Еволюція ринку напівпровідників: виклики та перспективи

20.02.2024 |

Ринок напівпровідників з характерною для нього циклічністю є основою сучасних технологій. За останні два десятиліття ми спостерігали значні зміни в цій галузі, від переходу домінування в Азію до недавньої тенденції переміщення виробництва назад у США та на Захід.

Ринок напівпровідників є циклічним, з періодами зростання та падіння доходів, головним чином через коливання попиту. За останні два десятиліття домінування промисловості значно перемістилося з американських і європейських країн на азіатські. Однак зараз ми знову спостерігаємо поступову зміну цієї тенденції.

З самого початку існування ринку ливарних послуг, тобто контрактного виробництва напівпровідників, домінуючу роль відігравали компанії з Тайваню, такі як UMC і TSMC, які разом контролюють більше половини ринку. Крім них значного обороту в секторі досягли компанії GlobalFoundries і Samsung. Будівництво та введення в експлуатацію заводу напівпровідників є значними інвестиціями, термін експлуатації заводу становить лише кілька років, після чого домінують витрати на амортизацію. Завдання для компаній полягає в тому, щоб гарантувати, що фабрика отримує замовлення, щоб рівень використання потужностей був якомога ближчим до 100% або вищим.

Ливарний сектор виник як відповідь на виклики, пов’язані з надмірною виробничою потужністю заводів, що спеціалізуються на виробництві кремнієвих плат. Часто траплялося так, що ці суб’єкти господарювання були не в змозі досягти належного масштабу виробництва, щоб покрити витрати на будівництво та обслуговування своїх заводів. Вирішенням проблеми виявилося створення fabless enterprises, тобто виробників напівпровідників без власних виробничих ліній, що стало наступним етапом розвитку галузі. Заснована в 1987 році компанія TSMC здійснила революцію на ринку, створивши напівпровідниковий дизайн без необхідності інвестувати у виробничу інфраструктуру. Модель IDM (Integrated Design Manufacturer – Виробник інтегрованого дизайну), яка передбачає незалежне виробництво інтегральних схем, почала поступатися місцем моделі fab-lite, при якій скорочуються інвестиції в інфраструктуру та використовуються послуги сторонніх ливарних заводів. Зіткнувшись із зростанням витрат на встановлення нових виробничих ліній, багато провідних IDM-виробників, таких як AMD Freescale і Sony, вирішили перейти на моделі fabless або fab-lite.

Криза на ринку напівпровідників – пандемія COVID-19

Ринок напівпровідників, який до 2020 року характеризувався крихким балансом, пережив значні потрясіння внаслідок пандемії COVID-19, що призвело до обмежень у функціонуванні економік і призупинення виробництва на заводах електроніки та автомобілебудування, переважно в Сполучені Штати та Європу. Це призвело до зриву глобального ланцюга поставок, особливо вплинувши на напівпровідникову промисловість.

Дефіцит напівпровідників, який почався у 2020 році, поглибився в середині 2021. Він торкнувся 169 галузей, серед яких насамперед виробники автомобілів та електронного обладнання. Збільшення попиту на пристрої, які дозволяють працювати віддалено, такі як ноутбуки, персональні комп’ютери та мобільні телефони, ключовими компонентами яких є напівпровідники, призвело до значного дефіциту цих компонентів. Це, у свою чергу, призвело до уповільнення розвитку інших галузей, у тому числі автомобільної, в якій у 2021 році було досягнуто лише частини спочатку запланованого виробництва. Автомобільна промисловість після періоду карантину почала фіксувати різке зростання інтересу до придбання автомобілів, що ще більше посилило дефіцит напівпровідників. Криза ще більше посилилася торговельною війною між США і Китаєм, особливо після введення санкцій проти китайського виробника мікросхем SMIC.

Посуха на Тайвані у 2021 році також сприяла кризі. Острів, який є ключовим центром виробництва та розповсюдження інтегральних схем, зіткнувся з проблемами нестачі води. Особливо постраждали такі компанії, як TSMC. Ситуацію на ринку загострило вторгнення Росії в Україну.

«Усі спостережувані події призводять до двох важливих висновків. По-перше, існує значна диверсифікація перенесення виробництва напівпровідників з Далекого Сходу в інші місця, переважно в США та Європу. Це більше, ніж просто плани чи оголошення. Ми маємо справу з реальними програмами, які фінансово підтримують розвиток великих науково-дослідних інститутів і напівпровідникових компаній. Ці ініціативи, забезпечені конкретними бюджетами, реалізуються як в Європі, так і в США. Ця тенденція залишатиметься стабільною протягом тривалого часу, і з точки зору Польщі та Європи вона виглядає дуже вигідною», – каже доктор філософії, інженер, Маріуш Сохацький (Mariusz Sochacki), професор Інституту мікроелектроніки та оптоелектроніки Варшавського політехнічного університету. «По-друге, дивлячись на економічні показники, ми перебуваємо в моменті поступового виходу з кризи у виробництві електроніки та напівпровідників. Якщо не відбудеться подальших непередбачуваних подій, ми повинні спостерігати помірне, але динамічне зростання. Особливо важливою в цьому плані була друга половина минулого року і особливо другий квартал, який приніс значне пожвавлення світовій напівпровідниковій промисловості.

Звіт ESPAS «Глобальні тенденції виробництва напівпровідників і майбутнє можливостей виробництва мікросхем у ЄС – 2022»

Зміни в парадигмах європейської співпраці, особливо після агресії Росії проти України, підкреслили, наскільки Європа покладається на зовнішніх постачальників ключових матеріалів сировини і технологій. Зростає занепокоєння щодо домінування китайського виробництва та тайваньських напівпровідників у глобальному ланцюгу поставок.

Відповідно до звіту ESPAS «Глобальні напівпровідникові тенденції та майбутнє потенціалу мікросхем ЄС – 2022», Європейський Союз, включаючи Польщу, стикається з можливістю зміцнити свої позиції на світовому ринку напівпровідників. Польща, завдяки своєму стратегічному розташуванню та зростаючій технологічній компетенції, має потенціал відігравати – разом з Україною, багатою на рідкоземельні ресурси – важливішу роль у європейському ланцюгу створення вартості напівпровідників. У звіті наголошується, що для того, щоб скористатися цими можливостями, необхідно зосередитися на: інвестуванні в дослідження та розробки, побудові міцного партнерства між державним і приватним секторами та прагненні збільшити автономію в ланцюгах постачання.

На можливість Польщі (разом з Україною) стати європейським центром виробництва напівпровідників вказує також аналіз Blue Europe Analysis, згідно з яким Польща, яка є частиною ЄС, може отримати вигоду від ініціатив та фондів ЄС, що підтримують розвиток напівпровідникової промисловості. Міжнародна співпраця та інтеграція з європейським ринком може бути ключем до розвитку та підвищення конкурентоспроможності польського напівпровідникового сектора. Польща має багато інвестиційних переваг, серед яких цінова конкурентоспроможність, доступ до кваліфікованої робочої сили, близькість до ринків збуту, розвинена транспортна інфраструктура та підтримка місцевої влади.

Згідно з останніми даними, опублікованими The World Semiconductor Trade Statistics (WSTS), прогнози світового ринку напівпровідників на 2024 рік є багатообіцяючими. Після падіння продажів на 9,4% у 2023 році цього року очікується значне відновлення з прогнозованим зростанням на 13,1%. Очікується, що вартість світового ринку напівпровідників досягне 588 мільярдів доларів США, збільшившись з 520 мільярдів доларів США. Головною рушійною силою стане галузь пам’яті, прогнозована вартість якої складе приблизно 130 мільярдів доларів США, що зросте на 40%. У регіональному розрізі очікується, що всі ринки, включно з Америкою та Азіатсько-Тихоокеанським регіоном, зазнають потужного двозначного зростання з року в рік.

На додаток до прогнозів зростання ринку, глобальні продажі обладнання для виробництва напівпровідників є важливим показником динаміки галузі. За даними SEMI, у 2023 році ці продажі досягли 100 мільярдів доларів США, що на 6,1% менше порівняно з рекордним 2022 роком, коли вони становили 107,4 мільярдів доларів США. Однак очікується, що цього року продажі зростуть, і прогнози вказують на новий рекорд у 124 мільярди доларів США у 2025 році. Це зростання буде зумовлено збільшенням виробничих потужностей, новими заводськими проектами та високим попитом на передові технології та рішення в сегменті front-end i back-end.

Ключова роль мікропроцесорів

Мікропроцесори відіграють ключову роль у сучасній глобальній економіці, будучи важливими елементами багатьох секторів. Вони застосовуються в таких галузях, як комп’ютери, телекомунікації, побутова техніка, банківська справа та фінанси, кібербезпека, охорона здоров’я, транспорт, енергетика, промисловість і оборона. Контроль виробництва мікропроцесорів дозволяє істотно впливати на світову економіку.

На країни ЄС припадає 20% світового попиту на мікропроцесори, тоді як їх частка у світовому виробництві становить лише 8%. Особливо технологічно передові мікропроцесори з технологією критичних розмірів <10 нм виключно виробляються на Тайвані (92%). Зростання напруженості в країні та плани Китаю бути боєздатними для вторгнення в «бунтівну провінцію» до 2027 року означають, що Європейський Союз стикається з ризиком зриву стратегічних ланцюгів поставок і зростання економічної залежності від Китаю.

Вирішенням цих проблем може стати тісніша економічна співпраця з Україною після закінчення війни. Ключове значення тут мають багатства країни на рідкоземельні метали, вартість яких оцінюється в 3-11,5 трлн. доларів США. Завдяки цьому Україна посідає четверте місце серед світових економік (і перше в Європі) за вартістю депозитів. Вступ України до Європейського Союзу може змінити економічний центр Співтовариства, змістивши його з Німеччини до Польщі. Такий розвиток подій міг би зміцнити позиції Польщі як ключового економічного та логістичного центру в регіоні.

Тим часом… Intel прискорює технологічну революцію в Європі, інвестуючи у заводи в Польщі, Німеччині та Ірландії

Intel, світовий напівпровідниковий гігант, розпочинає серію інвестицій у Європі, які мають вирішальне значення для технологічного майбутнього континенту. Ці стратегічні заходи, реалізовані в Польщі, Німеччині та Ірландії, спрямовані не лише на підвищення незалежності Європи у виробництві напівпровідників, а й на стимулювання економічного та технологічного зростання.

Інвестиції в Польщі

Intel планує побудувати завод інтеграції та тестування напівпровідників у Мієкіні поблизу Вроцлава. Цей проект вартістю приблизно 20 мільярдів злотих отримає державну підтримку в розмірі 6 мільярдів злотих. Очікується, що на заводі працюватиме близько 2000 працівників, переважно спеціалістів та інженерів. Це найбільша пряма іноземна інвестиція в історії Польщі, яка має ключове значення для інтеграції польської економіки в глобальний ланцюг постачання напівпровідникової промисловості. Очікується, що цей проект разом із існуючим заводом із виготовлення кремнієвих підкладок у Лейксліпі, Ірландія, і запланованим заводом у Магдебурзі, Німеччина, допоможе створити перший у своєму роді наскрізний ланцюг виробництва напівпровідників у Європі.

Не менш важливим є те, що проект заводу Intel у Польщі може залучити до Польщі інші компанії з напівпровідникової промисловості, як підкреслив Грег Андерсон, який був призначений генеральним директором Заводу інтеграції та тестування напівпровідників у Мієкіні.

«Технологія Intel, розташована в Польщі, орієнтована на так званий «back-end», тобто в основному на монтажі та упаковці готових чіпів у корпуси. У цьому відношенні польський виробничий підрозділ американської компанії не потребує спеціальних знань у розробці самих напівпровідникових компонентів. Процес монтажу базується на мікромеханіці та міждисциплінарних знаннях у галузі матеріалознавства, електроніки та мехатроніки», – каже Маріуш Соцяцкі. «Хоча технології монтажу є дуже важливими у виробництві напівпровідників, вони ніколи не будуть відігравати провідну роль, тому що це завершальний етап виробництва, підготовка продукту до продажу. Польща вже багато років є привабливим місцем для розміщення складальних виробництв у світовому та європейському масштабах, що вже спостерігалося у випадку з виробництвом телевізійних приставок, телеприймачів, акумуляторів та іншої електронної техніки».

Інвестиції в Німеччину

Intel оголосила про будівництво технологічно передового заводу процесорів вартістю 30 мільярдів євро в Магдебурзі. Уряд Німеччини зобов’язався покрити третину цієї суми. Завод використовуватиме найсучасніші технології, у тому числі High-NA EUV літографію, для виробництва інтегральних схем за технологією Angstrom.

Нещодавно в рамках розширення проекту Intel і федеральний уряд Німеччини оновили угоду про наміри. Тепер це будівництво двох сучасних заводів з виробництва напівпровідників, що значно збільшує обсяг і масштаб інвестицій. Очікується, що перший завод запустить виробництво протягом чотирьох-п’яти років після того, як Європейська комісія затвердить пакет стимулів.

Завод в Магдебурзі матиме прямий зв’язок з інвестиціями в Польщі, оскільки кремнієві конструкції, вироблені в Німеччині, будуть тестуватися на заводі поблизу Вроцлава.

Інвестиції в Польщу та Німеччину разом із існуючим заводом в Ірландії є частиною стратегії зростання Intel і спрямовані на створення виробничого коридору, який охоплює весь процес.

Не тільки Intel, а й TSMC

TSMC, Robert Bosch, Infineon Technologies і NXP Semiconductors оголосили про плани спільно інвестувати в новий завод з виробництва напівпровідників. Проект під назвою European Semiconductor Manufacturing Company (ESMC) GmbH має бути реалізований у Дрездені. Проте реалізація інвестиції залежатиме від підтвердження рівня державного фінансування проекту.

Очікується, що запланований завод з місячною виробничою потужністю 40 000 12-дюймових плат із використанням планарної CMOS 28/22 нанометрів і технології FinFET 16/12 нанометрів фірми TSMC створить приблизно 2 000 робочих місць для спеціалістів галузі високих технологій. Будівництво заводу планується розпочати в другій половині 2024 року, а виробництво – до кінця 2027 року.

Важливість інвестицій для Європейського Союзу

Європа, прагнучи збільшити свою присутність на світовому ринку напівпровідників, зробила значні кроки до розвитку власного сектору мікросхем. Ключовим елементом цієї стратегії є European Chips Act, ухвалений наприкінці минулого року. Він передбачає виділення 43 млрд євро на підтримку виробництва інтегральних схем в Європі. Ініціатива спрямована не тільки на вирішення проблеми дефіциту напівпровідників на ринку, але й на збільшення частки континенту у світовій промисловості з поточних 10% до принаймні 20% до 2030 року.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl