Kína miatt nem lesz iPhone?

Korábban a HOLDBLOG-on már írtunk róla, hogy az orosz-ukrán konfliktus után Kína és Tajvan viszonyára terelődhet a fókusz a globálisan egyre fokozódó félvezetőipari helyzet miatt. Egyelőre úgy tűnik, hogy a félelmeink nem voltak alaptalanok: Nancy Pelosi amerikai házelnök látogatásával és a kínai hadgyakorlatokkal eszkalálódni látszik a Tajvani-szoros helyzete. A kínai és tajvani emberek tekintetében évszázados konfliktusról beszélünk, azonban a digitalizáció berobbanásával a téma az egész világ számára is egyre égetőbb. Adódik a kérdés, miért a világ egyik legfontosabb erőforrása a mikrochip, és miért nem gyártanak sokkal többet belőle?

A digitalizáció és technológia fejlődésével egyre nehézebb olyan elektronikai tárgyat találnunk a környezetünkben, amibe ne építenének félvezetőket. Nemcsak a telefonjaink, okosóráink, vagy autóink igényelnek egyre több mikrochipet, de az IoT rendszerekkel otthonaink és infrastruktúránk is. Az idei évben ismét forró témává váló katonai rendszerekről és fegyverekről nem is beszélve. Nehéz olyan forgatókönyvet elképzelni, amely szerint a digitalizáció, és ezáltal a mikrochipek szerepe ne fejlődne egyre gyorsuló ütemben a jövőben. A chipek hiányáról – elsősorban az autóipar kapcsán – évek óta olvashatunk, azonban mégsem olyan egyértelmű:

ha ilyen nagy az igény a félvezetőkre, egyszerűen miért nem gyártunk többet belőle?

A kérdésre létezik egy egyszerű, illetve egy összetett válasz is. Az egyszerű az, hogy a félvezetők gyártása elképesztően bonyolult.

“It’s not rocket science, it’s much more difficult”

– szól az iparágból származó vicc. Az összetettebb választ három szempont alapján érdemes közelebbről megvizsgálni:

1. gyártástechnológia
2. gyártási körülmények
3. beruházás és idő

A globális piac meghatározó szereplője, az Intel vállalatának korábbi vezetője, Craig Barrett fogalmazott úgy, hogy a cég mikroprocesszorai az emberiség által valaha gyártott legösszetettebb eszközök.

Gyártástechnológia

A mikrochip (rövidítve chip, másnéven integrált áramkör) egy áramkörökből álló csoport egy szilíciumlapon. A chipek legkisebb alkotóeleme a tranzisztor, amely egy miniatűr elektromos kapcsolóként funkcionál, leegyszerűsítve be- és ki állapottal. Elképzelni is nehéz, de egy körömnagyságú mikrochipen több milliárd tranzisztor található, amelyek nanométer nagyságrendben értelmezhetőek. Egy nanométer a milliméter egy milliomod része. Az összehasonlíthatóság kedvéért: egy hajszál 100.000 nanométer (0,1 mm) vékony, míg a legkorszerűbb tranzisztorok 5 nanométer nagyságúak. Ízlelgessük még egy kicsit: egy hajszálnál húszezerszer kisebb elektronikai “alkatrészt” kell nagy pontossággal legyártani. Minél többet és kisebbet tudnak ezekből egy chipre rakni, annál gyorsabb és hatékonyabb lesz a végeredmény.

A technológiát, amellyel a tranzisztorokat képesek legyártani, litográfiának nevezik. A folyamat során fényt használnak, hogy mintázatokat égessenek szilíciumrétegekbe. Végül ezek a mintázatok funkcionálnak tranzisztorként. Ez az egész olyan kis méretekben történik, hogy az égetéshez extrém ultraviola-sugárzást használnak, amely természetes körülmények között csak az űrben fordul elő. Ennek előállítása és tükrökkel való tűpontos irányítása az a gyártástechnológia, amelyre csak a holland ASML Holding által gyártott berendezések képesek a legmagasabb szinten. Egy ilyen gép árcéduláján több száz millió dolláros összeg szerepel, és természetesen a vásárlásoknak nem csak az ár szab határt: a világ összes fejlett chipeket gyártó cége tőlük próbálja beszerezni a gyártósoraikon működő gépeket. El lehet képzelni, hogy mennyire nehéz hozzájutni ezekhez.

Gyártási körülmények

Amennyiben valaki túl van a nehezén, és sikerül ilyen gépet beszereznie, a gyártáshoz tiszta teret kell létrehoznia. Nagyon tisztát. Az egyes tranzisztorok kisebbek, mint egy vírus. Egyetlen, az emberi szem által láthatatlan porszem képes tönkretenni az egész folyamatot és dollármilliós károkat okozni. A tér tisztaságának mérőfokára az egy köbméterre eső részecskeszámot szokás használni, amely szerint egy kórházi műtőben tízezer részecske elfogadható köbméterenként. A chipgyártás esetében ez a szám tíz részecske! Ismét ízlelgessünk: a hajszálnál húszezerszer vékonyabb dolgot kell gyártanunk, a kórházi műtőnél ezerszer tisztább térben.

Az ilyen fokú tisztaság megőrzése érdekében a gyártósoron jó esetben nem is látunk embert. A gyártás folyamatában minden lépést gépek és robotok végeznek, az emberek feladata mindössze a karbantartás és a folyamatos működés biztosítása. Ennek ellenére minden esetben tetőtől talpig, több rétegben beöltöznek, ha a gyártási területre lépnek, hogy közel nullára csökkentsék a szennyezés lehetőségét. Az így működő, teljesen automatizált gyárak jelentős beruházást igényelnek, ez azonban még így is eltörpül a litográfiás technológia beszerzése mellett.

Beruházás és idő

Egy belépőszintű mikrochipgyár beruházási költsége 15-20 milliárd dollár, amely nagy részét a már említett gyártástechnológiára fordítják. Az üzletnek azonban van még egy fájó része: miután a chipgyártásban elképesztő ütemben fejlődik a technológia, egy ilyen gyár öt év után elavultnak tekinthető. Ez azt jelenti, hogy a megtérülés érdekében öt évig annyit kell gyártani, amennyi a csövön kifér, a termelés napi 24 órában, heti hét napban pörög. Egy szilíciumlap átfutási ideje, azaz gyártásának kezdetétől a végéig tartó időszak meghaladja a három hónapot, és több mint 700 lépésből áll. Mindezen okok miatt a hatékonyság kulcsfontosságú a megtérülés szempontjából, és jól leírható a selejtarány mérőszámmal. Minden eset, ahol ez 10 százalék felett van, problémás. A nehézség azonban, hogy ezen a piacon mindenki a saját kárán, drága leckékből tanul. Minél többet gyártasz, és hibázol el, annál versenyképesebb tudásra és tapasztalatra teszel szert.

A piac brutális sajátosságai miatt egyre kevesebb cég tudja tartani a lépést, sőt az esetleges új belépőknek finoman szólva sincs könnyű dolguk. A három meghatározó szereplő is specializálódott:

• míg a TSMC gyártja az évi közel kétmilliárd okostelefon chip szinte egészét,
• az Intel fedi le a számítógépes processzorok 80 százalékát,
• és a Samsung dominál a memória chipek piacán.

Érdemes elgondolkodni, hogy mi történne például az okostelefon piacon, ha egy esetleges tajvani konfliktus kapcsán kiesne, vagy kínai kézbe kerülne a TSMC kapacitása. Halkan jegyzem meg, hogy jelenleg ők az Apple egyetlen beszállítói.