Питер Эрл | Великая нехватка полупроводников

Кремний — это сырая нефть эпохи цифровых технологий. Ежегодно в Китае, России, Норвегии, США и других странах добываются миллионы метрических тонн кремния, большая часть которых используется на мировом рынке полупроводников с оборотом 500 миллиардов долларов. Кремниевые чипы, пластины и интегральные схемы являются основой для оборудования на десятки триллионов долларов, на котором работает личное и бизнес-программное обеспечение, устройства проводной и беспроводной связи, бытовая электроника, автомобильные компоненты, промышленные технологии и другие важные процессы по всему миру.

Производство полупроводников состоит из сети узкоспециализированных фирм, задействованных в многоступенчатом производственном процессе. Это производство также сильно зависит от предприятий, которые создают сверхточное оборудование для изготовления микросхем. Хотя сам кремний является металлоидом и, соответственно, простым биржевым товаром, микросхемы, в которых он используется, очень отличаются друг от друга в диапазоне от базовых микроконтроллеров до высокопроизводительных процессоров, причем каждый из этих продуктов редко имеет заменители.

“Это не ракетостроение — это намного сложнее”, — утверждает одна из отраслевых шуток… Производство чипа обычно занимает более трех месяцев и требует наличия гигантских фабрик, чистых помещений, машин стоимостью в несколько миллионов долларов, расплавленного олова и лазеров. Конечная цель — превратить кремниевые пластины — элемент, извлеченный из простого песка — в сеть из миллиардов крошечных переключателей, называемых транзисторами. Транзисторы образуют основу схемы, которая и сделает ваш телефон, компьютер, автомобиль, стиральную машину или спутник тем, чем они должны быть.

В 2020-м году мир столкнулся с нехваткой микросхем, которая еще больше усугубилась в 2021 году. Эта нехватка в той или иной степени затронула примерно 169 отраслей. Достаточно небольшое количество фирм накапливали чипы в ожидании именно такого случая, но подавляющему большинству предприятий, для которых полупроводники являются ключевым фактором, пришлось сократить выпуск. Как и многие другие неприятности, неадекватные поставки полупроводников являются следствием нескольких причин, в первую очередь, политических просчетов.

 

Начало неомеркантилизма

Две меры, предпринятые администрацией Трампа заложили основу для нынешней нехватки микросхем. Первая была реализована в 2018 году, когда

Соединенные Штаты ввели 25-процентную пошлину на полупроводники, импортируемые из Китая. Как утверждалось, причина состояла в том, что недобросовестная торговая практика Китая наносит ущерб целому ряду компаний с головными офисами в США, в том числе в полупроводниковой промышленности. Действия правительства по принципу “око за око” привели к введению новых тарифов, покрывающих объем торговли более 450 миллиардов долларов, или более половины торговли между двумя странами к концу 2019 года [.]

Это привело к снижению мировой выручки от производства полупроводников на 12% в период с 2018 по 2019 год. Но вскоре последовали новые меры:

возможно, наиболее экономически разрушительный для отрасли конфликт начался в 2019 году, когда ряд мер экспортного контроля США нацелился на глобальную цепочку поставок полупроводников. Первоначально политика США была мотивирована соображениями национальной безопасности. Ограничение продаж полупроводников в США было направлено на то, чтобы удержать Huawei — китайскую компанию из списка Fortune global 500, чье оборудование 5G правительство США рассматривало как угрожающее критически важной сетевой инфраструктуре, — от доступа к точкам, необходимым для производства базовых станций. Экспортный контроль США не сработал: Huawei закупала полупроводники у компаний на Тайване и в Южной Корее. Соединенные Штаты отреагировали введением нового экспортного контроля и пригрозили заблокировать нишевое оборудование и программное обеспечение, предоставляемые более мелкими американскими фирмами этим иностранным компаниям, если [они] не прекратят продажи Huawei.

Поскольку в связи с локдаунами были введены ограничения на количество людей, работающих в помещениях, многие предприятия по производству полупроводников стали эксплуатироваться с минимальной загрузкой бригад. Темпы производства микросхем, и без того замедленные тарифами, начали снижаться еще быстрее.

Фактор стимулюса

Всего через несколько недель после повсеместного введения пандемической политики (изоляция, запрет на пребывание вне дома, требования социального дистанцирования, обязательное ношение масок и т. д.) примерно на 162 миллиона банковских счетов поступили первые чеки “стимулирования”, которые в итоге составили примерно 271 миллиард долларов. С тех пор было произведено несколько дополнительных стимулирующих выплат, и вдобавок к этому Американский план спасения от ковида продлил федеральные выплаты по безработице до 6 сентября 2021 года.

Налоговая служба (IRS) будет выплачивать 3600 долларов в год на каждого ребенка в возрасте до пяти лет и 3000 долларов в год на каждого ребенка в возрасте от шести до 17 лет. С 15 июля ежемесячные выплаты будут производиться до декабря 2021 года, а оставшаяся сумма будет выплачена, когда получатель подаст налоговую декларацию за 2021 год. Размер пособия не будет зависеть от текущего налогового бремени получателя. Другими словами, соответствующие требованиям семьи получат полную сумму, независимо от того, сколько они должны в виде налогов. Выплаты начнут постепенно сокращаться, если их годовой доход превышает 75 000 долларов для физических лиц и более 150 000 долларов для супружеских пар. Более щедрый кредит будет применяться только в 2021 году, хотя Байден заявил о своей заинтересованности в продлении его до 2025 года.

Помимо невероятной безрассудности государственной политики, которая жестко ограничивает предложение востребованных иностранных товаров с помощью тарифов и сразу же после этого снабжает безработных потребителей средствами для их покупки, фискальное перераспределение в целом, несомненно, сыграло важную роль в обострении дефицита полупроводников в последние шестнадцать месяцев.

Проблема удаленного доступа

Уже в январе 2020 года начался массовый переход сотрудников от работы в офисе к работе на дому, а вместе с ним и скачок спроса на ноутбуки и другие бизнес-технологии. Кроме того, по всей стране закрылись школы, и многим родителям пришлось приобретать или модернизировать домашние компьютеры. Исследование Гарвардской школы бизнеса показало, что почти 80% крупных и 45% малых компаний в прошлом году перешли на удаленную работу, а в 93% домохозяйств есть дети школьного возраста, использующие ту или иную форму дистанционного обучения. Другая часть увеличения спроса вызвана попытками справиться со скукой: полупроводниковые интеллектуальные телевизоры с возможностью цифровой потоковой передачи, планшеты, телефоны и другие развлекательные технологии.

В 2020 году было приобретено более 302 миллионов компьютеров: на 13% больше, чем в 2019 году, и это самое большое количество с 2014 года. Но возникла загвоздка: всплеск спроса случился не так, как обычно, — в течение года, с ожидаемым увеличением в конце лета ( с началом учебного года) и после Дня Благодарения (для праздничных подарков) — а в марте и апреле. И из-за этой спешки нехватка микросхем обострилась еще больше, а цены на потребительские товары выросли. “Веб-камера, которая обычно стоит 50-60 долларов, сейчас стоит около 100 долларов, а док-станция, которая должна стоить около 180 долларов, стоит 320 долларов на Amazon Prime”, при этом многие товары быстро заканчиваются на складе, как сообщило NBC News в апреле 2020 года.

В нескольких юрисдикциях внезапный и сильный скачок цен на гаджеты вызвал разговоры о незаконном завышении цен. Это не привело к судебным искам со стороны правительства поскольку ноутбуки, планшеты и другие подобные продукты не относятся к категории важных для сдерживания распространения Covid-19.

Игровые консоли, такие как Microsoft Xbox и Sony PS5 (Playstation 5), начали исчезать с полок магазинов и со складов интернет-магазинов. Приставки и так были популярными товарами, а перспективы более длительных периодов изоляции (от “всего двух недель” до бесконечности) сделали игровые системы особенно востребованными. К Дню Благодарения 2020 года цены на консоли стремительно росли, при этом PS5 продавались на некоторых аукционных сайтах по цене до 2000 долларов, что в несколько раз превышает рекомендованную производителем розничную цену.

Производство и продажа автомобилей

К середине весны 2020 года все последствия локдаунов, социального дистанцирования и тому подобного для многих предприятий стали совершенно очевидны. Когда автосалоны начали сообщать об отмене продаж и о целых днях без единой продажи, производители автомобилей начали отменять свои заказы. Как и ожидалось, изначально резко упали продажи новых автомобилей. Но в течение нескольких недель, благодаря введению сделок с нулевым процентным финансированием и множеству других стимулов, а также стимулирующему финансированию правительства, спрос на новые автомобили резко вырос. Предложение и производство были застигнуты врасплох.

 

Дилеры быстро опустошили запасы наиболее желаемых марок и моделей автомобилей. Однако во многих случаях, эти запасы не восполнялись, так как многие автомобили в средних стадиях производства не были укомплектованы из-за отсутствия чипов для управления аккумулятором, помощи при вождении, подключения и множества других функций, составляющих достижения автомобильной промышленности последних двадцати лет. Ярким свидетельством кризиса производства является наличие у Ford огромных запасов автомобилей, ожидающих полупроводников на автодроме Кентукки. Тысячи, а возможно, и десятки тысяч машин, скопившихся там в ожидании кремниевых чипов, хорошо видны из космоса.

Toyota, которая благодаря предвидению или удаче заранее накопила полупроводниковые чипы, смогла произвести и продать достаточно автомобилей, чтобы частично удовлетворить внезапный спрос. Во втором квартале 2021 года компания впервые обошла GM как продавца автомобилей номер один в США. Ford сообщил о падении продаж новых автомобилей на 27% по сравнению с прошлым годом (с 2020 по 2021 год), и аналитики предсказывают что, по текущим оценкам, количество запланированных, но не произведенных автомобилей может вырости с 477000 до 1,1 миллиона к концу 2021 года.

Поскольку новые автомобили исчезли и их запасы не были восполнены, подскочили цены на подержанные автомобили. ИПЦ за май 2021 года показывает, что цены на подержанные автомобили выросли примерно на 30% в годовом исчислении.

Огонь и вода

В июле 2020 года случилась первая из ряда “стихийных” напастей, которые еще больше разрушили механизмы глобальных цепочек поставок полупроводников: на заводе Nittobo в Фукусиме, Япония, вспыхнул пожар. Поскольку этот завод играет ключевую роль в производстве стекловолокна для печатных плат (ПП), повреждения от огня и подавления пламени привели к падению выработки на этом предприятии как минимум на 20%. Три месяца спустя, в восьмистах милях к югу от этого места, на заводе полупроводников Asahi Kasei Microdevices (AKM) в городе Нобеока вспыхнул еще один пожар. Аналитики охарактеризовали этот пожар, который бушевал в течение трех дней, как “прерывание цепочки поставок для многих конечных продуктов [.]”

А в марте 2021 года пожар в здании Renesas Electronics в Хитачинаке, Япония, полностью уничтожил 17 машин для производства микросхем и “чистую комнату”. По оценкам, для полного восстановления ущерба потребуется до шести месяцев.

 

Между тем необычно спокойное лето и осень 2020 года в Тихом океане и в Филппинском море, где обычно бывает три или четыре тайфуна ежегодно, привели к засухе на Тайване. По некоторым оценкам, это самая сильная засуха в стране с 1964 года. Само по себе это не вызовает особого беспокойства, до тех пор, пока мы не обратим внимание на то, что Тайвань является ведущим в мире рынком литья полупроводников, а производство микросхем — это особенно водоёмкая процедура.

Тайваньский ведущий производитель полупроводников и крупнейший в мире контрактный производитель микросхем, Taiwan Semiconductor Manufacturing Ltd. (TSMC)… использует более 150 000 тонн воды в день, [объемом] примерно 80 стандартных бассейнов… Из-за засухи для поддержания производства TSMCи другим производителям полупроводников необходимо больше водовозов. Предполагается, что TSMC потратит более 23,69 миллионов евро [около 28 миллионов долларов] на водовозы в этом году, что превысит первоначальное бюджетное планирование. Глобальное предложение пострадало, поскольку… [а] микрочипы, вероятно, будут становиться все реже и реже.

Последствия нехватки воды (как и многое другое сегодня) привели к оппортунистической демагогии. В частности, утверждается, что незамеченной причиной проблем с производством микросхем на Тайване является изменение климата, а компании, которые сильно зависят от тайваньских литейных заводов (включая Apple, Qualcomm и Nvidia), призывают диверсифицировать свои источники поставок.

Как есть

Полностью игнорируя рикардианское понятие сравнительных преимуществ, в июле 2020 года

Сенат США одобрил Закон FY2021 National Defense Authorization Act (NDAA), который содержит поправку, принятую ранее на этой неделе, с небольшими дебатами и с разницей в 96-4, которая обеспечит миллиарды долларов новой федеральной поддержки для полупроводниковой промышленности в США, в первую очередь налоговые льготы и гранты на строительство новых отечественных производственных мощностей. Палата представителей приняла аналогичный закон с аналогичной поправкой ранее на этой неделе, поэтому теперь закон будет вынесен на конференцию, где, как ожидается, субсидии сохранятся.

Целью ура-патриотического закона “CHIPS” (“Создание полезных стимулов для производства полупроводников для Америки”) является “[обеспечить] лидерство [США] в будущем проектировании, производстве и сборке передовых полупроводников … [коль скоро] в Китае Коммунистическая партия стремится доминировать над всей цепочкой поставок полупроводников”. В мае 2021 года Конгресс обсуждал форму, которую должна принять такая помощь, а в июне 2021 года были приняты некоторые решения.

С незапамятных времен интервенционизм приводил к непредвиденным последствиям. Социальное дистанцирование и ограничение мощностей на ранних этапах пандемии так или иначе привели бы к снижению выпуска полупроводниковых чипов. Но что касается проблем национальной безопасности, первым делом следует обсудить извечный вопрос о том, с помощью чего лучше всего достичь целей — с помощью рынков или государственной бюрократии.

Что касается кремниевого фронта торговой войны между США и Китаем, Институт международной экономики Петерсона задает риторический вопрос:

Было бы более рациональной стратегией США сохранить “зависимость” Китая от американских полупроводников? Предположим, американским компаниям разрешили продавать все, кроме самых сложных микросхем, но правительство США сохранило свои ограничения на продажу в Китай оборудования для производства полупроводников и программного обеспечения EDA [Electronic Design Automation]. Американские полупроводниковые компании, по крайней мере, могли бы сохранить доходы и прибыль, чтобы продолжать финансировать свои собственные НИОКР без необходимости в федеральных субсидиях. Без иностранных ресурсов китайские производители не смогли бы перейти на более мелкие и быстрые микросхемы на технологической границе, чем требуют многие отрасли промышленности.

С точки зрения потребителя, из-за продолжающегося дефицита во многих областях в течение нескольких месяцев сохранятся высокие цены на электронные дивайсы. Как сообщалось в технических, деловых и отраслевых изданиях, ценовые эффекты нехватки микросхем начинают более широко проявляться в персональных компьютерах. По состоянию на конец июня 2021 г.

за последние два месяца подскочили цены на популярные модели лаптопов, а также нв другую электронику. По данным Keepa, сайта, отслеживающего цены, цена на ноутбук, предназначенный для видеоигр, сделанный тайваньским производителем ASUSTek Computer Inc., который Amazon называет своим бестселлером, в этом месяце выросла с 900 до 950 долларов. В начале июня цена популярного Chromebook от HP Inc. выросла до 250 долларов с 220 долларов. HP повысила цены на потребительские ПК на 8%, а цены на принтеры более чем на 20% за год.

Один крупный розничный торговец сообщил о повышении цен на товары с полупроводниковыми компонентами на 15% в 2021 году, а другой прокомментировал: “Некоторые компоненты теперь стоят на 40% дороже”. Благодаря шокирующим ценникам покупатели теперь начинают осознавать, что даже тостеры содержат кремниевые чипы.

 

На автомобильных рынках, материализовались совершенно необычные ценовые отклонения. В последнее время было опровергнуто распространенное мнение о том, что новый автомобиль сразу и безвозвратно теряет часть своей цены, когда его задние колеса покидают стоянку автодилера. Почему?

[Некоторые] подержанные автомобили и грузовики стоят даже больше, чем когда они были новыми. Что делает ваш Jeep Wrangler, Subaru Ascent или Honda Civic более ценным, чем он был, когда он был новеньким год назад, так это тот простой факт, что он существует. Это автомобиль, который уже построен в то время, когда существует огромный спрос на автомобили и внедорожники, а запасов недостаточно для удовлетворения этого спроса из-за перебоев в поставках важнейших компьютерных микросхем.

Если традиционно подержанный автомобиль в среднем стоит на 11% меньше, чем сопоставимый новый автомобиль, то сейчас этот средний показатель снизился примерно до 3%. В некоторых случаях цены на подержанные автомобили превосходят цены на новые автомобили. По состоянию на прошлый месяц подержаный Kia Telluride продается на 8% выше, чем новый. То же самое демонстрируют GMC Sierras (более 6%), Toyota Tacomas (более 5%) и Mercedes Benz G-Class (более 4%).

На периферии кроются и другие неприятные факторы, которые угрожают усугубить существующий недостаток полупроводников. Из-за так называемого Delta-варианта Covid-19 блокировки на нескольких крупных китайских судоходных предприятиях (Шэньчжэнь, третий по величине в мире, и Гуанчжоу, пятый по величине в мире) привели к времени ожидания грузовых судов для отправки от двенадцати часов до шестнадцати дней.

Здесь можно найти сугубо техническое обсуждение того, как уменьшить нехватку микросхем.

Неокончательные выводы

Кремний стал очень важным элементом в человеческой жизни. Если от углерода, азота, кислорода и нескольких других элементов зависит сама жизнь, то от кремния зависят человеческие инновации. Огромный рост производительности, обусловленный постепенным совершенствованием технологий, неумолимо привел к повышению уровня благосостояния. В тщательно спроектированных конфигурациях кремний сделал достижимыми когда-то немыслимые границы в вычислениях, анализе и управлении данными и передаче информации. Действительно, очень легко упустить из виду невероятный союз физики, инженерии и экономики, который представляют собой полупроводники, и приписать их повсеместность простоте.

В начале 2020 года предсказание того, что распространение респираторного вируса приведет к нехватке ресурсов, составляющих саму основу всех современных технологий, звучало бы нелепо. Но нефармацевтическое вмешательство государства, геополитические споры, перераспределение доходов, внезапные изменения в структуре работы и их побочные эффекты привели именно к этому.

Никто, и уж тем более я, не может точно предсказать, когда, где и как нормализуется нынешний массив ценовых искажений и дефицита. Понимание изощренности современной торговли требует осознания легкости, с которой любое дело может быть разрушено, казалось бы, безобидной политикой.

Оригинал статьи

Перевод: Наталия Афончина

Редактор: Владимир Золоторев

Источник