Jan T. Grusznic, a&s Polska

Rok 2021 dla polskiej branży zabezpieczeń technicznych to czas ciągłej walki z wydłużającymi się terminami dostaw, wyzwań związanych z wprowadzaniem zamienników produktów w trakcie realizacji projektu i odbudowy lokalnych stoków magazynowych. Nagłe zmiany wywołane pandemią obnażyły wiele słabości światowej gospodarki i globalnych łańcuchów dostaw, które posypały się w najmniej spodziewanym momencie. Jedną z tych słabości okazały się twarde realia rynku produkcji układów scalonych oraz uzależnienie rynków od stopnia skomplikowania otaczających nas urządzeń i rosnącego na nie zapotrzebowania.

Półprzewodniki – produkty względnie proste składające się w głównej mierze z przetworzonego piasku (a właściwie krzemu, pierwiastka powszechnego na Ziemi, w dodatku o niezwykłych właściwościach), a jednocześnie produkowane w laboratoryjnych warunkach z użyciem technologii tak precyzyjnych, że kilka zbłądzonych cząsteczek kurzu może doprowadzić do zniszczenia milionów układów scalonych¹.

Półprzewodniki stały się wszechobecne w otaczającym nas świecie i są kluczowym komponentem każdej współczesnej techniki – od aut (w pojazdach z sinikiem spalinowym zainstalowane jest od 50 do 200 różnych chipów, a w autach hybrydowych i elektrycznych dochodzi do 3500²), komputerów, kamer, elementów systemów kontroli dostępu i sygnalizacji włamania, AGD po szczoteczki do zębów, sygnalizację świetlną, etykiety w sklepach czy żarówki. Układy scalone stanowią podstawę wszystkich tzw. inteligentnych urządzeń, z których korzystamy każdego dnia. Niespodziewanie szybkie odbicie gospodarek całego świata po pierwszych lockdownach, a także puste magazyny komponentów wynikające ze zmniejszenia produkcji i wyprzedaży na początku pandemii spowodowały, że ograniczona liczba fabryk potrafiących wyprodukować zaawansowane technologicznie układy mierzy się obecnie z ogromnym zapotrzebowaniem.

Zaburzone przez pandemię łańcuchy dostaw, które najpierw się załamały, później zaś nastąpił proces ich szybkiej odbudowy, wywołały chaos, który przełożył się na długie terminy oczekiwania i znaczącą podwyżkę cen (niekiedy nawet 10-krotną). Na domiar złego koncentracja produkcji półprzewodników w Azji³ (rys. 1) nie pomaga w szybkim rozwiązaniu problemu.

Większość firm zabezpieczyła się przed najgorszym (np. BCD właściciel marki BCDVideo), natomiast mało kto był przygotowany na nagłą i gwałtowną poprawę koniunktury. Szacuje się, że obecna różnica między podażą a globalnym popytem na półprzewodniki wynosi nawet 20%. W efekcie koncerny motoryzacyjne są zmuszane wstrzymywać produkcję aut, skracać wymiar pracy i podejmować decyzje, które modele nie trafią na rynek. Martwią się również m.in. producenci elektronicznych systemów zabezpieczeń, którzy o miejsce w kolejce muszą konkurować m.in. z producentami komputerów i smartfonów płacących o wiele lepiej.

Popyt przerasta podaż i wszyscy stoją po ten sam towar w kolejce. W 2011 roku przyczyną tego stanu rzeczy było trzęsienie ziemi w Japonii, które odbiło się na światowym przemyśle elektronicznym, gdy doszło do uszkodzeń w wielu fabrykach i utraty zdolności produkcyjnej przez 53 zakłady (łącznie 130 linii produkcyjnych)⁴. Dlaczego zwiększenie produkcji, jak o to wnioskował u jednego z producentów Peter Altmaier, niemiecki minister gospodarki, nie jest takie łatwe?⁵

Żeby właściwie pokazać przyczynę obecnych kłopotów, należy zacząć od „wafla”, czyli gładkiej, okrągłej płytki wyciętej najczęściej z monokryształu krzemu. Jednym z najważniejszych kroków, kiedy krzemowe wafle zamieniają się w zdolne wykonywać miliardy operacji na sekundę mikroukłady (chipy), jest fotolitografia, czyli rzeźbienie światłem. Proces wymaga tak ogromnej precyzji (typowo 10 nm – dla przykładu włos ludzki ma ok. 400 µm, czyli 40 tys. razy więcej) i zaawansowania technologicznego, że maszyny potrzebne do wytwarzania tych najbardziej skomplikowanych układów produkuje tylko jedna firma na świecie, holenderskie ASML (Advanced Semiconductor Materials International). Natomiast garstka producentów mających do nich dostęp decyduje o tym, co i w jakich ilościach będzie produkowane⁶. TSMC (Tajwan) wraz z Samsungiem (Korea), UMC (Tajwan), Global Foundries (USA) i SMIC (Chiny) kontrolują 93% światowego rynku produkcji półprzewodników (rys. 2). Taką pozycję firmy te uzyskały głównie dzięki standaryzacji współczesnych chipów, co pozwoliło na całkowite lub częściowe zlecanie produkcji na zewnątrz.

Jednocześnie ich produkcja to biznes wymagający stalowych nerwów – zarobek jest uzależniony od dużej skali działalności, bardzo kosztownych inwestycji i czasu. Często połowa przychodów jest przeznaczana na rozbudowę linii produkcyjnych i dotrzymanie tempa rozwoju technologii (TSMC w ub. roku wydał na inwestycje 17 mld dol. i planuje w ciągu trzech lat przeznaczyć 100 mld dol. na zwiększenie mocy produkcyjnych, Samsung zaś zamierza wydać 116 mld dol. w ciągu dekady na nowe odlewnie)⁷ – wielu producentów nie wytrzymuje tego wyścigu.

Problemy wynikające z takiej sytuacji dostrzegli nie tylko liderzy korporacji, ale także przywódcy polityczni. Półprzewodniki, nazywane „ropą naftową XXI wieku”, to produkt, który już dzisiaj wpływa na globalny układ sił, a trwający kryzys zmusił światowe potęgi do szybkich i zdecydowanych działań. Jak zauważa prof. Włodzisław Duch⁸, obecnie trwający kryzys pokazał, że pierwszym odbiorcą ograniczonej liczby produktów są bogate kraje. W dobie kryzysu kraje słabe technologicznie są ostatnie w kolejce. Stąd wielomiliardowe plany wsparcia, mające uodpornić rodzime rynki i zapewnić krajom dostęp do tego strategicznego zasobu zostały w ostatnim czasie ogłoszone w Chinach, USA i Unii Europejskiej (której ambicją jest posiadanie 20% udziału w rynku do 2030 r.)⁹.
Liderzy 20 europejskich krajów (w tym Polska) sygnowali w grudniu 2020 r. deklarację „Europejskiej inicjatywy na rzecz procesorów i technologii półprzewodnikowych”. Jej celem jest zapewnienie niezależnego dostępu do różnych dóbr strategicznych oraz rozwoju tradycyjnych gałęzi przemysłu.

Korea Płd. jest stawiana za wzór zarządzania rodzimą gospodarką i odporności na globalne zawirowania, co stało się możliwe głównie ze względu na kontrolowanie wszystkich elementów łańcucha wartości¹⁰:

1. produkcji nieskomplikowanych elementów,
2. produkcji elementów zaawansowanych technologicznie,
3. wytwarzania produktów gotowych.

W efekcie urządzenia koncernów koreańskich są dostępne niemal od ręki. W obecnej sytuacji wygrywają te kraje, które kontrolują łańcuch wartości (od surowców po gotowe produkty)i, mają know-how, edukację na odpowiednim poziomie i innowacyjność – Koreańczycy na tym polu ewidentnie wygrywają¹¹.

Zdaniem ekspertów kryzys może jeszcze potrwać. Jeśli miałby się skończyć przed świętami Bożego Narodzenia, to raczej w 2022 niż 2021 roku. Najwięksi producenci mikroprocesorów (TSMC oraz Samsung) rozpoczęli już inwestycje w rozwój mocy produkcyjnych, jednak ich efekty będą widoczne dopiero po pewnym czasie. Przy dużej sztywności podaży dalszy rozwój sytuacji będzie więc zależeć przede wszystkim od kondycji globalnego popytu w najbliższych miesiącach. Jeśli pozostanie mocny, koniec kryzysu zaopatrzeniowego półprzewodników zobaczymy zapewne dopiero w 2023 roku¹².

Literatura:
¹ https://itwiz.pl/na-swiecie-brakuje-procesorow-dlaczego-powstala-luka-podazowa-na-rynku-polprzewodnikow/ 28/11/2021
² https://www.obserwatorfinansowy.pl/bez-kategorii/rotator/brak-chipow-ograniczy-produkcje-aut/ 28/11/2021
³ Dane Boston Consulting Group i Semiconductor Industry Association pokazują, jak bardzo w ostatnich dekadach produkcja chipów oddaliła się od tradycyjnych ośrodków, w tym Japonii. W 1990 roku Japonia, Europa i Stany Zjednoczone dominowały w produkcji półprzewodników, ale wraz z wejściem na rynek Korei Południowej, Tajwanu i Chin kontynentalnych, te trzy pierwsze lokalizacje w 2020 r. odpowiadały za zaledwie około 35 proc. rynku. Trend spadkowy ma kontynuować do 2030 roku.
⁴ https://elektronikab2b.pl/biznes/13078-kataklizm-przerwal-ciaglosc-lancucha-dostaw-polprzewodnikow 28/11/2021
⁵ https://www.reuters.com/article/taiwan-autos-chips-idUSL1N2JZ04I 25/11/2021
⁶ https://itwiz.pl/na-swiecie-brakuje-procesorow-dlaczego-powstala-luka-podazowa-na-rynku-polprzewodnikow/ 28/11/2011
⁷ https://forsal.pl/biznes/przemysl/artykuly/8137281,producenci-chipow-z-wiekszym-sladem-weglowym-niz-stare-przemysly.html 27/11/2021
⁸ Polski naukowiec, profesor nauk fizycznych specjalizujący się w informatyce stosowanej, neuroinformatyce, sztucznej inteligencji, uczeniu maszynowym, kognitywistyce i neurokognitywnych technologiach; w latach 2014–2015 podsekretarz stanu w Ministerstwie Nauki i Szkolnictwa Wyższego
⁹ https://www.extremetech.com/computing/320563-eu-wants-20-percent-of-semiconductor-manufacturing-by-2030 27/11/2021
¹⁰ Według Michaela E. Portera to sekwencja działań podejmowanych przez firmę, aby opracować, wytworzyć, sprzedać i dostarczyć produkt, a następnie świadczyć usługi posprzedażowe.
¹¹ https://raportostanieswiata.pl/w-powiekszeniu/swiat-cyfrowy/ podcast z 6 listopada 2021 z Jakubem Chabikiem
¹² https://tvn24.pl/biznes/tech/kryzys-na-rynku-polprzewodnikow-najwiekszy-od-dekad-5453518, 28/11/2021

Jan T. Grusznic z-ca red. naczelnego „a&s Polska”. Z branżą wizyjnych systemów zabezpieczeń związany od 2004 r. Ma bogate doświadczenie w zakresie projektowania i wdrażania rozwiązań dozoru wizyjnego w aplikacjach o rozproszonej strukturze i skomplikowanej dystrybucji sygnałów. Ceniony diagnosta zintegrowanych systemów wspomagających bezpieczeństwo.