Yritysjohtajat sekaantuvat varsin harvoin ulkopolitiikkaan ja puoltavat selkeästi omaa maataan konfliktitilanteessa. Maailman suurimman mikrosiruja valmistavan yhtiön Taiwan Semiconductor Manufacturing Companyn (TSMC) hallituksen puheenjohtaja Mark Liu teki kuitenkin juuri niin amerikkalaisen televisiokanava CNN:n haastattelussa elokuussa, kun hän varoitti Kiinaa hyökkäämästä Taiwaniin.
– Sodassa on vain häviäjiä, ei voittajia, Mark Liu sanoi. Hänen mukaansa TSMC:n tehdas ei pysyisi toiminnassa sodan syttyessä.
– Pitkälle kehitetyssä tuotantolaitoksessa tarvitaan materiaalien, kemikaalien, suunnitteluohjelmien ja diagnostiikan vuoksi reaaliaikaisia yhteyksiä ympäröivään maailmaan, eli Eurooppaan, Japaniin ja USA:han.
Haastattelun ajankohtana Kiina järjesti mittavia sotilasharjoituksia reaktiona USA:n edustajainhuoneen silloisen puhemiehen Nancy Pelosin vierailuun saarella. TSMC:n hallituksen puheenjohtaja Mark Liu totesi, että hyökkäys aiheuttaisi taloudellisia ongelmia kiinalaisille yrityksille, jotka ostavat kehittyneimpiä siruja esimerkiksi iPhoneissa, iPadeissa ja kannettavissa tietokoneissa käytettävän elektroniikan valmistusta varten.
Analyytikot puhuvat Taiwanin piikilvestä eli siitä, että Kiina ja muu maailma ovat vahvasti riippuvaisia kehittyneimmistä 5 nanometrin mikrosiruista, joissa TSMC:n markkinaosuus on huikeat 92 prosenttia. Monopoliasema on aidosti maailmanlaajuinen, sillä loput 8 prosenttia siruista valmistaa eteläkorealainen Samsung muistilaitteita varten, ei siis prosessoreihin kuten TSMC.
Tanskalainen mikrosirujen asiantuntija ja Tanskan teknillisen korkeakoulun (DTU) Nanolab-tutkimusyksikön (National Centre for Nanofabrication and Characterization) johtaja Jörg Hübner vahvistaa, että hyökkäys aiheuttaisi Kiinalle vakavia ongelmia. Kiina ei kykenisi pitämään TSMC:n tehtaita käynnissä.
– Kiina ampuisi itseään jalkaan, sillä maan yritykset tarvitsevat paljon TSMC:n siruja, joiden tuotanto siis keskeytyisi. Kiinalaiset osaisivat ehkä korjata tehtaassa ilmenevät yksinkertaiset viat, mutta eivät monimutkaisempia vikoja, joiden korjaaminen vaatii varaosia. Lisäksi laitteiden, kemikaalien ja piikiekkojen logistiikkaketjut katkeaisivat, sillä miehitettyyn Taiwaniin kohdistuisi pakotteita, Hübner sanoo.
MIKROSKOOPPINEN MITTAKAAVA
- Mikrosirujen koon mittayksikkö on nanometri (nm) – metrin miljardisosa – jota käytetään atomimittakaavassa.
- Tällä hetkellä uusinta uutta ovat 5 nm:n sirut, joihin mahtuu 7 miljardia transistoria eli kytkintä, mutta johtavat yritykset pystyvät mahdollisesti valmistamaan 2 nm:n siruja vuonna 2025 ja 1,4 nm:n siruja vuonna 2027.
- Äärettömän pientä kokoa valaiseva esimerkki: 50 nm:n kokoisia kirjaimia kirjoittavalla koneella saataisiin mahdutettua Raamattu 2 000 kertaa riisinjyvän pinnalle.
Lähteet: Jörg Hübner, DTU Nanolab, Samsung.com, TSMC
Suurvallat kilpailevat kehittyneimmistä siruista
Toimituskriisi sekä Kiinan ja Taiwanin/USA:n väliset konfliktit ovat johtaneet maailmanlaajuiseen kilpailuun siitä, mitkä maat pystyvät varmistamaan haluttujen 5 nm:n sirujen saatavuuden. Mikä ehkä vielä tärkeämpää, entistä kehittyneempien sirujen tuotannossa halutaan onnistua.
EU:ssa ja USA:ssa on otettu käyttöön lakeja, joissa säädetään useiden kymmenien miljardien eurojen määrärahoista oman mikrosirutuotannon luomiseksi ja kehittämiseksi. Tuotantoa tuetaan mittavilla veronalennuksilla ja tukipaketeilla. Myös Kiina investoi erittäin aggressiivisesti omaan siruteollisuuteensa.
SUURVALLOILTA KYMMENIÄ MILJARDEJA EUROJA SIRUNVALMISTUKSEEN
- EU:n sirusäädöksellä on tarkoitus saada liikkeelle yli 43 miljardia euroa investointeja Euroopan siruteollisuuden laajentamiseen vuoteen 2030 mennessä. Suurin osa rahoituksesta on jo budjetoitu, mutta EU:n ja jäsenmaiden on saatava kokoon vielä noin 10 miljardia euroa. Investoinneilla pystytään rakentamaan kolme uutta tehdasta ja kenties kasvattamaan EU:n markkinaosuus 10:stä 20 prosenttiin. Sirujen kysynnän odotetaan kaksinkertaistuvan vuoteen 2030 mennessä.
- USA:n Chips and Science Act -laissa säädetään 280 miljardin dollarin investoinneista. Valkoisen talon mukaan laki on kannustanut yrityksiä vielä noin 53 miljardin dollarin omiin investointeihin.
- Kiina käyttää yli kolmasosan kaikista mikrosiruista ja investoi amerikkalaisen toimialajärjestö SIA:n ja OECD:n mukaan voimakkaasti omaan siruteollisuuteensa. Kiina ohjaa suuria summia valtion kassasta ja investointipankeilta etenkin mikrosirujen tutkimus- ja kehitystyöhön.
Lähteet: whitehouse.gov, EU:n komissio, Semiconductor Industry Association (SIA)
Kiina ei saavuta omavaraisuutta helposti
Jörg Hübner kertoo, ettei mikään maa voi yksinään luoda aidosti omavaraista siruteollisuutta. Tuotanto on äärimmäisen monimutkaista ja siihen tarvitaan sadoittain eri puolilla maailmaa toimivia yrityksiä, jotka ovat erikoistuneet tuotannon eri osa-alueisiin.
Äärimmäinen puhtaus on ehdoton vaatimus, sillä pölyhiukkanen tai aivan pienet tärähdykset voivat vaarantaa tuotannon. Korkealuokkaisen mikrosirun valmistus kestää 90 päivää ja sisältää yli sata prosessia.
– Kaikki maat haluavat torjua globaalistumista ja luoda omaa tuotantoa. Kytkökset ovat kuitenkin vahvat ja tuotanto on äärimmäisen globaalia. Euroopassa ei voida valmistaa mikrosiruja täysin itsenäisesti, eivätkä siihen pysty myöskään Kiina ja USA. Jokaisella maalla kannattaa kuitenkin olla jotakin muille tärkeää, millä se voi käydä vaihtokauppaa, Hübner sanoo.
Hän ei ole huolissaan siitä, että Kiina panostaa omaan tuotantoon.
– Kiina haluaa tehdä kaiken itse, mutta se on todella vaikeaa. Tuotanto on pitkälle kehitettyä ja monimutkaista, ja monopoliasemassa olevia tavarantoimittajia on paljon, Hübner sanoo.
Hän lisää, että piirisuunnittelun ja ohjelmistojen kehitys on keskittynyt USA:han, josta yritykset eivät voi viedä tuotteita Kiinaan.
– On epäselvää, pystyykö Kiina tuottamaan suuria sirumääriä. Muut maat ovat riippuvaisia Taiwanista, mutta siellä ei valmisteta varsinaisia työkaluja sirujen tuotantoa varten. Siispä myös Taiwan on riippuvainen muista.
Toimialajärjestö SIA arvioi, että jos jollakin alueella haluttaisiin aloittaa omavarainen korkealuokkaisten sirujen tuotanto, tarvittaisiin vielä 1 000 miljardin dollarin investoinnit.
RAKETTITIEDETTÄKIN MONIMUTKAISEMPAA
- Kehittyneiden mikrosirujen tuotannossa käytetään miljardien dollarien arvoisia koneita.
- Niillä työstetään 300 mm:n paksuisia piikiekkoja käyttäen useita äärimmäisen puhtaita kemikaaleja ja kaasuja, jotka mahdollistavat sekä virran johtamisen että eristämisen.
- Lisäksi käytetään pinnoitetta, joka tekee pinnasta herkän ultraviolettivalolle.
- Yksi keskeisistä prosesseista on ultraviolettivalon heijastaminen peilien ja eräänlaisten suojusten avulla päällysteen pinnalle. Sen jälkeen voidaan poistaa kalvon osia ja saada siten aikaan johtavia ja eristäviä alueita.
- Sen jälkeen pinnat altistetaan erilaisille kaasuille niin sanotuissa plasmareaktoreissa, ja sirut saavat näin tietyt käyttötarkoituksensa mukaiset erityisominaisuudet.
- Näitä prosesseja toistetaan satoja kertoja, jolloin saadaan lukemattomia päällekkäisiä kerroksia.
- Lopuksi muodostuu metalliyhdisteitä, jotka liittävät yhteen aikaansaadut miljardit transistorit.
- 5 nm:n siruja sisältävän piikiekon valmistus kestää jopa 90 päivää. Sen jälkeen se leikataan, ohjelmoidaan, testataan ja pakataan.
Hollannilla monopoli EUV-litografiassa
Hollantilainen ASML on esimerkki siitä erikoistumisesta, jonka vuoksi itsenäinen tuotanto on lähes mahdotonta.
ASML on kehittänyt menetelmän, jolla heijastetaan äärimmäisen pieniä rakenteita mikrosiruille röntgensäteilyä muistuttavan niin sanotun extreme ultraviolet -valon avulla. Kehittämisessä olivat mukana tutkimuslaitokset sekä TSMC, Samsung ja Intel, ja ASML:llä on nykyään monopoliasema näissä koneissa. Uusimmat koneet maksavat noin 3 miljoonaa euroa.
– Yhtiöllä on periaatteessa vain kolme asiakasta eli TSMC, Samsung ja Intel, Jörg Hübner sanoo ja kuvailee menetelmän monimutkaisuutta:
– Tavallisen valon avulla ei päästä valon aallonpituutta pienempiin rakenteisiin, ja siksi ASML valitsi extreme ultraviolet -valon, jonka aallonpituus on vain 13,5 nm. Valonlähde muodostettiin nestemäisen tinapisaran avulla. Sitä käsitellään laserilla, jolloin tina höyrystyy ja lähettää valoa halutulla aallonpituudella.
Myös toimialajärjestö SIA mainitsee ASML:n esimerkkinä. ASML investoi laitteiden kehittämiseen 8 miljardia dollaria, ja siihen tarvittiin yli 100 000 komponenttia 5 000 tavarantoimittajalta eri puolilta maailmaa.
Toimituskriisi käynnistää omien tehtaiden suunnittelun
Toimituskriisi avasi hallitusten silmät tarpeelle rakentaa ja lisätä kotimaista tuotantoa. Pula mikrosiruista kuritti muun muassa autonvalmistajia, jotka tosin käyttävät myös vähemmän kehittyneitä mikrosiruja aina 100 nm:n siruihin. Autoteollisuus ei voi muiden mikrosiruja sisältävien tuotteiden valmistajien tapaan yksinkertaisesti siirtyä käyttämään muita saatavilla olevia siruja.
– Vaihto ei onnistu siksi, että kaikki ohjelmistot on suunniteltu tietylle mikrosirulle, ja suunnittelu vie paljon henkilötyövuosia. Ei myöskään tiedetä, toimisiko uusi siru tuotteessa samalla tavalla kuin entinen tai myydäänkö sekin loppuun. Sitten on vielä huolehdittava esimerkiksi autonomisten järjestelmien testauksesta, valvonnasta ja etenkin sertifioinnista, Jörg Hübner sanoo.
Analyytikot kertovat, että ympäri maailmaa on nousemassa paljon uusia tehtaita. SIA:n mukaan siruteollisuudessa oli vuonna 2021 suunnitteilla 39 uutta tehdasta, joista on rakenteilla yli 10. Vuonna 2022 julkistettiin vielä lisää tehdashankkeita.
Uusien tehtaiden suuri määrä johtaa todennäköisesti ylituotantoon.
– Kymmenen vuoden kuluttua tehtaita on tasaisemmin ympäri maailmaa. Sirut halpenevat, ja sirunvalmistuksessa voi syntyä ylikapasiteettia, Hübner sanoo.
UUSIA SIRUTEHTAITA NOUSEE VAUHDILLA
- Amerikkalainen Intel rakentaa noin 17 miljardin euron arvoista tehdasta Saksaan Magdeburgiin ja neuvottelee Italian kanssa noin 4,9 miljardin euron arvoisesta tehdashankkeesta. Lisäksi Intel rakentaa Irlantiin tehtaan noin 12 miljardilla eurolla ja USA:han noin 17,5 miljardilla eurolla.
- Eteläkorealainen Samsung ja taiwanilainen TSMC rakentavat molemmat oman tehtaan Texasiin USA:han. Samsungin hankkeen arvo on nyt noin 16 miljardia euroa ja TSMC:n noin 12 miljardia euroa.
- Japani suunnittelee tehdasta yhteistyössä amerikkalaisyritysten kanssa.
- Saksalainen Infineon otti syyskuussa 2021 Itävallassa käyttöön noin 1,6 miljardia euroa maksaneen sirutehtaan. Infineon on mm. autoissa käytettävän tehoelektroniikan markkinajohtaja.
- Saksalainen Bosch investoi lähivuosina sirunvalmistukseen noin 3 miljardia euroa.
Artikkelissa esitetyt maita, yhtiöitä ja/tai rahastoja koskevat näkemykset eivät ole Nordean antamia suosituksia. Keskustele aina sijoitusneuvojasi kanssa ennen sijoituspäätöksen tekemistä.
