Gdzie budowane są nowe moce produkcyjne fabryk półprzewodników?

Istnieje wiele czynników, które należy wziąć pod uwagę przy analizie wzrostu przemysłu półprzewodników. Nowa elektronika i ulepszone funkcje cyfrowe polegają również na zwiększonej mocy przetwarzania z znacznie mniejszych komponentów, co skutkuje bardziej zaawansowanymi produktami w kompaktowych opakowaniach – sztuka cyfryzacji w najlepszym wydaniu.

W ciągu ostatnich kilku lat, branże doświadczyły swoich największych osiągnięć w cyfryzacji i rozwoju, które zostały zahamowane przez zakłócenia na tym rynku i, pomimo koniecznej odbudowy, nadal zachodzą duże zmiany, ponieważ sprzedaż wzrasta nawet o 15,2% rok do roku.

Obecnie w sytuacji „poważnej nadwyżki”, kluczowe jest zastosowanie dla sektora, a ci, którzy są w stanie przesunąć swoje wysiłki i dostarczyć więcej rozwiązań kompatybilnych z sztuczną inteligencją, będą nadal czerpać swoją część rynku. Od wielu lat ciężar dostarczania na skalę globalną spoczywa na regionie Azji i Pacyfiku (APAC), który odpowiada za 60% udziału w globalnym rynku.

Z większą liczbą komponentów na rynku, prawdziwa konkurencja łączy cenę z funkcjonalnością, a firmy takie jak NVIDIA i Advanced Micro Devices (AMD) polegają na bardziej potężnych chipach, aby budować coraz inteligentniejsze sprzęty dla niektórych z wiodących światowych firm technologicznych.

Trend: AI napędza innowacje w półprzewodnikach

Jako że AI staje się podstawowym komponentem w urządzeniach cyfrowych i usługach chmurowych, obsługa takich funkcji wymaga dostępu do obszernych pul danych oraz możliwości włączenia większej ilości informacji w miarę rozwoju sytuacji. Rzeczywistość jest taka, że operatorzy chmury wymagają większego wsparcia od dostawców centrów danych, aby umożliwić znacznie większą moc obliczeniową dla ich rozwoju.

Ma to odzwierciedlenie w łańcuchu dostaw u firm takich jak NVIDIA, która produkuje jednostki przetwarzania graficznego nowej generacji (GPU), które są zdolne do obsługi funkcji AI, a dalej w łańcuchu jest produkcja chipów – w tym przypadku Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) bezpośrednio wspiera globalną sprzedaż amerykańskiego producenta sprzętu.

Teraz, gdy przemysł półprzewodników wszedł w stan odzyskania – zdrowy, w rzeczywistości – skupienie jest na tym, gdzie pojawi się nowa zdolność produkcyjna, i wyścig, aby wykorzystać AI może być ważnym czynnikiem.

Amerykańscy dostawcy chmury dzielą zapotrzebowanie na chipy

Zgodnie z danymi TrendForce, rosnące zapotrzebowanie na popularne serwery AI będzie wpływane przez północnoamerykańskich dostawców chmury, takich jak Google, Microsoft i Amazon Web Services (AWS) – kluczowych klientów NVIDIA i AMD.

To spowoduje większą współpracę między takimi firmami jak NVIDIA i AMD jako dostawcy GPU oraz technologicznymi gigantami, którzy przewodzą w środowisku cyfrowym. W rezultacie przewiduje się, że 60% globalnego popytu będzie pochodziło od czołowych graczy—Meta będąc kolejnym—i to Microsoft zdobędzie najwięcej.

Więc jaki jest tego wynik? Prawdopodobnie zobaczymy, że amerykańscy giganci technologiczni współpracują, aby zbudować wysoką stawkę w świecie napędzanym przez AI, częściowo dzięki wiodącemu producentowi półprzewodników w Azji.

Jeśli chodzi o produkcję GPU i innych sprzętów, to w celu dostarczenia funkcji AI, których oczekują duże firmy, zdolność do produkcji takich komponentów będzie miała miejsce w USA w wyniku wewnętrznych partnerstw między kluczowymi firmami sprzętowymi i oprogramowania.

Szansa między USA a Chinami na globalną produkcję półprzewodników

Rzeczywistość, która nadchodzi dla branży technologicznej, to przytłaczający udział Azji w innowacjach technologicznych na świecie. Przykładem tego może być obiekt Newport Wafer Fabrication w Wielkiej Brytanii, który teraz dzieli większościowe udziały z Nexperia—firmą z siedzibą w Holandii, ale należącą do Shanghai-owned business pod Wingtech.

Amerykańska firma Vishay ogłosiła w listopadzie 2023 roku, że kupi Newport Wafer Fab za 177 milionów dolarów amerykańskich, co w pewnym sensie reprezentuje przesunięcie sił z jednego słupa na drugi—między USA a Chinami. Niemniej jednak, wydaje się, że bez udziału Azji nie może być mowy o dyskusji w tej branży—jak omówimy dalej.

Europa odzyska zdolności produkcyjne chipów

We wrześniu 2023 roku w życie wszedł Europejski Akt o Chipach Unii Europejskiej, mający na celu odzyskanie kontroli nad lokalną sprzedażą półprzewodników i poprawę odporności na zmienne rynki, wzmacniając technologiczne przywództwo regionu. To umożliwi większe inwestycje na rynku półprzewodników UE o oszałamiającej wartości 45 miliardów dolarów amerykańskich (około 41 miliardów euro), z czego 11,7 miliarda dolarów amerykańskich (10,7 miliarda euro) zostanie zainwestowane w nowe badania i rozwój (R&D) oraz zdolności produkcyjne.

Ważne jest, aby zauważyć, że te fundusze mają na celu przyciągnięcie inwestycji od wiodących producentów chipów, takich jak Intel—największy inwestor w swoim bloku handlowym—i TSMC, ale przede wszystkim mają na celu przyciągnięcie większego rozwoju europejskiej zdolności produkcyjnej.

Chociaż plany Europy są bardzo ambitne, jej rozległe zobowiązania klimatyczne również stanowią wyzwanie, ponieważ większy nacisk kładziony jest na zmniejszenie emisji przemysłowych, co z kolei stwarza ograniczenia, ponieważ efektywność energetyczna jest również kluczowym czynnikiem w jej rosnących wysiłkach produkcyjnych.

Aktualne wyzwania w produkcji półprzewodników

Niektóre z wyzwań specyficznych dla branży półprzewodnikowej powinny być rozważane przez wiodące firmy technologiczne, które chcą zdobyć więcej mocy w mniejszych opakowaniach.

Ograniczenia litografii: Tradycyjna litografia optyczna dobrze służyła branży, ponieważ rozmiar związków znacznie zmniejszył się na przestrzeni lat. Teraz taka technologia druku osiąga sufit, doświadczając bardziej złożonych problemów z mikrokomponentami. Rozwój litografii ekstremalnie ultrafioletowej (EUVL) ma nadzieję pokonać te ograniczenia, ale może być również kosztowny i wadliwy.

Zmniejszanie węzłów przetwarzania: W prawdziwej naturze cyfrowej, firmy wymagają coraz większej mocy w coraz mniejszych opakowaniach. W miarę jak półprzewodniki zwiększają gęstość i wydajność, producenci napotykają problemy takie jak większe wycieki prądu, zmienność, a nawet więcej wad produkcyjnych.

Pozyskiwanie materiałów: Zmniejszanie rozmiarów półprzewodników wymaga nowego składu i trudniejszych do zdobycia materiałów. Coraz bardziej kompaktowe jednostki mają tendencję do włączania nowych związków metalu i materiałów o większej zdolności do magazynowania energii w porównaniu do dwutlenku krzemu.

Koszt: Kraje zwiększające swoje możliwości mogą spodziewać się kosztu w wysokości od 15 miliardów do 20 miliardów dolarów amerykańskich na budowę odpowiedniej fabryki. Aby konkurować na dużą skalę, firmy wymagają bardziej skomplikowanych systemów, aby zapewnić wydajność produkcji i jakość komponentów. Na przykład, rozwiązania EUVL niezbędne do obsługi tego mają kosztować dwa razy więcej w porównaniu do ich obecnego indywidualnego kosztu wynoszącego 150 milionów dolarów amerykańskich.

Brak umiejętności: Pomimo odbudowy niedoborów materiałów i komponentów oraz rozwijających się najnowocześniejszych technologii, branża nadal doświadcza braku wykwalifikowanych pracowników do obsługi wyższej produkcji.

Aspekty środowiskowe zwiększania zdolności produkcyjnych fabryk

Rynki muszą również zwracać uwagę na trwające trendy w sektorze energetycznym. Ponieważ pozyskiwanie energii i dekarbonizacja wpływają na wszystkie działania przemysłowe, zwiększanie zdolności produkcyjnych fabryk następuje w momencie, gdy organizacje również oczekują redukcji zużycia energii – proces intensywnie wykorzystujący energię do budowy technologii niskoemisyjnych przyszłości tylko przesunie wpływy branży wyżej w łańcuchu dostaw.

Zdolności produkcyjne fabryk półprzewodników zależą od kapitału

Biorąc wszystko pod uwagę, utrzymanie obecnego tempa wzrostu wymaga znaczących inwestycji w umiejętności i innowacje. Wschodzące kraje w tej przestrzeni – jak ma to miejsce w Europie – liczą na wsparcie liderów branży w zapewnieniu funduszy niezbędnych do zdobycia większych udziałów na ich lokalnych rynkach.

Wydaje się, że wszystkie ścieżki prowadzą z powrotem na Wschód, gdzie dobrze ustanowieni liderzy kontynuują przyciąganie uwagi innych regionów, aby wesprzeć ich wzrost zdolności produkcyjnych w ten czy inny sposób.