Дефицит микросхем нарастает: необходимы чипы, чтобы делать чипы

Глобальный рынок полупроводников сегодня замедляется по множеству направлений — за редкими исключениями вроде серверного (высокопроизводительные процессоры, быстрая память) или автомобильного (управляющие чипы и иные полупроводниковые элементы). Подтверждение тому — фиксируемое аналитиками рынка снижение закупочных цен на микропроцессоры, что наблюдается едва ли не впервые с начала пандемии COVID-19.

Миру до сих пор остро недостаёт микросхем. Фото: unsplash.com

Вместе с тем чипмейкеры по всему миру сокращают для заказчиков отсрочки платежей и грозят поднять цены на свою продукцию в ближайшие кварталы — что со стороны выглядит нелогично на фоне глобального сокращения поставок смартфонов, ПК и иной высокотехнологичной продукции. На деле, однако, подоплёка происходящего — уникальное для всей истории ИТ-индустрии сочетание перенасыщенности складов микропроцессорами в восходящей цепочке поставок, с одной стороны, и всё более острой нехватки машин для изготовления полупроводников, с другой.

⇡#Кризис потребительского перепроизводства

Сами по себе микропроцессоры конечному покупателю и заказчику не нужны: ими востребованы оборудованные полупроводниковыми устройствами конечные устройства, вычислительная техника. Спрос же на неё в глобальном масштабе в последнее время снижается по множеству направлений. Так, в июне глава Acer Джейсон Чэнь (Jason Chen) посетовал на перенасыщенность складов — как самой компании, так и её партнёров в ИТ-канале — готовой продукцией, в первую очередь ноутбуками потребительского класса.

Ноутбуков на рынке стало вдруг слишком много. Фото: pexels.com

Если коммерческие модели мобильных ПК до сих пор востребованы по всему миру (играет роль продолжающееся возвращение «белых воротничков» с удалёнки в офисы), то ориентированные на частных покупателей ноутбуки реализуются с немалым трудом. Так, по оценке тайваньского индустриального издания Digitimes, складские запасы в канале у вендоров, предлагающих рынку ноутбуки в основном потребительского класса, в I кв. текущего года выросли относительно того же периода 2021-го на 26% — для Acer, на 79% — для ASUS, на 77% — для MSI и на 64% для Gigabyte.

Возвращение «белых воротничков» в офисы снизило спрос на домашние ПК. Фото: pixabay.com

Что же касается смартфонов, то за первые три месяца этого года их поставки по миру снизились, свидетельствует IDC, на 8,9% год к году. Ряд ведущих вендоров в последние месяцы серьёзно пересматривают намеченные на 2022 г. цели: так, если Samsung в начале года планировала до его завершения отгрузить партнёрам 334 млн смартфонов, то ближе к началу лета этот показатель был скорректирован, как утверждает издание Korea IT news, до 270-280 млн. При этом южнокорейская компания уже ввела на своих вьетнамских фабриках (ответственных за сборку до 60% всех смартфонов под её брендом) четырёх-, а для ряда сотрудников и трёхдневную рабочую неделю, а в случае дальнейшего снижения спроса не исключает принятия аналогичных мер на сборочных предприятиях в Индии (на те приходится 20-30% выпуска её смартфонов) и Бразилии (10-15%).

Без смартфона сегодня никуда, но менять эти гаджеты стали гораздо реже. Фото: unsplash.com

Марк Лю (Mark Liu), глава ведущего тайваньского и глобального чипмейкера TSMC, подтвердил ещё в конце марта ощутимое снижение потребительского интереса к ИТ-товарам, таким как смартфоны, ПК и даже телевизоры, — не в последнюю очередь из-за удорожания этих товаров на фоне сокращения покупательной способности масс даже в ведущих экономиках мира. При этом спрос со стороны коммерческих заказчиков — на высокопроизводительное серверное оборудование, элементы Интернета вещей и электронные компоненты для современных авто — продолжает оставаться высоким.

⇡#Чипмейкеры стригут купоны

Ещё в начале нынешнего года ИТ-эксперты по всему миру практически сходились в том, что нехватка полупроводников, особенно остро ощущавшаяся в 2021-м, в целом будет преодолена ко второй половине 2022 г. Однако уже в апреле-мае настроения кардинально изменились: так, глава Intel заявил, что дефицит микросхем продолжит терзать планету по меньшей мере до 2024 г. И это ещё до того, как — ближе к концу июня — стало понятно, что обещанные администрацией Байдена в начале года 52 млрд долл. на стимулирование организации новых микропроцессорных производств внутри США, скорее всего, выделены (по крайней мере, в полном объёме) не будут.

Впрочем, при всём уважении к Intel, важнейший центр компетенций в области процессоростроения располагается сегодня в Юго-Восточной Азии — и чипмейкеры со штаб-квартирами на Тайване, в материковой части КНР и в Южной Корее на протяжении последних нескольких кварталов чувствовали себя более чем уверенно. Уже упомянутый Марк Лю заверил не далее как в середине июня, что поставленная руководством TSMC цель — увеличить выручку (в долларах США) относительно уровня 2021-го по меньшей мере на 30% — непременно будет достигнута. В прошлом году, напомним, компания заработала почти на 25% больше, чем в 2020-м.

Процессоры сегодня обходятся заказчикам всё дороже. Фото: unsplash.com

Идти к намеченной цели господин Лю намеревается без лишних сантиментов: в том же июне TSMC уведомила своих заказчиков о сокращении стандартного срока оплаты заказа (до 15 суток с момента получения готовой партии товара вместо прежних 30) и о грядущем увеличении цен на готовую продукцию в среднем на 10% по всем новым контрактам. Samsung Electronics ещё в мае заявила о намерении поднять цены на предлагаемые заказчикам микросхемы на 10-20% — и, поскольку деваться большинству её заказчиков некуда, платить они наверняка будут.

Манипуляции с пластинами-заготовками для литографирования чипов внутри предприятия осуществляются с применением автоматизированных систем (изображение с сайта Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.)

Справедливости ради стоит отметить, что многие коллеги двух упомянутых уважаемых компаний наращивают выручку ещё более стремительными темпами. Так, по оценке Bloomberg, среди 20 быстрее всего набиравших обороты (в долларовом выражении) за последние 4 квартала чипмейкеров планеты 19 позиций занимают компании из КНР — а ведь всего год назад таковых в первой двадцатке насчитывалось лишь 8. Во многом этот рост обусловлен не столько увеличением объёмов производств, сколько удорожанием продукции — которому пока конца-края не видно.

Даже при полной автоматизации производства чипов экспертный контроль в «чистых комнатах» по-прежнему необходим. Фото: unsplash.com

По идее, период торжества сравнительно немногочисленных чипмейкеров на фоне ажиотажного спроса (со стороны автопроизводителей прежде всего — достаточно вспомнить, как они жаловались на дефицит микропроцессоров в 2021 г.) должен вот-вот закончиться. По состоянию на конец июня, как сообщает глобальная Ассоциация производителей полупроводниковой индустрии (SEMI), в мире на различных этапах возведения, монтажа оборудования и пусконаладки находятся 92 микропроцессорные фабрики. Однако вся загвоздка в том, что львиная доля этих производств не вступят в строй в перспективе по меньшей мере двух ближайших лет — по причине, как бы это ни казалось парадоксальным, нехватки оборудования для их оснащения.

⇡#Чипы для чипов

Согласно отчёту всё той же SEMI, в I кв. 2022 г. изготовители литографических машин и прочего инструментария для полупроводниковых производств заработали 24,7 млрд долл. по всему миру — на 5% больше, чем за тот же период годом ранее. Вроде бы неплохой результат. Однако при общем объёме глобального рынка полупроводников, по оценке Deloitte, около 500 млрд долл. в 2021 г. и примерно 600 млрд к исходу 2022-го, 24,7 млрд — не такая уж большая сумма, да и прирост в 5% год к году откровенно маловат. Скажем, только за 2021 г. суммарные потери автопроизводителей по всему миру из-за нехватки чипов превысили, также по данным Deloitte, 210 млрд долл. Что мешало направить десятую долю этой суммы на удвоение мощностей по выпуску чипмейкерского оборудования только лишь в первом квартале?

Какая ирония: чтобы получить больше чипов, нужно произвести больше чипов. Фото: unsplash.com

Помимо чисто формальных организационных препон (собрать вместе десятки конкурирующих автопроизводителей, создать общий фонд, выделить средства…) помешало этому, как ни странно, нынешнее состояние отрасли, занятой выпуском оборудования для производства полупроводников. По образному выражению президента SEMI Аджита Моначи (Ajit Monacha), «теперь необходимы чипы, чтобы делать чипы, и мы вовсю привлекаем внимание индустрии к тому, чтобы она рассматривала потребности производителей средств производства как приоритетные».

Кремниевые пластины-заготовки в ожидании контрольной проверки (изображение с сайта Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.)

Дело в том, что из уже упомянутых 92 чипмейкерских фабрик, которые теоретически должны войти в строй до 2024 г., лишь 25 будут ориентированы на обработку 200-мм кремниевых пластин-заготовок — тогда как львиная доля, 67, рассчитаны на работу с 300-мм пластинами. Сегодня как раз на 300-мм пластинах литографируют наиболее высокомаржинальные микропроцессоры по самым передовым производственным нормам — 5-7 нм и менее. Тогда как 200-мм пластины применяются для производства по «морально устаревшим» зрелым (mature), значительно более крупномасштабным техпроцессам.

300-мм пластины-заготовки перед загрузкой в литографическую машину (изображение с сайта Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.)

Однако для промышленного оборудования (как и для авто, кстати) необходимы в первую очередь именно такие, литографируемые на 200-мм пластинах, микросхемы: не самые современные, зато заведомо надёжные, рассчитанные на эксплуатацию в не самых благоприятных условиях. Притом они крайне дёшевы в сравнении со сверхмодными 3-нм чипами, так что постройка фабрики для обработки 200-мм пластин будет окупаться значительно дольше, чем для 300-мм. Ситуацию усугубляет тот факт, что и оборудование для выпуска 300-мм пластин ощутимо дороже (и приносит своим изготовителям куда бóльшую прибыль), чем машины для 200-мм производств.

⇡#Не было гвоздя…

Существенный перекос спроса в сторону сверхсовременных техпроцессов и 300-мм машин привёл к тому, что производители такого оборудования оказались перегружены соответствующими заказами — и сегодня не в состоянии быстро переключиться на выпуск 200-мм агрегатов. Производственные циклы в этой отрасли и прежде были довольно долгими, а в нынешних условиях и вовсе растягиваются сверх всякой меры. Кроме того, дело не в одних лишь чипах для производства чипов: критические перегрузки испытывает вся цепочка поставок узлов и агрегатов для подобного оборудования.

Один из самых современных сканеров NXE:3400B для литографирования в жёстком ультрафиолетовом диапазоне (изображение с сайта ASML)

По сообщениям источников новостного агентства Nikkei Asia, если в 2019 г. типичные сроки поставки чипмейкерских машин составляли 3-6 месяцев с момента заказа в зависимости от сложности изделия, то уже весной нынешнего года ведущие изготовители таких агрегатов — Applied Materials, KLA, Lam Research, ASML — предупреждали своих клиентов о необходимости ожидать отгрузки вожделенного оборудования до полутора лет.

При этом речь идёт вовсе не исключительно о самых сложных устройствах для производства микросхем — собственно литографических машинах. Так, некоторые агрегаты для тестирования чипов, поставляемые американской KLA, заказчикам приходится ждать и до 20 месяцев. Оборудование для изготовления субстратов (от Unimicron, к примеру) и в прошлом году добиралось до клиентов в срок от 12 до 18 месяцев — а в этом им предлагают потерпеть до 30 месяцев, а то и более.

Центральный узел NXE:3400B использует углекислотный лазер для создания плазмы из капель расплавленного сверхчистого олова — именно эта плазма излучает в жёстком УФ-диапазоне (изображение с сайта ASML)

Одна из важнейших причин подобных задержек — рассогласование цепочки поставок на мировом уровне, особенно болезненно бьющее, как выясняется, именно по изготовителям наиболее высокотехнологичных средств производства. Даже сборка современного авто может застопориться, если на сборочное предприятие вовремя не подвезут одну-единственную деталь, — что уж говорить о сложнейших машинах для производства микросхем?

Ведь и такие вроде бы не уникальные для промышленности в целом устройства, как вентили и насосы, производителям чипмейкерского оборудования приходится ждать по 12-15 месяцев — просто потому, что в их случае это сверхпрецизионная техника, которая изготавливается на заказ и едва ли не вручную. Один из менеджеров неназванной американской компании по выпуску машин для изготовления полупроводников сетовал в беседе с источником Nikkei Asia на то, что вот буквально в прошлом месяце поставщик неких компонентов предупреждал его об увеличении срока поставки до полугода — а всего неделю назад объявил, что ждать отгрузки раньше чем через 10 месяцев не стоит: «Я так и обмер, когда это услышал. Я и так уже зажат между своими клиентами и поставщиками как между молотом и наковальней и новое увеличение сроков воспринял крайне болезненно».

Контейнер с установкой NXE:3400B грузят на самолёт в голландском аэропорту Схипхол для отправки заказчику (изображение с сайта ASML)

Ситуацию усугубляет невозможность оперативно сменить поставщиков узлов и компонентов: для столь сложных машин любые новые детали должны проходить длительные циклы испытаний, а множеству позиций реальной альтернативы попросту не существует. К примеру, производители чипмейкерского оборудования десятилетиями закупали насосы для химикатов у японской компании Iwaki, а линзы у германской Zeiss — и поскольку число таких покупателей в мире крайне невелико, потенциальные соперники Iwaki и Zeiss, если даже изначально они имелись на рынке, давно уже сошли с дистанции. Теперь, случись что-то с производствами самих этих монополистов, вообще непонятно, сумеет ли пережить хотя бы среднесрочную их приостановку глобальная ИТ-индустрия.

По оценке TrendForce, нехватку новейшего оборудования для изготовления полупроводников уже испытывают ведущие чипмейкеры: TSMC, UMC, PSMC, Vanguard, SMIC и GlobalFoundries. Если в начале года они в среднем намеревались нарастить выпуск своей продукции на 10-13% относительно достигнутых в 2021 г. объёмов, то уже к концу июня эти прогнозы были пересмотрены до уровня около 8%. А если прибавить сюда ещё и безудержный рост инфляции на ведущих мировых рынках (превратившейся уже, как утверждает недавний отчёт «Центробанка центробанков» Bank for International Settlements, в стагфляцию — экономический спад, плюс рост цен, плюс высокая безработица), нынешний дефицит полупроводников очевидным образом грозит затянуться по меньшей мере до 2024 г.

Это, правда, при условии, что спрос на чипы в мире сохранится примерно на актуальном уровне, — что в нынешних реалиях уже не представляется, увы, самоочевидным.