Световният недостиг на чипове развълнува цялата планета. У нас за темата се говори малко, въпреки че тя ни удари по джобовете със същата сила, както и на запад. Липсата на полупроводници изстреля цените на колите и на почти всички технологични джаджи, които вече са ни нужни всеки ден.

И въпреки че засяга всеки от нас, темата все още рядко се прокрадва в нашето (или поне моето) онлайн пространство.

Всъщност, за чипове напоследък говореше основно една определена група хора. Може би пък се оказаха прави тъкмо онези, които очакваха с всяка ваксина добрият стар Бил Гейтс да ни имплантира и чип, и именно оттам дойде този неприятен недостиг?

А сега сериозно. Нека заедно потърсим отговорите на някои интересни въпроси. Как така изведнъж свършиха чиповете? Защо този проблем удари дори най-големите? Ще доведе ли той до постоянно покачване на цените на всичко, свързано с техниката, или е временно явление?

Може ли да се възползва от тази ситуация… българската индустрия, както са убедени специалистите от Професионалната асоциация по роботика и автоматизация?

Снимка: Laura Ockel, Unsplash

Чипчето си отива

Миналата година беше тежко изненадваща с всичко, което ни се случи покрай пандемията. 2021-а пък изненада по подобен начин технологичните гийкове. Първо стана трудно да се сдобиеш с най-новите игрови конзоли, с дълго чаканите видеокарти от ново поколение.

После дойде ред на на баш баровците, нямащи търпение да подкарат новата си „Тесла“ по жълтите павета. Луксозното возило на Мъск, както и моделите на другите водещи автопроизводители, също продължават да страдат от тази криза. Производствата драматично изостанаха, в чакане на чиповете започнаха да се трупат щети за милиарди.

Не пострадаха само богатите страни и хора. Заради всичко това се срина пазарът на нови автомобили, мнозина се наложи да запазят старите си возила и изведнъж цените на любимите у нас коли „втора младост“ също се изстреляха нагоре по-бързо от ракета на милиардер (единствените возила, които не пострадаха от тази криза).

После започнаха да се появяват проблеми с почти всички технологични продукти. Някои нови модели се забавиха с месеци, други се оказаха с по-несъвършен хардуер, а трети… просто поскъпнаха.

Та нали познаваме микрочиповете толкова отдавна? Човечеството ги произвежда и усъвършенства повече от половин век, как стигнахме до тази шантава ситуация?

Няма вече чипове, компове

Дали ги наричаме „чипове“, „микрочипове“ или „полупроводници“, в случая става дума за едно и също.

В света на технологиите, като наречеш нещо „ракетна наука“ (rocket science), имаш предвид, че няма нищо по-сложно и неразбираемо. На български му казваме също, че „е ядрена физика“. Е, производителите на чипове често се шегуват, че само при тях „ракетна наука“ не е този обичаен идиом. Защото тяхната работа е дори по-сложна от ракетостроенето по много причини.

Последните две години промениха толкова драстично живота ни, че ще има да го оценяваме с десетилетия. Да, коренът на проблема и при чиповете е онова малко, гадно вирусче, от което ни писна на всички, няма да му казвам името. То порази и чиповете, защото го хвана страх, че ще ги сложат във ваксините, насочени срещу него, така ли?

Прощавайте отново за шегата. Ковид (и/или мерките срещу него) ни затвориха задълго вкъщи и проправиха пътя на прословутата нова ера на хоумофиса (и колегата му, „хоумскуула“). Изведнъж много хора се наложи да купуват електроника, за да могат да си вършат работата. При това не в един град, държава или регион, а по целия свят.

Търговската мрежа не се огъна. Не се огънаха и складовете, и производителите, в крайна сметка всички се сдобиха с търсената стока.

После всички трябваше да усилят темпото, защото кризата се проточи.

Снимка: Louis Reed, Unsplash

Малкото чипче обърна каруцата

Има едно нещо, което обединява производителите на какъвто и да било артикул, свързан с дигиталните технологии днес: каквото и да правят, те разчитат за това на… да, точно така, на чипове. Оказа се, че световните мощности просто не са готови да поемат огромното търсене. Да, пазарът на чипове растеше планомерно през годините, през 2018-а и 2019-а продажбите им се увеличаваха с по 5-6%, докато дойде 2021-а и през май те изведнъж се оказаха с 26% повече в сравнение с година по-рано.

„Тази година полупроводници, догодина проводници“, гласи претърканата шега от едни толкова динозавърски времена. Както стана дума обаче, производството на чипове, малките пластинки, изработвани от полупроводникови материали, е адски тънка работа. Изграждането на нови мощности е не само скъпо, но и се случва много бавно.

Допълнителна трудност се оказаха и ресурсите. Суровините, от които се правят чиповете, са разнообразни, някои са много специфични и се добиват на много малко места по света.

После проблемът се завъртя като лавина.

Няма хляб? Яжте чипове!

Автомобилните производители бяха свили мощностите си, защото в първите месеци на (няма да кажа какво) никой не се вълнуваше от пътувания. Дори хората, които си бяха поръчвали коли, масово ги отказваха, магистралите стояха пусти, градовете бяха затворени. Човешкият ум бързо забравя гадните неща, но само преди година и нещо всеки, който искаше да отиде от София до Перник, трябваше да има основателна причина и бележка, за да го направи.

Скоро нещата се промениха, хората се почувстваха (или пък наистина бяха) отвързани, поръчките за нови автомобили полетяха. За щастие на автомобилните производители… или не, защото те вече „бяха изпуснали реда си“ в доставките на микрочипове. Трябваше отново да се наредят на опашката, доста по-дълга и скъпа от тази за банани във времената от „шегичката“ с проводниците.

Така, и без това претърпелите доста загуби от (няма да кажа кое) фирми, изведнъж се оказаха с много сериозни нови загуби, точно тогава, когато изглеждаше, че са на път отново да загладят косъма. До момента загубата на автомобилната индустрия се оценява на поне 47 милиарда долара и продължава да расте всеки ден.

Снимка: Nic Wood, Pexels

Къде изчезнахте, чудни чипове?

Смятайте колко беше прецакана ситуацията, след като дори „Епъл“, най-големият световен купувач на полупроводници с ежегоден бюджет от 58 милиарда долара, бяха принудени да отложат с два месеца дълго рекламирания „Айфон 12“ заради чиповете.

Още по-показателна е историята на втория най-голям купувач… „Самсунг“. Компанията също отложи представянето на новия флагман сред телефоните си, въпреки че същевременно тя е и… вторият най-голям производител на микрочипове.

От „Форд“ пък решиха, че ще произвеждат колите си, без да слагат чипове и едва след това ще направят преработка, за да добавят и тях.

Чип и Дейл

Темата не отекна у нас, за разлика от света. Сред приоритетите на Джо Байдън в първата година от управлението му все по-често се говори за масирана кампания, при която САЩ да започнат да изграждат мащални фабрики за чипове. Дори Европейският съюз, след доста убедителен призив на 13 страни членки, преди броени дни определи като приоритет създаването на екосистема за производство на полупроводникови елементи.

Проблемът е толкова сериозен, че може би дори у нас, ако временно спрем с политиката, ще се организира движение за преструктуриране на селските ракиджийници във фабрики за чипове?

И пак, оставяйки шегата, значи няма какво да се притесняваме и проблемът скоро ще бъде решен?

Е, и с (онова, за което не ми се пише никак) уж щеше да е така. Изолираме се и ще отмине. Ваксинираме се и всичко ще бъде наред. Все още не е наред. По всичко личи, че скоро няма да бъде и по отношение на чиповете. Ето защо.

Снимка: Slejven Djurakovic, Unsplash

Чипове в почивка

Повечето специалисти предполагат, че нещата ще се нормализират през втората половина на следващата година или в началото на 2023-а. Други смятат, че кризата ще се превърне в перманентна. Прогнозите в тази област не са по силата и на най-професионалните пророци, защото условията са динамични, а самата работа – тъкмо обратното, прецизна, бавна и консервативна.

Фирмите в този бранш, най-общо, се делят на такива които проектират и произвеждат микрочипове, и други, които ги купуват и само ги обработват за конкретните нужди на производствата.

В първата група попадат не чак толкова много големи играчи и повечето от тях идват от Югоизточна Азия. Тайванската компания „Ти Ес Ем Си“ (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) и южнокорейските „Самсунг“ и „Хиникс“ са най-големите и известни в този бранш, държейки огромна част от пазара. „Интел“ е след малкото изключения в списъка – те създават сами голяма част от своите чипове за разлика от „Енвидия“, които ги проектират, но нямат сериозни собствени ресурси за производство.

Номерът на тайванката

Така компании като „Епъл“, „Енвидия“ и „А Ем Де“ са пряко зависими от производствата на „Ти Ес Ем Си“ и „Самсунг“.

Огромна част от около 1,4 милиарда процесори на смартфони всяка година са направени с чипове на „Ти Ес Ем Си“. „Интел“ пък държи 80% от пазара при процесорите.

Днес 3/4 от производството е в Тайван, Южна Корея, Китай и Япония. И неслучайно пак започваме с Тайван – със сигурност това е водещата държава в бранша. А определено, ако се интересувате от световната политика през последните 50 години, ще знаете, че островът е особено щекотлива тема за Китай, за САЩ, за битката между суперсилите.

Американците произвеждат едва около 10% от чиповете, които се използват в страната. През 1990 г. 37% от световното производство се е падало на САЩ, докато сега са едва около 12%.

Снимка: Nic Wood, Pexels

Микропр…ецакване

Дълго време ѝ казвахме „Силиконовата долина“, у нас си се обича силиконът, но истината е, че тя дължи името си на силиция, материала, който направи възможно създаването на микрочипове.

С риск да се повторя, става дума за много, много сложно производство. Каквато и да е нова мощност в полупроводниковата индустрия се пуска средно за две години.

Пластината на всеки полупроводник се изработва страшно бавно и прецизно. Понякога, при най-сложните чипове, общият процес може да обхване 700 и дори 1400 отделни стъпки. Нужни са до 20 седмици, понякога се използват около 300 различни суровини, групирани в повече от 100 слоя върху малкото чипче.

Във фабриките силицият се обработва така, че да се превърне в огромен цилиндър, който се реже свръхпрецизно на пластинки, най-често с диаметър от 30 сантиметра. Те биват полирани и полирани дълго и прецизно, преди да станат безупрэечно съвършено (ама наистина съвършено) равни. После отново ги разрязват на по-малки чипове и започва същинската работа, докато се постигнат търсените функции.

Чипирани мисли

Фабриките за чипове спокойно могат да служат за декор на фантастични филми. Само се замислете какво значи производство на миниатюрна част, което включва над 1000 стъпки и отнема 4 месеца.

1400 стъпки. Дори ако 99% от тях са направени по съвършения начин, а само 1% имат минимална грешка, после чипът заминава в кофата. Нужно е всяка крачка да бъде извървяна прецизно.

За да работи ефективно фабриката, трябва поне 90% от всички, произведени от нея чипове, да отговарят на това съвършенство, иначе седмиците, изгубени в произвеждането им, „изяждат“ печалбата.

Заради това, в заводите за чипове трябва да се поддържа дори по-съвършена чистота, отколкото в операционните зали. Всяка прашинка може да струва милиони долари.

Изграждането на съвсем базово производство, което да създава по около 50 000 чипа на месец, може да струва до 15 милиарда долара. За да оправдаят скъпото и сложно оборудване, фабриките работят денонощно, без почивен ден.

Снимка: Pete Linforth, Pixabay

Страшно микро чипове

Именно това е направило пазара такъв, какъвто е. Събран в няколко големи фирми в определена част от света, които са инвестирали и работили дълго и упорито, за да си заслужат позициите. Нещо като британската ливада, но от високотехнологичните времена.

Към всичко това добавяме и трудностите с набавянето на всички нужни суровини.

Дотук събирахме вкупом всички чипове, но както с всяка друга стока, и тук има сериозна разлика в качеството на отделните продукти.

Огромната трудност при чиповете е в рамките на всеки от тях да се съберат колкото може повече транзистори. Първият състезател на „Интел“, 4004, е представен през 1971 г. и „приютява“ 2300 транзистора в точки с нищожните размери от 10 микрона, което е 10 милионни от метъра. Днес двата големи състезателя създават и точки от 5 нанометра, 5 милиардни от метъра, или 0,005% от ширината на човешки косъм. Отделните транзистори по размер стават по-малки дори от вирус.

На практика цялото производство на най-фините чипове, изградени от „възелчета“ с размер 5-10 нанометра, е в Тайван и Южна Корея. Другаде просто нямат експертиза за създаването им и е почти невероятно това да се промени в близко бъдеще.

О, чипче, къде си?

Много компании са амбицирани да се справят бързо с проблема. „Ти Ес Ем Си“ обявиха, че ще инвестират 100 млрд. долара за три години в нови мощности. „Интел“ са отделили „скромните“ 20 милиарда за две нови фабрики, те за първи път ще създават чипове и за други компании, сред които и „Амазон“.

Изведнъж се активизираха и правителствата, които преди никак не се интересуваха от полупроводници. Всички заговориха за самодостатъчност, може би, предусещайки, че това е отворена ниша, която може да носи много приходи. На фона на сумите, анонсирани от източните играчи, също не са кой знае какво 50-те милиарда долара, планирани като инвестиция от САЩ за подпомагане на местните фирми.

Създаването на подобна прецизна фабрика е тънка работа, голямо значение има опитът. Затова е значително по-вероятно големите азиатски играчи да се справят добре с разширяването на мощностите, отколкото западът да навакса тежкото си изоставане.

Чип по чип

За финал остана една много интересна гледна точка към темата: дали и как България може да превърне тази световна криза в неочаквана възможност?

ЕС са амбицирани през 2030-а да създават 20% от световната продукция на полупроводници. А къде идва мястото на нашата страна? Не е тайна, че имаме огромни постижения в тази област, който, за съжаление, през последните десетилетия бяха на практика забравени и задраскани…

Някои експерти казват, че кризата ще приключи през 2022-а, други – че ще стане перманентна. България, във времената на грубоватата шега с проводниците, беше сред водещите производители на микрочипове.

Как стоят днес нещата?

Йонко Чуклев

Розовата vs. Силициевата долина

Професионалната асоциация по роботика и автоматизация (ПАРА) е организация, която си е поставила за цел да популяризира българските успехи в тези области. А заедно с това – да работи за това тези успехи да бъдат повече.

В световния недостиг на чипове ПАРА вижда и големи възможности за България, казва зам.-председателят на организацията Йонко Чуклев.

„У нас работят много компании, които са пряко свързани с тази индустрия“, казва той. „Тук имаме „Милара“, компания, която е в световния топ 10 в производството на роботи за полупроводниковата индустрия. Имаме „Смартком“, от които преди няколко години „Глобал Фаундерис“, един от хегемоните в индустрията, придоби половината екип. Тук са „Мелексис“, които тази година инвестират 75 милиона евро в завода си за чипове в Горубляне; „Страйпс“, които правят превантивна поддръжка на един от големите производители на чипове… У нас работи цяла мини екосистема, която има много сериозен потенциал!“.

Същевременно, смята Йонко Чуклев, у нас почти не се говори по темата за чиповете и полупроводниковата индустрия. Страната ни дори не е сред 13-те в Европейския съюз, подели сериозна инициатива за стимулиране на този сектор.

…догодина полупроводници

„След като не сме видели някой да говори сериозно по тази тема, счетохме, че е важно и интересно ние да я повдигнем“, казва Йонко. Той вярва, че има ниши в полупроводниковата индустрия, които могат да се развиват в България. Че компаниите и институциите заедно е време да помислят как можем да пробием в сферата.

Ето защо темата за позиционирането на страната ни в тази огромна световна криза и възможност е водеща в предстоящия Форум за стратегии, свързани с роботиката, организиран от ПАРА.

Дали наистина имаме шанс в тази огромна световна суматоха? Чуйте още по темата от първа ръка, кажете и вие какво мислите на форума следващата сряда (29 септември). Записването е безплатно.

„Бумът на инвестициите в производство и разработка на чипове е едва в началото си, а нишовите възможности за България са реални“, убеден е Йонко Чуклев. Малките чипчета дават големи шансове, дано да се намери място там и за нашата индустрия.