измеряется в part-per-trillion (PPT) - одна частица на 1 триллион капель. Газы должны иметь чистоту до 99,9999% - так называемую 6N - когда речь идет о передовом производстве микросхем. Для кремниевых пластин, основных материалов подложки, на которых производятся чипы, все они должны иметь степень очистки 9N, или 99,9999999%, сказал Nikkei один из руководителей компании Wah Lee Industrial, занимающейся дистрибуцией материалов для чипов.

"Если вы хотите иметь устойчивую цепочку поставок чипов, вам нужны не только заводы по производству чипов, но и целая вереница поставщиков, начиная от важнейших химикатов и заканчивая точными компонентами", - сказал один из руководителей японской компании Daikin. "Строительство завода по производству полупроводников занимает несколько лет, а строительство химических заводов займет еще больше времени, учитывая обширную экологическую экспертизу и правила обращения с химикатами".

Долгий путь к оншорингу

Усилия Китая показывают, что практические трудности создания цепочки поставок чипов не могут быть преодолены путем вливания миллиардов долларов. Еще в 2014 году Пекин запустил первый этап инвестиционного фонда China Integrated Circuit Industry Investment Fund, прозванного "Большим фондом", выделив 138,7 млрд юаней ($20,7 млрд). Еще 204 миллиарда юаней последуют в 2019 году. Первый национальный фонд стимулировал более 500 млрд юаней инвестиций от частного сектора и местных органов власти; ожидается, что вторая фаза фонда привлечет еще 1 трлн юаней.

Китай действительно увеличил местное производство чипов - до 16,7% от своих внутренних потребностей в 2021 году с 12,7% десятилетием ранее, показывают данные IC Insights.

Математическое следствие того, что многие страны создают новые цепочки поставок микросхем, заключается в том, что мощности будут намного больше, чем реально требуется миру в целом.

Представители отрасли указывают на то, что эти инвестиционные планы зачастую являются неэкономичными, заявляя во многих случаях, что фабрики будут построены только при условии значительного субсидирования. Поскольку потребительские расходы на электронику, очевидно, резко замедляются, а в воздухе витают разговоры о рецессии, перспективы реального спроса на чипы, по крайней мере, в краткосрочной перспективе, внезапно становятся неопределенными.

Горман из Merck Electronics признал, что вопросы о том, смогут ли местные заводы достичь экономического масштаба, остаются нерешенными, но сказал, что локализация имеет смысл, если ключевые клиенты могут совместно взять на себя риски.

"Сохранение короткой линии поставок также лучше для нашей окружающей среды", - сказал он в интервью Nikkei. "Наши клиенты ... предпочтут местные поставки, чем те, которые должны пересекать международные границы".

Создание наземной цепи поставок чипсов - это "очень масштабный и долгосрочный путь", - сказал Nikkei Либерманн из BASF. "Это займет много времени и потребует больших затрат, и затраты будут оправданы только в том случае, если коэффициент использования этих новых заводов будет соответствовать спросу, а спрос достаточно высок".

Большинство руководителей отрасли считают, что долгосрочный рост спроса на чипы обеспечен, независимо от текущей экономической ситуации, поскольку повседневные предметы становятся все более связанными и сложными, а автомобили - электрическими и, в конечном счете, автономными. Доходы полупроводниковой промышленности, которые в 2021 году составили почти 600 миллиардов долларов, по широким прогнозам, к 2030 году достигнут 1 триллиона долларов.

"Если мы действительно верим, что отрасль достигнет $1 трлн... мы должны быть в состоянии обеспечить определенный уровень регионализации производства и иметь необходимые рычаги", - сказал Nikkei Бертран Лой, генеральный директор Entegris. "Но мы не сможем разместить производство повсюду и получить нужные рычаги. Мы инвестируем в некоторые страны, в некоторые продукты, но не во все страны для всех продуктов, потому что мы не можем себе этого позволить".

ASML считает, что региональные инвестиции "могут сосуществовать, если они связаны с глобальной экосистемой", сказал представитель компании. "Компартментализация ведет к субоптимизации, что приводит к повышению стоимости и замедлению инноваций для потребителей, компаний и правительств, которые полагаются на эти инновации".

Эпоха свободной торговли закончилась

Саймон Х.Х. Ву, президент San Fu Chemical, тайваньского поставщика химикатов для производства чипов, считает, что геополитические конфликты и торговые барьеры преобладают над глобализацией, на которой была построена индустрия чипов. "Сейчас больше не эпоха свободной торговли", - сказал он в интервью Nikkei, предупредив, что политики и промышленность не должны питать иллюзий относительно предстоящих трудностей.

Любая страна, контролирующая определенные природные ресурсы или ключевые технологии, захочет защитить и использовать эти ресурсы для получения экономических и политических выгод", - сказал Ву. Что могут сделать компании, так это искать союзников и партнеров для смягчения возможных сбоев в работе".

"Всегда есть что-то, что нужно импортировать и доставлять из другого места, страны или даже континента. Если у вас нет фосфатного сырья, как вы будете производить фосфорную кислоту? Если у вас нет плавикового шпата, как вы производите фторполимеры? В конце концов, вы не можете перенести все эти шахты и природные ресурсы ... по соседству".

Джей Ти Хсу, руководитель отдела полупроводников и материалов в BCG, сказал, что кризис производства чипов показывает, что настало время создать некоторые "избыточные" мощности, чтобы дать отрасли буфер для поглощения потрясений. "Однако, - сказал он, - практически невозможно и нереально, чтобы какая-либо страна или регион могли достичь точки 100%-ной самодостаточности, с точки зрения производства всего, что касается чипов, от начала и до конца. Это невозможно сейчас и вряд ли будет возможно в будущем".