Skąd bierze się moc wytwórcza chipów: fabryki, materiały i linia 5 godzin

"Moc wytwórcza" brzmi jak prosta liczba: ile waferów zakład przepuści w miesiącu. Nie jest nią. To łańcuch procesów, materiałów i maszyn, a sufit wyznacza najsłabsze ogniwo.

Skąd ten sufit się bierze, pokazują teksty IEEE Spectrum, Tom's Hardware, TechCrunch, CNBC, Texas Instruments i Construction Physics.

Pierwotna zautomatyzowana linia robiła to szybciej

Historia projektu SWIFT firmy IBM w IEEE Spectrum to najlepszy punkt wyjścia. Pokazuje, jak daleko branża odeszła od produkcji w ciągu jednego dnia. W 1970 roku Bill Harding, ówczesny kierownik grupy badań produkcyjnych IBM w East Fishkill w stanie Nowy Jork, zaproponował w pełni zautomatyzowaną linię do produkcji waferów. Wytwarzałaby układy scalone w mniej niż dobę. Jak zauważa IEEE Spectrum, w tamtym czasie układy scalone, takie jak pamięci RAM, powstawały zwykle w ciągu miesiąca, w trybie ruszaj i stój, przez dziesiątki ręcznych stanowisk pracy. Liczby z tego opisu IEEE Spectrum warto zapamiętać. SWIFT potrzebował średnio 5 godzin na ukończenie każdej warstwy swojego procesu produkcyjnego. Najszybsze współczesne fabryki potrzebują 19 godzin na warstwę procesową, podaje ten sam artykuł, a średnia branżowa to 36 godzin. Współczesne układy scalone buduje się z znacznie większej liczby warstw, na większych waferach, a obróbka jest bardziej złożona. IEEE Spectrum przekonuje jednak, że te czynniki nie zamykają całkowicie luki.

Zautomatyzowana linia produkcyjna Hardinga była naprawdę, istotnie szybka.

Dzisiejsze fabryki warte miliardy dolarów mierzą czas produkcji zaawansowanego układu scalonego w tygodniach, nie w dniach, podaje IEEE Spectrum. Artykuł zauważa też, że innowacje SWIFT są dziś powszechne w silnie zautomatyzowanych zakładach chipowych, ale jego czasu realizacji nigdy nie wyrównano. To użyteczny sposób czytania deklaracji o mocach wytwórczych: produkcja fabryki jest funkcją tego, ile warstw potrafi przetworzyć i jak szybko, a nie tylko tego, jak duży jest budynek.

Programy krajowe dodają moce, nie warstwy

Rządy konkurują dziś bezpośrednio mocami wytwórczymi. 15 lipca 2026 roku TechCrunch poinformował, że Indie przedstawiły program wsparcia produkcji telefonów komórkowych o wartości 625 mld rupii (około 6,5 mld dolarów). To pięcioletni program, który nagradza producentów smartfonów za kwalifikującą się sprzedaż zachętami od 2,25% do 5%, plus dodatkowe 1,5% za pozyskiwanie kluczowych komponentów i podzespołów w Indiach.

New Delhi zobowiązało się też do dodatkowych 1,28 bln rupii (około 13,3 mld dolarów) na wzmocnienie krajowej produkcji półprzewodników. Rozszerza to program zachęt chipowych o wartości 10 mld dolarów uruchomiony w 2021 roku. Skala luki jest w tym samym tekście TechCrunch. Chiny odpowiadały za 63% globalnej produkcji smartfonów w 2025 roku, wobec 18% w Indiach, według Counterpoint Research. Indyjski program smartfonowy trwa do marca 2031 roku. Rząd oczekuje, że produkcja telefonów komórkowych w tym okresie wyniesie łącznie około 39 bln rupii (około 405 mld dolarów), a program stworzy około 60 000 bezpośrednich miejsc pracy. Apple zaczęło składać iPhone'y w Indiach w 2017 roku i około 25% jego iPhone'ów powstaje tam obecnie, podaje TechCrunch.

Malezja wchodzi w ten sam łańcuch inną drogą. CNBC poinformowało 18 kwietnia 2024 roku, że Malezja ma 13% globalnego rynku usług pakowania, montażu i testowania chipów, według raportu Malezyjskiego Urzędu Rozwoju Inwestycji z 18 lutego. Wiceminister finansów Amir Hamzah Azizan powiedział Karen Tso z CNBC podczas wiosennych spotkań MFW w Waszyngtonie, że "przestrzeń półprzewodników jest teraz w fazie wzrostu, a Malezja będzie beneficjentem tego".

Zapytany o konkurencję ze strony Chin i USA, Amir Hamzah powiedział, że kraj nie postrzega Chin, największego partnera handlowego Malezji, jako rywala: "Myślę, że rzeczywistość jest taka, że wzrostu wystarczy dla wszystkich. Więc każdy coś z tego złapie." Dodał, że Malezja nie idzie "na wprost do końca wyścigu w segmencie najwyższej klasy, gdzie może USA dostarcza wszystkie części".

Jedno miasteczko i jeden materiał

Moc wytwórcza zależy też od materiałów, które rzadko trafiają na nagłówki. W Spruce Pine w Karolinie Północnej znajdują się kopalnie kwarcu wysokiej czystości. Produkują ultraczysty kwarc do wyrobu tygli, w których trzyma się stopiony krzem, zanim zamieni się w sztaby. Tom's Hardware poinformował 1 października 2024 roku, że huragan Helene sprowadził na Spruce Pine ponad dwa stopy deszczu, odcinając drogi i pozostawiając mieszkańców bez prądu. Trudno było ocenić szkody w dwóch firmach wydobywczych, Sibelco North America i The Quartz Corp. The Quartz Corp powiedział The Verge, że jest za wcześnie, by stwierdzić, czy jego zakład produkcji kwarcu wysokiej czystości został dotknięty, według Tom's Hardware. Tom's Hardware dodał, że Sibelco rzekomo potwierdziło wstrzymanie działalności. Zauważył też, że pożar w miasteczku w 2008 roku zakłócił przepływ kwarcu wysokiej czystości na rynek światowy, a dzisiejsze wstrzymanie produkcji mogłoby mieć poważniejsze skutki, bo świat potrzebuje więcej chipów niż w 2008 roku.

Construction Physics przeanalizował twierdzenie, że cała produkcja półprzewodników zależy od kwarcu ze Spruce Pine, w tekście opublikowanym 8 listopada 2024 roku. Werdykt: kwarc ze Spruce Pine nie jest całkiem niezastąpionym zwornikiem, ale alternatywy są kombinacją tego, że nie zostały jeszcze opracowane, nie są całkiem tak dobre i nie są całkiem tak tanie. Odcięcie dostaw prawdopodobnie nie zdusiłoby półprzewodników całkowicie, ale oznaczałoby spadek wydajności i wzrost kosztów, według tej analizy.

Ten sam tekst szczegółowo opisuje ograniczenia procesu. Większość współczesnych półprzewodników powstaje z krzemu o czystości 99,9999999%, znanej jako 9N, do mikrochipów, i nieco mniej czystego, od 6N do 8N, do ogniw słonecznych. Krzem monokrystaliczny powstaje niemal wyłącznie metodą Czochralskiego, w której polikrzem topi się w kwarcowym tyglu w temperaturze ponad 1400 stopni Celsjusza. Tygiel kwarcowy kosztuje kilka tysięcy dolarów za sztukę, wytrzymuje około 400 godzin pracy, a jedna praca szacowała, że 30% kosztu produkcji sztab krzemu monokrystalicznego pochodziło z tygli, podaje Construction Physics.

Materiały, nie tylko maszyny

Producenci chipów zwiększają też moce wytwórcze w konkretnych materiałach. Texas Instruments ogłosił 24 października 2024 roku, że rozpoczął produkcję półprzewodników mocy z azotku galu w swojej fabryce w Aizu w Japonii. Razem z istniejącą produkcją GaN w Dallas w Teksasie sprawi to, że TI będzie produkować wewnętrznie cztery razy więcej półprzewodników mocy opartych na GaN, gdy Aizu osiągnie pełną produkcję. Mohammad Yunus, starszy wiceprezes TI ds. technologii i produkcji, powiedział w ogłoszeniu, że firma "pomyślnie zakwalifikowała naszą technologię GaN 200 mm" i chce zwiększyć produkcję wewnętrzną do ponad 95% do 2030 roku.

TI podało, że pilotażowo prowadziło procesy produkcji GaN na waferach 300 mm wcześniej w 2024 roku, a jego rozszerzone procesy GaN są w pełni przenośne na technologię 300 mm. Firma podała też, że zobowiązała się do korzystania w 100% z energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych w swoich operacjach w USA do 2027 roku, a na całym świecie do 2030 roku. Nic z tego nie zmienia arytmetyki fabryki, ale zmienia to, kto może ją zasilać.

Razem wzięte, zapis sugeruje, że moc wytwórczą najlepiej rozumieć jako stos: linię procesową i jej czasy warstw, krajowe programy zachęt płacące za nowe zakłady oraz kopalnie i tygle, które je karmią. Przykład IBM wyznacza historyczny punkt odniesienia. Współczesne fabryki, według samych liczb IEEE Spectrum, jeszcze go nie biją.