Kryzys na rynku półprzewodników. Sytuacja zmienia się z dnia na dzień

"Cały świat polega na tym, co tutaj produkujemy" – stwierdził mimochodem jeden z pracowników fabryki, w której powstają "wafle", na które składają się procesory. Nie mylił się. Najlepiej pokazały to ostatnie miesiące. Brak półprzewodników sprawia, że samochody wyjeżdżają bez pewnych części wyposażenia bądź nie wyjeżdżają na drogi w ogóle - bo nie ma skąd wziąć odpowiedniej elektroniki.

– Sprzedawca powiedział mi wprost: albo biorę to, co stoi na placu, albo czekam na samochód co najmniej kilka miesięcy - mówi Krzysztof, który poszukiwał dla siebie SUV-a segmentu B. – To były i tak optymistyczne prognozy. Wybrałem nawet nieźle wyposażony egzemplarz, ale nie jest to topowa specyfikacja ze wszystkimi bajerami – dodaje. Problem widzą i klienci, i sprzedawcy.

– Nie wiem, kiedy zamówione przeze mnie samochody w ogóle zostaną wyprodukowane – mówi jeden z handlowców u polskiego dilera Škody. Praktycznie cała branża "stoi". Powód jest prosty i pokazuje, jak bardzo jesteśmy uzależnieni od elektroniki. Producenci nie mogą kupić półprzewodników, a raczej układów elektronicznych, które są jednymi z najbardziej zaawansowanych rzeczy zrobionych przez człowieka.

Półprzewodniki to dość swobodne określenie materiałów – krzemu, germanu i ich związków – wykorzystywanych przy produkcji tranzystorów. Te z kolei są kluczowe przy budowie procesorów, które trafiają wszędzie – również do aut. Elektroniczny mózg działa na informacjach z tranzystorów – ciągu zer i jedynek – gdy przewodzą (bądź nie) prąd. Brzmi prosto? To teraz wyobraźcie sobie, że bramka, przez którą płynie prąd, może mieć zaledwie 22 nanometry. Jeden nanometr to jedna milionowa milimetra. Średnica ludzkiego włosa mierzy ok. 100 tys. nanometrów. To oznacza, że takich tranzystorów nie można wyprodukować z dnia na dzień.

– Półprzewodniki znajdziemy we wszystkich urządzeniach, z których dziś korzystamy – tłumaczy Arkadiusz Stando z WP Technologie. Krzemowe obwody logiczne są produkowane w fabrykach, gdzie nie można fotografować nawet najmniejszego zakamarka, a same procesory wymagają środowiska tak czystego, że obecność człowieka na sali nie jest pożądana. Cała operacja sterowana jest z zupełnie innego budynku.

"Wyprodukowanie współczesnego procesora wymaga połączenia ze sobą kilkudziesięciu milionów ścieżek na powierzchni milimetra kwadratowego. Przypomina to operację na otwartym mózgu przy pomocy łyżki do wyważania opon" – pisał Tomasz Bryja z WP Technologie, który jako jeden z nielicznych miał okazję zobaczyć fabrykę chipów Intela w Izraelu.

Jak zauważył Rafał Orłowski na łamach Automotive Suppliers Review, problemy w dostawach elektroniki do samochodów wynikają nie tylko z kryzysu koronawirusowego, ale i systemu dostaw. Produkcja komponentów i pojazdów odbywa się w systemie "just-in-time", czyli poszczególne elementy pojawiają się w fabryce w ściśle określonym czasie i liczbie. Drastycznie zmniejsza to koszty magazynowania zapasów. Jest tylko jeden problem – taki system jest bardzo wrażliwy na wszelkie przestoje. O podobnym problemie można było mówić w 2010 roku, gdy obudził się wulkan Eyjafjallajökull, a ruch lotniczy stanął.

– Jakby tego było mało, Nvidia i AMD wydały wręcz rewolucyjne pod względem wydajności nowe serie kart graficznych pod koniec 2020 i na początku 2021 roku – zauważa Arkadiusz Stando. – Ich wydajność energetyczną docenili "górnicy" kryptowalut.

Kryptowalut, czyli wirtualnych pieniędzy. Ich pozyskiwanie, czyli "kopanie", polega na rozwiązywaniu zagadek. Mówiąc najprościej: każda transakcja pomiędzy dwoma osobami jest zapisywana na wielu komputerach w wyjątkowo zaszyfrowanej formie, czyli "zagadce". Z każdym dniem jej trudność rośnie, a karty graficzne świetnie radzą sobie z ich rozwiązywaniem. Tak zarabia się kolejne monety. Komputery zajmujące się taką kryptografią to "koparki", a ich użytkownicy to "górnicy". Jeden bitcoin, będący najpopularniejszą cyfrową walutą, kosztuje dziś 125 tys. zł. W połowie 2016 roku kosztował ok. 2,5 tys. zł. Nic dziwnego, że o koparki walczą wszyscy.

– To też przełożyło się na dramatyczny wzrost cen kart graficznych (nawet o kilkaset procent), a w efekcie całej branży półprzewodników. Bo "górnicy" są w stanie zapłacić astronomiczne kwoty za ten sprzęt. W większości karty nawet nie wyjeżdżają z Chin – dodaje Stando.

– Trzeba też zwrócić uwagę na czas powstawania jednego chipa. Zajmuje to nawet kilka tygodni, a w zależności od zaawansowania samej jednostki nawet miesiące – wyjaśnia Stando. Obecnie największy problem stanowi stworzenie linii produkcyjnych, które buduje się latami, a ich koszty są ogromne. Bosch na nową fabrykę układów logicznych pod Dreznem wydał miliard euro, co jest największą inwestycją w historii firmy.

Europa to tylko 9 proc. rynku półprzewodników, choć jeszcze 30 lat temu to Stary Kontynent rozdawał karty. Dziś rządzą Tajwan, Korea Południowa, Stany Zjednoczone. Może się wydawać, że skoro mamy sporo ponad 10 producentów na rynku, zmiana dostawcy jest łatwa. Zajmuje jednak sporo czasu: przygotowanie odpowiedniej specyfikacji "wafla", z którego wycinane są poszczególne moduły, to nawet rok – o ile w ogóle jego produkcja będzie technicznie możliwa.

O ile bowiem zwykły wyświetlacz danych można "postawić" na nieskomplikowanych elementach (wykonanych w procesie technologicznym 180 nm), tak systemy zajmujące się bezpieczeństwem czy pracą silnika wymagają bramek mających 40 nm, a nawet 16 nm. 70 proc. branży zaopatrywało się w nie w firmie Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Wydawałoby się, że producenci motoryzacyjni są dla niej ważni, ale wg. analizy IHS Markit wszyscy razem są odpowiedzialni za 3 proc. (!) jej obrotu. TSMC skupia się na dynamicznie rozwijającej się technologii 5G.

Wrażenie robi też wycena rynku. Według World Semiconductor Trade Statistics – organizacji non-profit monitorującej handel półprzewodnikami – w przyszłym roku będzie on warty 573 miliardy dolarów, podczas gdy jeszcze w 2020 roku jego wycena kształtowała się na poziomie 440 miliardów.

– Światowy przemysł motoryzacyjny stoi w obliczu wyjątkowej sytuacji – zauważa Wojciech Osoś, rzecznik prasowy koncernu Stellantis w Polsce. Widać to doskonale po zachowaniu producentów. Niektórzy rezygnują z ekranów wyświetlających obroty silnika i wracają do starszych i mniej zaawansowanych wskazówek. General Motors sprzedaje swoje auta bez automatycznego systemu start-stop.

Kiedy więc można liczyć na powrót do normalności? – Burza w Teksasie i niedawny pożar w jednej z fabryk Renesasa tylko pogarszają sytuację. [...] bardzo trudno jest dokonać wiarygodnej prognozy produkcji, ponieważ wiadomości zmieniają się każdego dnia – stwierdza Janusz Chodyła z Renault. – Szczyt niedoboru zostanie osiągnięty w drugim trymestrze, z pewnymi efektami utrzymującymi się w trzecim trymestrze – dodaje.

Ostrożnie wypowiada się też Tomasz Pyzałka ze Škody. – Zakładamy, że w najbliższych miesiącach dostępność półprzewodników będzie nadal ograniczona – stwierdza. Sama grupa Volkswagena informowała, że postara się "nadgonić" produkcję w drugiej połowie roku. – Najwyższym priorytetem jest realizacja dużej liczby zaległych zamówień na samochody – potwierdza to Axel Besser-Reguła z Audi.

Grupa Volskwagena musiała przystopować linie w Wolfsburgu, Emden, Bratysławie czy polskiej Wrześni. Mocno "oberwał" Ford, co wpłynęło na produkcję modelu Fiesta w Kolonii, jak i Transit Custom wytwarzanego w Gölcük.

Nie jest jednak tak, że każdy sprzedawca rozkłada ręce. Jak wygląda sytuacja w przypadku Mercedesa Klasy S, który jest perełką technologiczną z mikrochipami kontrolującymi niemal wszystko? – Samochody schodzą jak ciepłe bułeczki, a fabryki nie mają żadnych problemów. Zamówi pan teraz, auto przyjedzie w styczniu, ale wynika to po prostu z ogromnego popytu, a nie kwestii elektroniki – informuje jeden ze sprzedawców.

Są marki, które obronną ręką wychodzą z tego kryzysu. Grupa BMW szybko zareagowała na zawirowania i teraz nie ma większych problemów. – Dzięki wysoce elastycznemu systemowi produkcji i modelom czasu pracy zmiany udało się wprowadzić w stosunkowo krótkim czasie – komentuje Hubert Fronczak z BMW. Elastyczny proces produkcji pomógł też Maździe. Jak podaje Szymon Sołtysik, jedna "linia" montażowa pozwala marce "niemal w czasie rzeczywistym dopasowywać wielkość produkcji poszczególnych modeli do zapotrzebowania na rynku".

Ci, którzy szybko zareagowali na zmieniającą się sytuację, teraz spijają śmietankę. Przedstawiciele Volvo dalej potwierdzają gotowość do pobicia rekordu sprzedaży w Polsce. Toyota również nie może narzekać. Fabryki działają pełną parą, co jest tym bardziej ciekawe, że plany produkcji zakładały maksymalnie 14-procentowy udział w rynku. Japończycy mają już 17 proc. Jedyne problemy dotyczą dostawczaka, który we współpracy z koncernem Stellantis produkowany jest we francuskiej fabryce.