Puslaidininkių pramonė ir globalizacijos galia: JAV ir Kinija konkuruoja dėl mažyčių komponentų

(Scanpix nuotr.)
(Scanpix nuotr.)
  © Alfa.lt
The Economist | Žurnalas IQ
2019-01-27 17:58

Supervalstybių politika gali pradėti griauti pažangą, kuri buvo pasiekta lustų pramonėje

Silicio slėnis, JAV technologijų branduolys, vardą gavo iš cheminio elemento, kuris nepaprastai svarbus mikroprocesorių gamybai. Šiandien daugiausia dėmesio pritraukia tokios slėnio įmonės kaip „Facebook“, „Google“ ir „Apple“, garsėjančios programine įranga ir dailiais įrenginiais, o ne lustais, be kurių niekas neveiktų. Bet XX a. 6–7 dešimtmetyje būtent Silicio slėnyje tobulinti tokie išradimai kaip tranzistorius ir integrinis grandynas, padėję kompiuteriams, anuomet – nepatikimoms kambario dydžio mašinoms, virsti kišenėje telpančiais patogiais įrenginiais. Tuo pasinaudojusios suklestėjo ir šiandienos technologijų milžinės.

Nūnai mikroprocesorių rasi visur – nuo automobilių ir skalbimo mašinų iki naikintuvų. Duomenis renkanti „World Semiconductor Trade Statistics“ skaičiuoja, kad 2017 m. lustų rinkos vertė siekė 412 mlrd. JAV dolerių – 21,6 proc. daugiau nei ankstesniais metais. Bet elementarūs skaičiai neatspindi tikrosios lustų gamybos svarbos. Antai vertinama, kad pasaulinio e. komercijos sektoriaus metinės pajamos viršija 2 trln. JAV dolerių. Jei duomenys – naujoji nafta, tai lustai – vidaus degimo varikliai, suteikiantys duomenims apčiuopiamą naudą.

Išplitus lustams iškerojo milžiniška pasaulinė pramonė. Šiandieninius mikroprocesorius sudaro milijardai komponentų, jie gaminami pažangiausiose gamyklose, kurių statyba kainuoja dešimtis milijardų dolerių. Tai, kad tokius įrenginius apskritai įmanoma pagaminti, liudija specializacijos ir prekybos galią.

Nepaprastai sudėtingi produktai pagimdė ne mažiau sudėtingą tiekimo grandinę, apimančią tūkstančius specializuotų įmonių, veikiančių visame pasaulyje. JAV Puslaidininkių pramonės asociacija skaičiuoja, kad vienas iš asociacijos narių turi per 16 tūkst. tiekėjų, iš jų daugiau kaip 8,5 tūkst. veikia svetur. Lusto gamybai reikalingos žaliavos ir dalys išmaišo visą pasaulį, kol virsta išmaniojo telefono smegenimis, automobilio ABS ar tūkstančiais kitų produktų.

reklama

Dvi jėgos stumia puslaidininkių pramonę į rampų šviesą. Viena iš jų – geopolitika. Kinijai taikantis į technologijose karaliaujančių JAV vietą ir abiem šalims vis pikčiau varžantis, lustams nesaldu. Kita jėga – fizika. Kova dėl technologijų bręsta istoriniu metu: 50 metų pažangos kursą brėžė Moore’o dėsnis, kad kas dvejus metus į lustą telpančių komponentų skaičius padvigubėja, o sykiu maždaug tiek pat išauga skaičiuojamoji galia. Bet šis dėsnis ima išsikvėpti, ir nebeatrodo, kad sektoriaus laukia tokia tvarkinga ir užtikrinta ateitis, kaip ankstesniais laikais.

Elektroninė politika

Pradėkime nuo geopolitikos. JAV jau seniai mano, kad pirmauti lustų gamyboje yra gyvybiškai svarbus strateginis punktas. Kai Silicio slėnyje, kuris Pentagono globai už egzistavimą turi dėkoti ne mažiau nei rizikos kapitalistams, lustai išvydo šviesą, vienas iš pirmųjų jų pritaikymų buvo branduolinių raketų valdymo sistemose. 2017 m. Baltųjų rūmų ataskaitoje žodžiai nevyniojami į vatą: „Pati pažangiausia puslaidininkių technologija yra <...> kritiškai svarbi gynybos sistemoms ir JAV karinei jėgai.“

Kinija taip pat mano, kad lustai – nepaprastai svarbūs jos ateičiai. 2014 m. šalyje įsteigtas Nacionalinis investicinis integrinių grandynų pramonės fondas, finansuojantis puslaidininkių pramonės MTEP. Vienas iš nacionalinėje programoje „Pagaminta Kinijoje – 2025“, kuria siekiama stiprinti aukštųjų technologijų sektorius, iškeltų tikslų – didinti vietinę gamybą. Kinija nori, kad vietinės lustų gamybos pramonės pajamos, 2016 m. siekusios 65 mlrd. JAV dolerių, 2030 m. pasiektų 305 mlrd. ir vietiniai tiekėjai patenkintų didumą vidinės lustų paklausos (šiandien patenkina tik apie trečdalį).

reklama

Kinijai pasikėsinus į šią teritoriją, JAV neapsidžiaugė ir bando supančioti varžovę, kad ji negalėtų taip sparčiai žengti pirmyn. Antai 2015 m. JAV uždraudė Kinijos laboratorijas, kuriančias superkompiuterius, aprūpinti aukštos klasės lustais, kuriuos gamina „Intel“ – antra iš didžiausių pasaulio puslaidininkių gamintojų. Be to, daromos kliūtys Kinijos įmonėms pirkti amerikiečių bendroves.

Išmaniuosius telefonus ir telekomunikacijų įrangą gaminančiai kinų įmonei ZTE pažeidus susitarimo sąlygas dėl neteisėto technologijų eksporto į Iraną, Donaldo Trumpo administracija amerikiečių įmonėms šiemet trumpam uždraudė parduoti jai komponentus. ZTE, kurios pajamos siekia 16 mlrd. JAV dolerių, prekiauja gaminiais visame pasaulyje, bet pagal licencijas naudoja kelių amerikiečių įmonių sukurtą lustų architektūrą, taigi atkirtus šį šaltinį per vieną naktį liko paralyžiuota. Bankroto išvengta tik JAV prezidentui D. Trumpui netikėtai sutikus atšaukti draudimą.

Byranti architektūra

JAV taip pat kaltina Kiniją pramoniniu šnipinėjimu. Lapkričio 1 d. prokurorai kinų lustų gamintojai „Fujian Jinhua Integrated Circuit“ ir jos partnerei, taivaniečių „United Microelectronics Corporation“, oficialiai pareiškė kaltinimą pavogus verslo paslaptis iš stambios amerikiečių įmonės „Micron“. Pareigūnai nepaliaujamai trimituoja, kad pavojinga naudoti Kinijoje pagamintą įrangą, nes būgštaujama, jog per ją į Kiniją gali plaukti neskelbtina informacija. Spalio 12-ąją du senatoriai viešai įspėjo Kanadą neleisti stambiai kinų elektronikos gamintojai „Huawei“ dalyvauti planuose kurti šalies sparčiojo 5G mobiliojo ryšio tinklus. Lapkritį Naujoji Zelandija neleido mobiliojo ryšio operatorei „Spark“ numatomame 5G tinkle naudoti „Huawei“ įrangos. O lustai įtraukti į D. Trumpo prekybos karą su Kinija, kuris vyksta per muitus. Be kitų prekių, JAV muitai rugpjūtį padidinti ir jiems.

reklama

Į tokius veiksmus Kinija atsakė atšiauresniu elgesiu. 2018 m. lustus projektuojanti amerikiečių „Qualcomm“ atsisakė planų perimti olandų NXP, konkurencijos reguliuotojams Pekine užvilkinus sprendimą. Kinijos valdžia taip pat tiria, ar JAV ir Pietų Korėjos atminties lustų gamintojos, įskaitant „Micron“, nebuvo susitarusios dėl kainų.

JAV kaišant pagalius Kinijai į ratus, gali tik sustiprėti pastarosios ryžtas. Dar neseniai greičiausias pasaulyje buvo kinų superkompiuteris „TaihuLight“, stovintis Nacionaliniame superkompiuterijos centre Usi, netoli Šanchajaus. Pasak superkompiuterių eksperto Jacko Dongarros iš Tenesio universiteto, visi kompiuterio lustai „ShenWei 26010“ (iš viso 40 960) suprojektuoti Kinijoje. Eksperto teigimu, draudimu tiekti „Intel“ produkciją iš esmės pasiekta tik to, kad „našiosios kompiuterijos tyrimams Kinija pradėjo skirti dar daugiau pinigų“. Kuriami „TaihuLight“ įpėdiniai su pažangesniais lustais.

Prekybos karas ir stiprėjantis jausmas, kad JAV ir Kinijos varžymasis dvelkia priešiškumu, neigiamai atsiliepia vienam iš sudėtingiausių ir labiausiai globalizuotų pasaulio sektorių. „Toms lustus gaminančioms įmonėms pastaruosius trisdešimt metų buvo kalbama, kad globalizacija – puiku, – sakė Paulas Triolo iš politinės rizikos klausimais konsultuojančios „Eurasia Group“. – Dabar tai staiga – nacionalinio saugumo problema, ir joms reikia bandyti prie to prisitaikyti.“

Nebus lengva pertvarkyti milžinišką, sparčiai augantį ir pasauliniam ūkiui gyvybiškai svarbų sektorių. Iš pradžių lustų gamintojos pačios vykdė visus proceso etapus. Bet 1961 m., kai „Fairchild Semiconductor“ pradėjo rinkti ir bandyti produktus Honkonge, kur buvo pigios kvalifikuotos darbo jėgos, padėtis pradėjo keistis. Augant lustų sudėtingumui tendencija įsibėgėjo, ir specializuotos įmonės perėmė daugiau gamybos procesų. Taip susiformavo painus žvaigždynas iš tūkstančių įmonių, kurias galima grubiai suskirstyti į tris kategorijas (žr. diagramą): projektavimo, gamybos ir gatavo produkto surinkimo.

reklama


Matant neapdirbto silicio kelią iki gatavo lusto nesunku suprasti, kad tiekimo grandinės gali būti nepaprastai sudėtingos. Viskas gali prasidėti Apalačų kalnuose, kur yra kokybiškiausių silicio dioksido klodų. Iškastas smėlis gali būti siunčiamas į Japoniją, kur „išauginami“ gryno silicio strypai. Jie vėliau pjaustomi į standartines 300 mm skersmens plokšteles, kurios siunčiamos į lustų gamyklą – gal Taivane, gal Pietų Korėjoje. Ten Nyderlanduose pagaminta fotolitografijos įranga ant plokštelių suformuojama tam tikra struktūra.

Struktūra priklausys nuo lusto architektūros, galbūt sukurtos britų bendrovės ARM. Bet ją gali papildomai pakoreguoti viena iš daugelio ARM licencijuotų įmonių, pritaikydama konkrečiai paskirčiai. Gautą dirbinį iš graviruoto silicio reikia įdėti į gerai pažįstamą keraminį arba plastikinį korpusą, kurių rasi visose įrangos plokštėse. Paskui eilė bandymams. Jie gali būti atliekami Kinijoje, Vietname arba Filipinuose.

Į aukštesnes grandis

Gauta detalė dedama į spausdintinę plokštę – galbūt jau kitoje šalyje. Tai bus vienas iš daugelio komponentų, vežamų į Meksikoje, Vokietijoje, Kinijoje ar kitur veikiančias gamyklas, kur bus įdėtas į pramoninį robotą, išmanųjį elektros skaitiklį, o gal – vieną iš milijonų kompiuterių, dorojančių duomenis debesyse.

reklama

Pasak Jiang Xu iš Honkongo mokslo ir technologijos universiteto, pirmuosius žingsnius šiame sektoriuje Kinijos pramonė žengė žemesnės vertės grandyse. Ji iki šiol stipriausia gatavų lustų surinkimo srityje. Būtent joje specializuojasi tuzinai Šanchajaus apylinkėse, Jangdzės deltoje veikiančių įmonių. Pavadinimai (JCET, „Tianshui Huatian“, TFME) gal bus negirdėti, bet šios įmonės uždirba milijardus dolerių.

Dabar, kai Vakarų įmonėms minėtoje srityje sunku išsiversti be Kinijos, o jos vidaus rinka sparčiai auga, šalis imasi projektavimo ir gamybos. Ji jau nusitaikė į žemesnįjį šios rinkos segmentą. „Samsung“, „Intel“, „Apple“, „Taiwan Semiconductor Manufacturing Company“ (TSMC) ir panašios įmonės projektuoja arba gamina galingus, brangius lustus išmaniesiems telefonams, debesijos sistemoms. „Bet 75–80 proc. puslaidininkių nėra pačios aukščiausios klasės produktai“, – teigė Lenas Jelinekas iš tyrimų bendrovės „IHS Markit“. Lustai, skirti plokščiaekraniams televizoriams, buitiniams maršrutų parinktuvams ir išmaniesiems įrenginiams, iš kurių, įprastus daiktus aprūpinus jutikliais ir interneto ryšiu, formuojamas daiktų internetas, „laisvai gali būti gaminami Kinijos įmonių“.

Kinijos įmonės pradeda sėkmingai veikti ir aukštesnės vertės grandyse. „Huawei“ valdoma „HiSilicon“ ir valstybinė įmonė „Tsinghua Unigroup“ pagal pajamas patenka į pasaulinį lustus projektuojančių įmonių dešimtuką. „HiSilicon“ lustų serija išmaniesiems „Kirin“ – ne prastesnė už tai, ką gali suprojektuoti Vakarų įmonės.

Moore’o saulėlydis

reklama

Tokiu būdu Kinija sukaupė žinių bagažą, todėl nuo užsienio priklauso mažiau, nors ne visiškai išsilaisvino. Anot Jiang Xu, kol kas Kinijos įmonės dažnai modifikuoja ARM sukurtą architektūrą. Jau įsitvirtinę mobiliojoje kompiuterijoje, ARM lustai gali įsiviešpatauti ir kituose išmaniuosiuose įrenginiuose, jungiamuose į daiktų internetą, be to, įmonė taikosi į galingų debesijos lustų rinką. Vis tik ARM – britų bendrovė, neseniai nupirkta stambios japonų įmonės „SoftBank“. Abi šalys – artimos JAV sąjungininkės.

Aukščiausios klasės lustų gamybos segmente, kuris pats sudėtingiausias, Kinijai sekasi sunkiau. Šalies naujokėms tenka varžytis su technologine prasme bauginamai toli išsiveržusiomis senbuvėmis, kurių inžinieriai ne vieną dešimtmetį sunkiai dirbo kaupdami patirtį. „Realiai puslaidininkių pramonės esmė – pasikartojantys mokymosi ciklai“, – tvirtino L. Jelinekas. „Kirin 980“ buvo pirmas lustas išmaniesiems, pagamintas taikant septynių nanometrų technologiją; kol kas mažesnių variantų nėra. Kadangi Kinijoje nėra reikiamas technologijas turinčių gamyklų, „HiSilicon“ (kaip ir konkuruojančioms amerikiečių įmonėms „Apple“ ir „Qualcomm“) lustus gamina taivaniečių TSMC.

Gali būti, kad išsikvepiantis Moore’o dėsnis padės pažaboti Kinijos užmojus. Visada buvo aišku, jog dėsnis negalios amžinai. Kaskart sumažėjus lusto komponentams gaminti darosi vis kebliau ir brangiau. Pamačius pažangiausių gamyklų kainą norisi verkti. Antai Pietų Korėjoje, Pjongteko apylinkėse „Samsung“ tokią stato už 14 mlrd. JAV dolerių. Lustų gamintojai juokaudami mini antrąjį Moore’o dėsnį: kas ketvertą metų lustų gamykla pabrangsta dvigubai.


Todėl priešakinėse lustų gamybos gretose konsoliduojamasi. Konsultacijų bendrovės „McKinsey“ duomenimis (žr. grafiką), 2001 m. pažangiausią gamybos bazę siūlė 29 įmonės, šiandien – penkios. Dėl to technologijų sergėtojams iš Vakarų gali būti lengviau pristabdyti Kiniją. Gamyklas turinčios įmonės yra iš JAV arba Taivano ir Pietų Korėjos (amerikiečių sąjungininkų). Svertu gali tapti ir gamyklas įranga aprūpinančios įmonės. Antai Nyderlandų ASML po daugiau kaip dešimtmečio bandymų pagaliau sukomercino „ypatingąją ultravioletinių spindulių litografiją“, taikomą gaminant aukščiausios klasės lustus. Vakarų politikos formuotojams tai vieta, kur galima pastoti kelią.

Moore’o dėsnio saulėlydis Kinijai siūlo ir viltį. Būta šalutinio poveikio – mažėjant komponentams lustai veikė vis sparčiau. Bet Dennardo efektu pavadintas poveikis išsikvėpė jau prieš gerus dešimt metų, tad mažinant lusto komponentus šiandien naudos gaunama mažiau. Todėl, pasak lustų pramonės analitiko Linley Gwennapo, atsilikti žingsniu ar dviem nuo gamybos lyderių – mažesnė tragedija nei anksčiau.

Pasak aparatinę įrangą projektuojančio Andrew Huango, Moore’o dėsniui išsikvepiant sektorius ieško kitų būdų gaminti geresnius lustus. Pamažu pereinama nuo gamybos tobulinimo prie gudresnės architektūros ir naujų idėjų. Jei po tokių žingsnių keisis lustų gamybos sektoriaus veikimo principai, kinų įmonės gali bandyti žengti į naują, santykinai laisvą teritoriją.

Puikus pavyzdys – „HiSilicon“ lustai. Juose naudojamas itin specializuotas silicis, kad sparčiau vyktų skaičiavimai, pravartūs dar vienam svarbiam programos „Pagaminta Kinijoje“ punktui – dirbtiniam intelektui, kuriam šalis negaili pinigų. Kita perspektyvi sritis – kvantinė kompiuterija, pagrįsta kvantinės mechanikos principais, neįtikėtinai paspartinanti kai kuriuos skaičiavimus. Šiai sričiai Kinija skiria daug lėšų – kalbama, kad Hefėjuje, Anhujaus provincijos sostinėje, įrengta tyrimų laboratorija kainavo 10 mlrd. JAV dolerių. Bet tam reikės puikiai išmanyti netradicinę fiziką – superlaidininkus, jonų gaudykles, t. y. visai kitokias technologijas, nei šiandien naudoja lustų gamintojos.

Kinijai skverbiantis link priešakinių lustų gamybos linijų, JAV bando nustumti jas toliau, kad būtų sunkiau pasiekti. „Google“, „Microsoft“, IBM ir kitos amerikiečių įmonės pačios vykdo kvantinės kompiuterijos projektus. 2017 m. paskelbtoje ataskaitoje Prezidento mokslo ir technologijų patarėjų taryba rekomenduoja JAV, kad kylant Kinijai būtų geriausia negailėti investicijų, jog šalis toliau pirmautų technologijų pramonėje. Tokių siekių vedama JAV karinių tyrimų įstaiga DARPA vykdo „Iniciatyvą elektronikos sričiai atgaivinti“ – siekiama plėtoti naujas technologijas, kad privačios įmonės galėtų jas sukomercinti.

Dideliais žingsniais

Kartais tiesiog siekiama šiek tiek patobulinti esamus procesus. Minėtajai iniciatyvai vadovaujantis Williamas Chappellis kaip pavyzdį pateikia technologiją, kuri leistų nedidelėms lustus projektuojančioms įmonėms savo specializuotą silicį lengviau integruoti į stambesnių įmonių kuriamas didesnes struktūras, tokiu būdu sumažinant sąnaudas. Bet vykdant inciatyvą investuojama ir į spekuliatyvesnes sritis.

Antai tyrinėjama optinė kompiuterija, kai lustai veiktų šviesos, o ne elektros pagrindu, spintroniniai tranzistoriai, pagrįsti kvantinės mechanikos principais, ir apytikslė kompiuterija, kai taupant energiją paaukojamas skaičiavimų tikslumas.

Sukūrus dar sudėtingesnius lustus JAV gali pavykti išsaugoti vietą prie vairo. Pasak P. Triolo, tai gali pavykti lengviau, nei bandyti išardyti sektoriaus tiekimo grandines, apraizgiusias visą pasaulį. Ne visiems amerikiečiams mintis boikotuoti Kiniją atrodo priimtina. Antai įmonei „Qualcomm“ Azijos galiūnė užtikrina du trečdalius pajamų, o „Micron“ – 57 proc. Polinkis bendradarbiauti, tokioms įmonėms kaip „Microsoft“ ir „Amazon“ Kinijoje steigiant tyrimų centrus, užtikrino investicijų srautą abipus Ramiojo vandenyno. Jei siekiant kontroliuoti Kiniją būtų sukama link protekcionizmo, nukentėtų anaiptol ne tik ji.