Світова економіка стоїть на крихітних кремнієвих пластинах. Мікросхеми, які виробляються на острові Тайвань, живлять смартфони, супутники, системи озброєння та критичну інфраструктуру. Коли у 2021 році спікер Палати представників Конгресу США Ненсі Пелосі відвідала Тайбей, вона зустрілася не лише з політичними лідерами, але й з главою Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) Марком Лю. Ця зустріч символізувала те, що давно стало очевидним: контроль над виробництвом чіпів — це контроль над майбутнім.
Тайванська монополія на передові технології
Напівпровідники часто називають «нафтою 21 століття». На них залежить все: від побутової електроніки до військових систем. Виробництво цих крихітних компонентів — один із найскладніших промислових процесів у світі. Мікросхеми виготовляються на гігантських, надзвичайно чистих фабриках, які можуть бути семиповерховими та довжиною в чотири футбольні поля. Навіть невидима для людського ока порошинка може пошкодити мікропроцесор. Виробництво займає три-чотири місяці та понад тисячу виробничих процесів, які мають відбуватися в незайманому середовищі з використанням надточного обладнання.
Тайвань домінує у цій галузі. За даними квітневого звіту Boston Consulting та Асоціації напівпровідникової промисловості, на острів припадає 92% найсучасніших у світі потужностей з виробництва напівпровідників. Південній Кореї належить решта 8%. TSMC займає 53% світового ринку чіпів, інші тайванські виробники — близько 10%. Найдосконаліші чіпи розміром 10 нанометрів та менші, які мають вирішальне значення в американсько-китайській гонці озброєнь, виробляє переважно Тайвань. Ці крихітні пристрої містять мільярди електронних компонентів на площі всього кілька квадратних міліметрів. Американська компанія Intel колись зменшила транзистори до карколомних розмірів, але TSMC змогла виробляти ще менші компоненти. Саме тому Apple вибрала тайванців для виробництва чіпів для останніх iPhone.
Від сніданку до світової влади
Початок тайванської напівпровідникової індустрії сягає сніданку на початку 1974 року в кафе в центрі Тайбея. Тоді керівник американської компанії Radio Corporation of America (RCA) обговорював з тайванськими офіційними особами ідею побудувати на острові напівпровідникову промисловість з нуля. Тайбей уклав угоду про передачу технологій з RCA та відправив туди працювати інженерів. «Тоді ніхто не здогадувався, що ці технології стануть такими важливими», — сказав Чень Лян Гі, який обіймав посаду міністра науки і технологій Тайваню до травня 2020 року.
У 1985 році інженера китайського походження Морріса Чанга, який мав 25-річний стаж у американській напівпровідниковій компанії Texas Instruments Inc, прийняли на посаду керівника технологічного розвитку на Тайвані. У 1987 році Чанг заснував TSMC, головним акціонером якої став уряд Тайваню. Чанг прийняв революційне рішення: TSMC буде чистим виробництвом, яке виготовлятиме мікросхеми для інших компаній. Західні виробники, які хотіли зосередитися на дизайні та скоротити витрати, почали надходити з замовленнями. Цей бізнес-модель змінив світову індустрію.
Америка втрачає позиції
Сектор напівпровідників США залишається домінуючим у дослідженнях, розробках і дизайні, але виробництво передових чіпів переважно передано на Тайвань. Частка США у світовому виробництві напівпровідників впала з 37% у 1990 році до 12% сьогодні. Федеральні інвестиції в дослідження та розробки мікросхем залишаються незмінними у відсотках від ВВП, тоді як інші країни інвестували значні кошти, розуміючи стратегічний характер галузі.
Американські компанії вважали набагато вигіднішим розробити чіпи та дозволити комусь іншому зробити важку роботу з їх виробництва. Але ця стратегія створила критичну вразливість. У 100-денному звіті про огляд ланцюгів поставок адміністрації Байдена говориться: «Сполучені Штати сильно залежать від однієї компанії – TSMC – у виробництві передових чіпів». Той факт, що лише TSMC і Samsung можуть виробляти найдосконаліші напівпровідники розміром 5 нм, «ставить під загрозу здатність забезпечувати поточну та майбутню національну безпеку [США] та потреби критичної інфраструктури».
Чіпи як інструмент стримування Китаю
Довгострокова мета Китаю щодо возз'єднання з Тайванем зараз більше загрожує інтересам США. У Шанхайському комюніке 1971 року та Акті про відносини з Тайванем 1979 року США визнали, що люди як у материковому Китаї, так і на Тайвані вірять у існування «Єдиного Китаю». Але для США неможливо уявити, що одного дня TSMC може опинитися на території, контрольованій Пекіном.
8 грудня високопосадовець Пентагону заявив Комітету із закордонних справ Сенату, що напівпровідники на острові є ключовою причиною, чому безпека Тайваню «настільки важлива для Сполучених Штатів». Головне занепокоєння США полягає в тому, що вони втрачають позиції в гонці за використання штучного інтелекту в озброєнні. Штучний інтелект дозволяє машинам перевершувати людей у вирішенні проблем і прийнятті рішень, і це революціонізує військові дії. Все залежить від напівпровідників.
У минулорічному звіті Конгресу двопартійна Комісія національної безпеки зі штучного інтелекту попередила, що загроза TSMC виявила кричущу вразливість. Тайвань виробляв «переважну більшість передових чіпів» недалеко від «головного стратегічного конкурента» Америки. «Якщо потенційний супротивник перевершить Сполучені Штати в напівпровідниках у довгостроковій перспективі або раптово повністю закриє доступ США до передових чіпів, він може взяти верх у всіх сферах війни».
З цієї причини США намагалися залучити TSMC до США. У 2021 році за підтримки адміністрації Байдена компанія купила ділянку в Арізоні, на якій побудує завод. Запуск планується у 2024 році. Але засновник TSMC Морріс Чанг на симпозіумі минулого року сказав, що складно знайти в Арізоні людей з такими ж навичками та трудовою етикою, як на заводі компанії в Сіньчжу.
Одна з найбільших перешкод для виробництва чіпів у США — брак досвідчених працівників. Facebook і Google платять астрономічно вищі зарплати, ніж у промисловості виробництва мікросхем. Згідно зі звітом Центру безпеки та нових технологій, якщо американська напівпровідникова промисловість розшириться після прийняття Закону про чіпи, найближчим часом знадобиться близько 13 000 нових інженерів і розробників програмного забезпечення, а близько 3500 посад можуть залишитися незаповненими.
Частково причиною такого розриву в навичках є те, що люди в США, які вже працюють у напівпровідниковій промисловості, як правило, мають досвід проектування чіпів, а не їх виробництва. Протягом багатьох років американські компанії замовляли мікросхеми у контрактних виробників за кордоном, наприклад у TSMC, замість того щоб розпочати надзвичайно дорогий процес самостійного виробництва, тестування та збірки.
Фабрика в Аризоні не буде першою для тайванців на території Америки. TSMC вже налагодила виробництво кремнієвих пластин на західному узбережжі США та центр розробки і дослідження мікросхем у Техасі. Південнокорейська Samsung Electronics Co. також має намір побудувати підприємство в Остіні, штат Техас, вартістю 10 мільярдів доларів. Intel, який прагне відновити своє колишнє лідерство, раніше цього року зробив ставку у 20 мільярдів доларів. Компанія будує два заводи у своєму комплексі в Чандлері, штат Арізона, на будівництво якого знадобиться три роки, і нещодавно оголосила про плани потенційно більшого розширення з новими локаціями в Нью-Олбані, штат Огайо, і Магдебурзі, Німеччина.
Президент Байден підписав Закон про чіпи, який надає субсидії на 52 мільярди доларів для підтримки виробництва напівпровідників у США. Але згідно з Законом, компанії отримають фінансування лише якщо погодяться не виробляти передові напівпровідники для китайських компаній. Це означає, що TSMC та іншим, можливо, доведеться вибирати між веденням бізнесу з Китаєм та США, оскільки витрати на виробництво в США вважаються занадто високими без державних субсидій.
Усе це є частиною ширшої «технічної війни» між США та Китаєм, у якій США прагнуть стримати технологічний розвиток Китаю. У 2020 році адміністрація Трампа запровадила нищівні санкції проти китайського технологічного гіганта Huawei, які мали на меті відірвати компанію від TSMC, від якої вона залежала у виробництві високоякісних напівпровідників для своєї інфраструктури 5G.
Китай прагне незалежності
Александер Герлах, експерт з Китаю з Оксфордського університету, каже, що, ймовірно, немає іншої країни у світі, яка б робила більше для досягнення технологічного домінування, ніж Китай. «Китай дуже зацікавлений в отриманні доступу до тайваньського ноу-хау у виробництві мікросхем, оскільки воно ідеально відповідатиме власним величезним родовищам рідкоземельних мінералів у Китаї», — сказав він приватній німецькій телестанції Welt. «Ось чому такі країни, як Німеччина та США, не повинні залишатися осторонь, коли Народна Республіка намагається захопити Тайвань. Жоден автомобіль більше не буде сходити з конвеєра, якщо Тайвань припинить поставки своїх мікрочіпів».
Пекін витрачає значні кошти на галузь, але його індустрія чіпів відстає від Тайваню приблизно на десять років у багатьох ключових сферах. Аналітики кажуть, що цей розрив, як очікується, збільшиться в наступні роки. Відповідно до звіту Дослідницької служби Конгресу за жовтень 2020 року, на Китай припадає 60% світового попиту на напівпровідники. Понад 90% напівпровідників, які використовуються в Китаї, імпортуються або виробляються іноземними постачальниками.
Під керівництвом Сі Цзіньпіна Китай поставив собі за мету самодостатність у виробництві передових чіпів, що дехто назвав «великим напівпровідниковим стрибком вперед». У п'ятирічному плані, представленому в жовтні минулого року, Китай спрямовував допомогу індустрії чіпів та іншим ключовим технологіям на суму 1,4 трильйона доларів до 2025 року.
Тайвань — не єдина перешкода для бачення Сі. Діють також два інші чинники: зусилля під керівництвом США обмежити передачу технологій Китаю та суцільна складність виготовлення передових напівпровідників. Америка та її союзники десятиліттями встановлювали Китаю бар'єри, пов'язані з технологією чіпів, здебільшо з метою стримування розвитку Пекіном передової зброї.
Сполучені Штати ведуть перелік конкретних технологій мікросхем, для експорту яких потрібна ліцензія, і обмежують експорт технологій провідним китайським виробником мікросхем Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC). Обмеження налаштовані на блокування елементів, необхідних для виробництва передових мікросхем розміром 10 нм або менше. Поки що Китай в основному виробляє чіпи нижчого класу для побутової електроніки.
Ключовий інструмент у цій стратегії стримування — Вассенаарська угода, добровільна угода між 42 країнами щодо стримування поширення технологій «подвійного використання» (як комерційного, так і військового застосування). За цією угодою Вашингтон і його союзники гармонізували контроль над потоком чіп-технологій до Китаю. Найбільш істотне обмеження стосується обладнання, яке використовує ультрафіолетові промені (EUV). Це світло генерується лазерами та фокусується дзеркалами для створення надтонких схем на кремнієвих пластинах. EUV знаходиться на передньому краї виробництва напівпровідників.
За словами Кевіна Вольфа, колишнього помічника міністра торгівлі в адміністрації Обами, обмеження EUV спрямовані на блокування зусиль Китаю з виробництва 5-нанометрових мікросхем — сучасного рівня техніки — або навіть більш просунутих напівпровідників, які зараз розробляються.
Для економістів Китаю незалежність напівпровідників є головним пріоритетом. Метою є те, що називається «замкнутим циклом», з вітчизняними компаніями, відповідальними за весь сектор: сировину, розробку, дизайн мікросхем, виробництво та збірку. Це величезний виклик для будь-якої економіки, оскільки існуючий глобальний ланцюжок постачання чіпів дуже складний — включає сотні матеріалів і хімікатів, понад 50 типів високотехнологічного обладнання та тисячи постачальників у Європі, Північній Америці та Азії.
Наприклад, ASML Holding NV з Нідерландів має монополію на машини, необхідні для виготовлення найкращих мікросхем. Японія є ключовим постачальником обладнання, хімікатів і пластин. У минулорічному звіті адміністрації Байдена про вразливість ланцюга постачання США повідомлялося, що Пекін спрямував 100 мільярдів доларів на субсидії своїй індустрії мікросхем, включаючи розробку 60 нових заводів. Однак частина цих витрат уже призвела до величезних втрат через хвилю банкрутств, невиплат кредитів і залишених проектів.
«Гра в напівпровідники — це довга гра; справа не в створенні фабрик, а в тому, хто може впроваджувати інновації та розвивати талант», — каже Джейсон Хсу, який був представником технологічної індустрії в законодавчому органі Тайваню. Китай також стикається з дефіцитом талантів. Він найняв інженерів і техніків з Тайваню, Південної Кореї та Америки, але ці зусилля ще не призвели до серйозних проривів.
Такі компанії, як TSMC, мають величезні команди спеціалістів для широкого спектру процесів. За словами керівників галузі, браконьєрство окремих експертів може принести лише обмежені прибутки. Є також припущення, що Пекін може вдатися до крадіжки чипів, і Тайвань у центрі цих зусиль. Тайванська фірма з кібербезпеки TeamT5 спостерігає постійне зростання кількості атак на індустрію чіпів на острові, що відповідає посиленню експортного контролю США щодо Китаю. Хоча не завжди можливо дізнатися, чи це китайські державні суб'єкти, «усі вони атакують тайванську напівпровідникову промисловість», вказує Шуй Лі, аналітик кіберзагроз T5.
Колега-аналітик Лінда Куо сказала, що уряд Тайваню був стурбований атакою програм-вимагачів на TSMC у 2018 році та оголосив про плани виділити близько 500 мільйонів доларів, щоб допомогти галузі краще зрозуміти проблеми кібербезпеки.
Японія шукає партнерства
Колись Японія виробляла більше половини світових поставок напівпровідників, які використовували калькулятори Toshiba та консолі Nintendo, але її частка ринку впала приблизно до 10 відсотків. Глобалізація змусила компанії в багатих країнах укладати контракти на виробництво мікросхем за кордоном. Такі фірми, як TSMC, які спеціалізувалися на виготовленні чіпів на замовлення та отримували достатню державну підтримку, накопичили достатньо клієнтів, щоб досягти ефекту масштабу, який позбавив сенсу для компаній у Японії та інших країнах продовжувати виробництво чіпів самостійно.
Японія все ще лідирує на ринку деяких продуктів, необхідних для виробництва напівпровідників, включаючи спеціальні хімічні речовини та кремнієві пластини. Країна також має майже монополію на деякі вузькоспеціалізовані інструменти, які використовуються у виробничому процесі.
Зараз, щоб збільшити виробництво, уряд Японії інвестує мільярди доларів у свою вітчизняну індустрію мікросхем і надає величезні субсидії для спільних підприємств із компаніями з Тайваню та зі Сполучених Штатів. Дослідницька група підрахувала, що успіх вимагатиме інвестицій у розмірі щонайменше 78 мільярдів доларів.
Порушуючи свій минулий економічний націоналізм, Токіо також прагне сформувати коаліцію з такими союзниками, як Сполучені Штати та Європейський Союз, щоб побудувати ланцюжок постачання напівпровідників, який є менш географічно сконцентрованим і тому краще ізольованим від катастроф і геополітичної нестабільності.
Останній крок був зроблений цього місяця, коли Японія та Сполучені Штати оголосили, що вони створять спільний дослідницький центр із передових напівпровідників, який буде відкритий для інших «однодумців». Незалежно від того, чи буде це економічно життєздатним, Японія вважає, що не має іншого вибору, окрім як спробувати.
Фабрика, яка першою отримала державну підтримку в рамках нової ініціативи, є спільним інвестуванням TSMC і двох великих японських компаній Sony і Denso, які постачають запчастини для Toyota. Це буде найдосконаліша виробнича потужність у Японії, хоча й поступатиметься провідним заводам світу. Виробництво планується розпочати до кінця 2024 року.
Очікується, що нова фабрика забезпечить роботу понад 1700 працівників у регіоні, 300 із яких приїдуть із Тайваню. Університети в регіоні готуються підготувати сотні нових інженерів для забезпечення промисловості. Але нове підприємство навіть й близько не зможе задовольнити бездонний попит на чіпи з боку найбільших промислових підприємств Японії.
Очікується, що підприємство TSMC вироблятиме від 50 000 до 60 000 мікросхем на місяць. В одному транспортному засобі можуть бути сотні напівпровідників, а лише одна Toyota минулого року виготовила майже 8,6 млн. автомобілів у всьому світі. Проте японські офіційні особи сподіваються, що інвестиції TSMC послужать початком розвитку екосистеми, яка одного разу може служити страховим полісом від збоїв у ланцюзі поставок.
Виробництво напівпровідників є одним із найскладніших промислових процесів у світі, і жодна країна не має можливості зробити цей процес повністю внутрішнім. Прем'єр-міністр Фуміо Кісіда зробив глобальні зв'язки пріоритетом під час останніх переговорів зі своїми колегами в Сполучених Штатах і Європейському Союзі.
Зусилля Японії, Сполучених Штатів та їхніх союзників створюють «новий геополітичний ландшафт», сказав Патрік Чен, керівник відділу досліджень CLST, дочірньої компанії брокерського дому CLSA. Щодо торгівлі загалом, але особливо для напівпровідників, «світ ділиться на два табори», сказав він. «Панамериканські союзники — це, очевидно, включає Японію, Корею та Тайвань — і, з іншого боку, ми маємо таких, як Китай, Росія і, можливо, Північна Корея».
«Ера, коли у світі панував мир і неважливо, хто постачає наші напівпровідники, закінчилася», — сказав в інтерв'ю Казумі Нісікава, директор Міністерства економіки, торгівлі та промисловості Японії.
Європа розробляє власну стратегію
Європейський Союз також працює над законодавством, яке намагається зміцнити індустрію виробництва мікросхем на континенті. Його Закон про європейські мікросхеми включатиме субсидії на суму 43 мільярди євро, спрямовані на збільшення виробництва європейських мікросхем з нинішніх 10% світового ринку до 20% до 2030 року.
Катастрофічні наслідки дефіциту
Дефіцит напівпровідників під час пандемії дав уявлення про те, що станеться з економікою, якщо ці мікросхеми колись закінчаться. Дефіцит був спричинений зміною моделей попиту, спричиненою пандемією. Тривалі локдауни збільшили поставки електроніки з мікросхемами споживачам, які залишалися вдома та потребували нових ПК для дистанційної роботи та навчання. Тим часом спалахи коронавірусу призвели до зупинки виробництва мікросхем.
Весною 2021 року, коли попит на нові автомобілі почав стрімко зростати і споживачі з заощадженнями, накопиченими під час пандемії, кинулися до дилерських центрів, один автовиробник за іншим припиняли виробництво, чекаючи на імпорт критичного компонента: напівпровідників. Наприклад, японський Nissan передбачав скорочення виробництва на півмільйона автомобілів.
Споживчі товари та промислове обладнання часто покладаються на низькотехнологічні чіпи, подібні до тих, які сповільнювали виробництво автомобільних компаній. Низька норма прибутку означає, що багато виробників не бажали інвестувати в заводи, які виробляють ці мікросхеми. Тож раптові стрибки попиту створили велике навантаження на весь ланцюг.
Ланцюжок постачання найсучасніших чіпів, подібних до тих, які виробляє TSMC, не кращий. Виробництво новітнього п'яти- або семинанометрового чіпа потребує мільярдів доларів інвестицій у спеціалізовані заводи та висококваліфікованої робочої сили. Як наслідок, існує відносно небагато об'єктів, які їх виготовляють. Якщо один із цих заводів вимкнеться, як це сталося минулого року з Samsung в Остіні протягом кількох тижнів після збою електромережі в Техасі, можливо, не буде іншого заводу, який зможе закрити попит.
Глобалізація дозволила компаніям розбивати виробництво навіть найпростіших чіпів на десятки етапів і делегувати кожен етап найдешевшому постачальнику. Замість того, щоб володіти всім процесом виробництва окремих чіпів, кожна компанія та фабрика конкурують у всьому світі на кожному етапі виробництва. Багато заводів і компаній були або вигнані з бізнесу, або перетворені в гігантські фірми, такі як Intel.
Ця динаміка — дедалі менше компаній, які беруть участь у жорсткій міжнародній конкуренції — призвела до надмірно дорогих інвестицій у надійні ланцюги поставок. Якщо дві фірми виробляють один і той самий чіп, більш «ефективна» фірма — та, яка зосереджена на максимізації віддачі від кожного інвестованого долара, а не на тому, щоб гарантувати, що виробництво не буде перервано — вижене іншу з бізнесу.
Але яка користь від такої надефективної, надекономічної фабрики, якщо, скажімо, стихійне лихо або бойові дії виведуть її з ладу, а резервного запасу мікросхем, які вона виробляє, немає? У 2011 році Toyota перевірила це на собі після того, як землетрус у Тохоку пошкодив ключову фабрику мікросхем, що належить Renesas. Генерал-лейтенант Корпусу морської піхоти США у відставці Воллес Грегсон, колишній помічник міністра оборони в адміністрації Обами, зазначив, що глибока економічна взаємозалежність між націями Європи не змогла запобігти війні в 1914 році. Незважаючи на те, що напівпровідникова промисловість є «дуже корисною» для безпеки острова, сумнівно, чи це запобіжить конфлікту, коли «пси війни зірвуться».