W półprzewodnikach nastał rynek producenta

W pierwszym roku pandemii wartość rynku półprzewodników wzrosła - według firmy badawczej Gartner - o 10,4 proc. do ponad 466 mld dolarów. 65 proc. globalnych przychodów przypada na komponenty, które mogą być stosowane w wielu branżach. Reszta to układy specjalizowane produkowane dla konkretnych firm, czy branż.

W 2020 r. największym graczem rynkowym pozostał amerykański Intel, który specjalizuje się w produkcji we własnych fabrykach procesorów wykorzystywanych w komputerach i serwerach. Ze sprzedażą na poziomie 72,7 mld dolarów (wzrost o 7,4 proc.) miał 15,6 proc. światowego rynku. Drugim graczem był produkujący m.in. pamięci, a także półprzewodniki na zlecenie innych firm koreański Samsung. Po wzroście sprzedaży o 10,2 proc. do 57,7 mld dolarów miał 12,4 proc. rynku. Trzecie miejsce zdobył kolejny koreański producent pamięci SK Hynix (wzrost o 16 proc. do 25,8 mld dolarów, co dało mu 5,5 proc. rynku).

Podział światowego rynku półprzewodników od lat jest zbliżony. Według danych zebranych przez firmę doradczą Boston Consulting Group (BCG) 26 proc. przypada na pamięci, 42 proc. na układy logiczne (w tym procesory), a reszta na kategorię oznaczaną jako DAO, czyli układy dyskretne, analogowe i optoelektronikę. 26 proc. globalnej produkcji półprzewodników konsumowana jest przez telefony komórkowe, 10 proc. w elektronice użytkowej, 19 proc. w komputerach PC, 24 proc. w infrastrukturze teleinformatycznej, 12 proc. w przemyśle, a reszta w branży motoryzacyjnej.

W półprzewodnikowej układance ważne są bardzo wysokie coroczne nakłady na badania i rozwój oraz inwestycje kapitałowe. W branży od lat większość nakładów na badania i rozwój (R&D) ponoszona jest w USA i Europie, zaś gros nakładów inwestycyjnych (CAPEX) w Azji, gdzie zlokalizowane jest ok. 75 proc. globalnych mocy produkcyjnych.

Z opublikowanego w kwietniu 2021 r. przez Semiconductor Industry Association (organizacja lobbystyczna amerykańskiej branży półprzewodników), a przygotowanego we współpracy z BCG raportu Strengthening the global semiconductor supply chain in an uncertain eraOtwiera się w nowym oknie wynika, że w 2019 r. całkowite wydatki na R&D wyniosły 92 mld dolarów (22 proc. przychodów branży), a na CAPEX - 108 mld dolarów (26 proc. przychodów). 53 proc. wszystkich nakładów na R&D przypadało na projektowanie chipów, a 64 proc. CAPEX ponosiły firmy produkujące je w swoich fabrykach zwanych w branży "fabami".

Ubiegły rok przyniósł (według danych SEMI, branżowego stowarzyszenia firm projektujących i produkujących półprzewodniki) 19-proc. wzrost sprzedaży nowego sprzętu do produkcji półprzewodników. Producenci wydali na niego 71,2 mld dolarów, najwięcej w historii. We wszystkich głównych regionach - poza USA, gdzie spadły trzeci rok z rzędu - były wyższe niż w 2019 r. SEMI spodziewa się, że w kolejnych dwóch latach - tyle trwa budowa i uruchomienie nowego fabu - wydatki będą rosły o 5-10 proc. rocznie.

Bardzo aktywny był też rynek maszyn używanych, których pozbywają się producenci, gdy przestawiają fabryki na nowsze technologie. 90 proc. popytu na takie maszyny pochodziło w ub.r. z Chin. Ma to związek z sankcjami nałożonymi przez USA na chińskie firmy. Sankcje nie dotyczą jednak maszyn używanych. Ich import do Chin - według danych SEMI - wzrósł w ub.r. o 30 proc. do 13,7 mld dolarów, a średnia cena w ciągu roku zwiększyła się o ok. 20 proc. Rosła też wartość rynku materiałów wykorzystywanych do produkcji półprzewodników. Według SEMI, w ub.r. była o 4,9 proc. wyższa niż 2019 r. i sięgnęła 55,3 mld dolarów. Była najwyższa w historii.

O ile produkcja drogich - kosztujących od 100 dolarów do nawet 1000 dolarów - chipów, instalowanych w komputerach o dużej mocy czy smartfonach z najwyższej półki, przez pierwsze miesiące roku szła w zasadzie bez większych problemów, o tyle szybko pojawiły się kłopoty ze stosunkowo tanimi podzespołami i częściami wykorzystywanymi np. w urządzeniach elektroniki domowej i AGD. Takimi jak np. sterowniki wyświetlaczy, bez których nie da się wyprodukować ekranu telefonu Apple czy Samsunga, monitora Della, systemu nawigacji czy np. wyświetlacza zainstalowanego w kuchence mikrofalowej albo w pralce. Skoro popyt rośnie, to ich producenci podnoszą ceny i zawierają umowy na krótkie serie. Producentom aut brakuje także np. chipów zarządzających zasilaniem.

Część firm z branży przyznaje, że gdy wybuchła pandemia, popełnili błąd w planowaniu. Zakładali, że - tak jak w przypadku poprzednich kryzysów - spadnie popyt i ograniczyli produkcję, a tym samym zwolnili moce outsourcowane w fabach. Sygnały do zmniejszenia dostaw dostawali zresztą od klientów. Tymczasem spadek - o ile wystąpił - był chwilowy, bo konsumenci, których lockdown uwięził w domach, aby móc pracować na odległość, zaczęli kupować wydajniejsze komputery i większe monitory, a dla uczących się zdalnie dzieci - nowe laptopy. Do tego doszły zakupy nowych telewizorów, konsol do gier i całej gamy innych elektronicznych gadżetów, które miały ułatwić i uprzyjemnić życie w domowym zamknięciu.

Ten sam błąd popełnili producenci samochodów. Na początku pandemii zaczęli ograniczać produkcję i sygnalizować dostawcom, by wstrzymywali wysyłką komponentów, w tym tych zawierających chipy. Wcześniejsze od spodziewanego odbudowanie się popytu na auta zaskoczyło producentów. Ruszyli więc do dostawców chipów z prośbą o zwiększenie produkcji. I tu spotkało ich rozczarowanie. Zwolnione moce zajęli inni klienci, zwłaszcza ci, którzy produkują elektronikę użytkową.

Motoryzacji pozostało ustawienie się na końcu kolejki i lobbowanie u przedstawicieli rządów, by te, wykorzystując kanały dyplomatyczne, otworzyły branży szybką ścieżkę w fabach takich firm jak TSMC czy Samsung. Częściowo się to udało. Obietnice padły. Na dodatek branży motoryzacyjnej na odsiecz ruszył Intel, który ogłosił, że w ramach nowej strategii udostępni innym producentom moce w swych fabrykach. Ale nim produkcja wzrośnie potrzeba czasu na jej przygotowanie. Intel mówi o sześciu, dziewięciu miesiącach. Analitycy amerykańskiej firmy doradczej AlixPartners szacują, że brak chipów zmniejszy tegoroczne dostawy aut o od 2,2-2,4 mln sztuk. To równowartość ok. 3 proc. światowej produkcji. Whirlpool, czołowy światowy producent AGD informował, że w marcu nie dostał 10 proc. zamówionych półprzewodników.

Swoje - do kłopotów z zaspokojeniem popytu - dołożył rząd USA, nakładając na Huawei sankcje. Zakazem używania nowoczesnych amerykańskich technologii objęte zostały też niektóre inne chińskie firmy, w tym kontrolowany przez rząd Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC), największy w kraju producent półprzewodników na zlecenie. Aby móc współpracować z chińskimi firmami, zagraniczne spółki muszą uzyskiwać licencje od rządu USA. A to nie jest łatwe. Orędownikiem tezy o winie USA jest Huawei. Eric Xu, rotacyjny prezes koncernu, podczas wiosennego spotkania z analitykami i mediami ocenił, że sankcje zachwiały zaufaniem w łańcuchu dostaw i wiarą w jego elastyczność, która pozwalała budować modele biznesowe oparte na zasadzie just-in-time.

Choć produkcja chipów idzie pełną parą, to są przerwy w niektórych fabach. W jednych powodem jest COVID-19, w innych - niespodziewane zdarzenia, takie jak spowodowany śnieżycami blackout w Teksasie, gdzie TSMC, Samsung, Infineon i NXP Semiconductors musieli przerwać produkcję. Jej wznowienie zajęło kilka tygodni, a firmy spodziewają się, że pełne moce teksańskie faby odzyskają w pierwszych miesiącach lata. Jak twierdzą analitycy tajwańskiej firmy badawczej TrendForce, wstrzymanie produkcji w teksańskiej fabryce Samsunga spowoduje w II kwartale 30-proc. spadek produkcji telefonów 5G.

Na Tajwanie TSMC, a także Micron sygnalizują kłopoty z dostawami wody wykorzystywanej w produkcji. Na wyspie trwa największa od 56 lat susza. W Japonii w ostatnim roku doszło do trzech pożarów w fabrykach związanych z branżą. W lipcu ub.r. ogień objął zakład wytwarzający podłoża używane przy produkcji chipów. Skutki tego pożaru, w postaci zmniejszonych dostaw, producenci chipów - m.in. Intel - odczuwali jeszcze w kwietniu br. 

W październiku ub.r. zapaliła się fabryka firmy Asahi Kasei Microdevices, w której produkowano sensory używane w motoryzacji (produkcję wznowiono w lutym 2021 r.), zaś w marcu br. palił się jeden z zakładów wytwarzającej chipy dla motoryzacji spółki Renesans Electronics. Firma odpowiada za ok. 30 proc. światowej produkcji mikrokontrolerów używanych w samochodach. Kilka tygodni zajęło przeniesienie produkcji do fabów innych producentów (w tym TSMC). Fabryka już wznowiła produkcję, a pełne moce osiągnie za kilka tygodni. 

Jak długo potrwają kłopoty z zaspokojeniem popytu? Producenci półprzewodników sądzą, że przynajmniej do końca roku. A analitycy podążają śladem tych prognoz. Kazuhiro Sugiyama z firmy doradczej Omdia, mówi jednak o kłopotach przynajmniej do końca tego roku. Niektórzy z nich starają się być mniejszymi pesymistami niż firmy: Mark Li z Sanford C. Bernstein spodziewa się, że potrwają do końca września.

Nvidia, czołowy światowy producent procesorów graficznych (GPU), które ze względu na moce obliczeniowe wykorzystywane są nie tylko w komputerach, ale także np. w kopalniach bitcoinów, początkowo liczył, że problemy zakończą się po I kwartale 2021 r. Wraz z publikacją wyników za pierwsze trzy miesiące tego roku firma twierdzi, że niedobory potrwają przynajmniej do końca tego roku. Nvidia zaznacza, że stale zwiększa produkcję GPU.

Tajwański TSMC, największy światowy producent półprzewodników na zlecenie, którego faby produkują dla takich firm jak Apple i Qualcomm mówi wprost, że ten rok nie będzie ostatni. Ocenia to na podstawie składanych przez klientów zamówień, które z nawiązką przekraczają jego moce produkcyjne wykorzystywane dziś dzięki różnym zabiegom organizacyjnym w ponad 100 proc. By sprostać popytowi tajwański producent ogłosił, że tegoroczne nakłady inwestycyjne wyniosą 30 mld dolarów. To o trzy czwarte więcej niż w 2020 r. i więcej niż wstępnie planowane na ten rok 25-28 mld dolarów.

Także światowy numer jeden - Intel - mówi o 2022 r. jako spodziewanym terminie zakończenia kłopotów z zaspokajaniem popytu. Bardziej optymistycznie na sytuację patrzy tajwański Acer, piąty światowy producent komputerów. W jego opinii, problemy z chipami do komputerów średniej klasy zelżeją już w II połowie roku.

BIZNES INTERIA na Facebooku i jesteś na bieżąco z najnowszymi wydarzeniami

W zaspokojeniu popytu mają pomóc przede wszystkim nowe i już prowadzone inwestycje. Intel zadeklarował, że wyda 20 mld dolarów na budowę dwóch fabryk w Arizonie. Faby mają produkować półprzewodniki także na zamówienie innych firm. Z kolei TSMC, które w maju ub.r. zapowiedział wydanie na budowę fabu w Arizonie 12 mld dolarów, wiosną tego roku ogłosiło, że w ciągu trzech lat zainwestuje 100 mld dolarów w zwiększenie mocy produkcyjnych, w tym w USA. Niemiecki Infineon w lutym ogłosił, że nieznacznie zwiększa planowane w tym roku inwestycje i przyspiesza uruchomienie nowej fabryki w Austrii. Ma ruszyć w III kwartale i produkować chipy m.in. dla motoryzacji.

Do tych rynkowych zapowiedzi, które wynikają m.in. z biznesowych ocen, że konsumpcja półprzewodników w najbliższych latach będzie rosła, bo rynek półprzewodników za sprawą 5G i komputerów o dużych mocach obliczeniowych wszedł w fazę wieloletniego wzrostu, dochodzą jeszcze działania i zapowiedzi działań rządów.

Administracja Joe Bidena w lutym nakazała agendom rządowym działania zmierzające do zwiększenia krajowej produkcji chipów i szuka poparcia w Kongresie i Senacie dla projektu przeznaczenia 37 mld dolarów z publicznych pieniędzy na zwiększenie produkcji chipów w USA. Podczas rozmów z rządem dotyczących zwiększenia produkcji szefowie Samsunga i SK Hynix zaproponowali, by przyznano im wakacje podatkowe w wysokości 50 proc. wartości nowo wybudowanych budynków fabrycznych, czy centrów R&D.

Ponadto niezależnie od siebie rząd USA i Unia Europejska ogłosiły koncepcje półprzewodnikowej samowystarczalności. Taki plan od kilku lat realizowany jest w Chinach pod auspicjami tamtejszych władz państwowych. W ocenie Marka Liu, prezesa TSMC, są "ekonomicznie nierealne". Także autorzy raportu SIA i BCG ocenili, że jest to nieuzasadniony ekonomicznie pomysł. Według ich prognoz branża na inwestycje i R&D wyda w ciągu 10 lat 3 bln dolarów. Tymczasem jak wyliczyli, gdyby Europa, USA i Chiny (konsumują odpowiednio 25 proc., 32 proc. i 24 proc. światowej produkcji półprzewodników) miały być samowystarczalne, to łącznie musiałby wydać na dojście do takiego stanu ok. biliona dolarów, a potem co roku od 40-105 mld dolarów (ta wielkość zależy od fazy cyklu koniunkturalnego i rozwoju technologii).

W rozpisaniu na głosy wstępne inwestycje w Chinach wyniosłyby 175-250 mld dolarów, w USA 350-420 mld dolarów i w Europie 240-330 mld dolarów, a roczne wydatki to odpowiednio 5-15 mld dolarów, 10-30 mld dolarów i 25-60 mld dolarów. Według autorów raportu nacjonalizm półprzewodnikowy spowodowałby wzrost cen półprzewodników o 35-65 proc., a w ślad za tym cen urządzeń sprzedawanych konsumentom końcowym. Zamiast tego proponują dotacje i ulgi podatkowe, które miałyby pozwolić na korekty w łańcuchu dostaw i przesunięcie części mocy produkcyjnych do USA czy Europy. Dziś np. najbardziej zaawansowane chipy (technologie od 10 nm w dół) produkowane są tylko w Korei (8 proc.) i na Tajwanie (92 proc.), co czyni produkcję wrażliwą na kryzysy i konflikty geopolityczne, a także na katastrofy naturalne. Z kolei 40 proc. ogółu światowych mocy produkcyjnych ulokowane jest w Chinach.

Jak wyliczyli autorzy raportu, w USA rządowe granty i ulgi podatkowe warte 20-50 mld dolarów pozwoliłyby przełamać spadkowy trend w półprzewodnikowych inwestycjach w USA, a w przypadku, gdyby wyniosły 50 mld dolarów pozwoliłyby osiągnąć pokrycie krajowych potrzeb w najbardziej zaawansowanych typach chipów. Po stronie producentów, którzy nie mają fabów, sposobem na kłopoty z produkcją jest dywersyfikacja partnerów, z usług których korzystają. Tą drogą podążają tajwańskie MediaTek, Elan Microelectronics i Realtek Semiconductor.

Z kolei firmy wykorzystujące półprzewodniki zaczęły decydować się na długoterminowe umowy z producentami. Tą drogę wybrał w ostatnich tygodniach m.in. niemiecki Bosh, dostawca podzespołów do fabryk aut, który podpisał 10-letni kontrakt z SK Hynix. Podobne kontrakty - według nieoficjalnych informacji - mają niemiecki Continental i koreański Hyundai Mobis.

Tomasz Świderek

Dziennikarz specjalizujący się w tematach szeroko rozumianej branży telekomunikacyjnej i nowych technologii.