Krize křemíku: Jak (ne)funguje celosvětová továrna na čipy

Nejde jen o počítače – s technologickým vývojem se čipy staly nedílnou součástí téměř veškeré elektroniky. Nemusí tak chybět jen špičkové procesory, nedostatek potkal i jednodušší čipy. Svůj kousek křemíku totiž potřebuje každá trochu chytřejší funkce v autě. Například Škoda na několik týdnů přerušila výrobu, jinak by jí z pásů sjížděly jen hloupé vozy. A nakonec jde i o ty počítače a mobily, které jsou samozřejmě čipy prošpikované.

Celé to začalo nenápadně někdy v roce 2020. První známky nedostatku byly patrné u grafických karet kvůli těžbě kryptoměn. To by samo o sobě nejspíše ke krizi nevedlo, stěžovali si totiž prakticky jen počítačoví hráči, kterým herní výbavu vykupovali těžaři. Časem by sice mohly začít chybět i komponenty využívané kromě grafik i jinde (paměti jsou taky čipy), faby by byly více vytížené právě pro jejich výrobu a nestíhali jiné zakázky.

Ale tohle by ještě velký nedostatek nezpůsobilo. Dnes to ale samozřejmě vůbec nepomáhá. Velké problémy způsobila také vzpříčená loď Ever Given v Suezském průplavu, která zbrzdila celosvětovou dopravu a logistiku zboží o týdny.

Vzpříčení nákladní lodi v Suezu předznamenalo budoucí problémy s logistikou (zdroj: NASA, Public Domain)

Výrazně větším problémem se stal nástup pandemie a celosvětový lockdown. Teprve ten znamenal výrazné narušení logistického řetězce. Výrobci si navíc tak trochu říkali, že s krizí přijde pokles poptávky a připravovali snížení výroby, jenže se stal pravý opak. S pokračující pandemií pak bylo také složité zajišťovat překlad nákladu v přístavech, kdy chyběli dělníci i řidiči.

Návrat na běžné hodnoty dodávek (nejen) čipů se očekával v řádu měsíců či let, do toho však zpomaluje světová ekonomika a vypukla válka. Vyhlídky nejsou dobré.

Samotné továrny sice vyrábějí zhruba stejné množství, potíž je ale v rostoucí poptávce a poškozené logistice. S rostoucí životní úrovní chtějí mít svou „pračku s mikroprocesorem“ i lidé z dříve chudých zemí. Poptávka po čipech roste stejně rychle, jako klesá schopnost jich dost vyrobit a přivézt. Většina čipů se totiž vyrábí v Asii a není je jak přivézt (ne tak, jak bychom očekávali). Občas dokonce firmy využívají i vlak (pomalý) nebo letadlo (velmi malá kapacita).

Čipy se vyrábějí ve velkých drahých komplexech a většina jich je na Tchaj-wanu, kde sídlí i největší výrobce čipů na světě, společnost TSMC. Těmto „továrnách“ se říká faby a své má i Samsung v Koreji nebo s nižší kapacitou pak Intel v USA či Irsku. Mnoho velkých výrobců včetně Applu si nechává své čipy vyrábět právě u TSMC či Samsungu. Dalším významným výrobce je Globalfoundries, což je mezinárodní společnost se sídlem na Kajmanských ostrovech a faby po celém světě.

Pak jsou zde desítky menších fabů, respektive továren na jednodušší čipy s méně miniaturním výrobním procesem. Ty už jsou běžně rozmístěné po pevninské Číně, která pokročilé čipy zatím neumí a Tchajwanci nedají tyto technologie z ruky.

Wafer: polotovar při výrobě čipů (zdroj: Intel)

Výrobce čipů najdete i v Česku – třeba v Rožnově pod Radhoštěm vyrábí bývalá Tesla (nyní pod novým jménem jako společnost Onsemi) čipy pro auta nebo letecký průmysl. Na pokrytí poptávky to samozřejmě zdaleka nestačí. Objevují se tak snahy postavit v Evropě a USA další faby kvůli snížení závislosti na logisticky vzdálené Asii.

Jenže postavit další fabriky potrvá roky a jejich cena se počítá v miliardách dolarů. Provoz fabu musí být extrémně čistý a každé smítko prachu znamená problém. S přechodem na novější generaci čipů s miniaturnější strukturou tranzistorů pak nestačí jen vyměnit pár strojů, spíše můžete začít stavět znovu. Fab navíc musí postavit někdo, kdo na to má technologie. Právě TSMC se dlouho bránilo stavět mimo domovský Tchaj-wan, ale nyní už bude vyrábět pokročilé čipy i v Arizoně.

Aby se taková investice navíc vrátila, musí pak faby produkovat čipy po nějakou dobu, jenže co když se aktuální výpadek zasytí a poté továrna pojede na půl směny? Stavba nových fabů je strategické rozhodnutí na úrovni jaderné elektrárny a vlády zemí takovou investici vítají a všemožně ji podporují (nebo by měly).

Velkým firmám se ani nevyplatí stavět vlastní faby a nechávají si čipy vyrábět u jiných. Nejlepším příkladem je Intel, který má díky svým továrnám určité výhody, ale také mu to přináší komplikace.

TSMC i ostatní mají nyní nějakou konečnou kapacitu a pro koho budou čipy vyrábět, to záleží na dohodě i vyjednávací pozici firem. Třeba Apple má u TSMC trochu přednost, ale prostor dostávají všichni. Byť ne v takových objemech, jaké by si představovali.

Fab společnosti Globalfoundries v Německu (zdroj: Wiki Commons)

Pak je tu Samsung, který se zase může rozhodovat, kolik kapacity využije pro své čipy a kolik nechá ostatním. A desítky menších výrobců, kteří zvládají jen jednodušší čipy na úrovni dvacet let starého Intel 386.

Problémem však mohou být i suroviny, protože například neon se téměř výhradně vyrábí v oblasti ukrajinského Donbasu. Potřeba je ne přímo do čipů (tam stačí s nadsázkou křemík), ale do litografických strojů, které čipy vyrábějí. Ještě horší je to s palladiem, jehož většina se těží v Rusku.

Vyrábět více čipů a rychleji je vozit přes půl světa, nebo je rovnou vyrábět v Evropě? Ani jedno v brzké době nenastane, i když snahy tu jsou. Spíše však strategické povahy, než že by dokázaly pokrýt nynější obrovskou poptávku.

Ač se to nezdá, pravděpodobné je nyní spíše snížení poptávky. Bude ještě chvíli trvat, než se to projeví, ale po pandemii „homeofficu“ se trh přeci jen hodně nasytil. Zároveň můžeme z dodávek čipů škrtnout Ruský trh.

Nedostatek některých druhů hardwaru možná brzy vystřídá přebytek a velké firmy jako AMD i Nvidia již revidují své objednávky čipů u TSMC. Zrušit je spíše nemohou, ale lze je rozprostřít do delšího období.

U jednodušších čipů pro průmysl je to s odhadem složitější, ale jejich výrobců je zase více. Možná největší otazník visí nad strategickými surovinami typu neon a palladium, které lze nahradit ještě hůře než ropu a plyn.