31. srpanj 2021.

Poluvodiči nove generacije - Proizvodnja zastala, ali niču tvornice čipova

Do kraja ovog desetljeća na području Europske unije procvjetat će proizvodnja poluvodiča, odnosno čipova, zalivena s oko trideset milijardi dolara, što bi osiguralo tehnološku neovisnost o Kini i Americi. Oživljavanje proizvodnje poluvodiča u EU prilika je i za Hrvatsku, koja je u drugoj polovini dvadesetoga stoljeća u Europi prednjačila u toj proizvodnji. Tvornica RIZ u Zagrebu, naime, proizvodila je poluvodiče prije korejskoga Samsunga

Zbog nedostatka poluvodiča (čipova) proizvođači automobila Ford, Jaguar Land Rover, Daimler, BMW, Peugeot i Volkswagen posljednjih mjeseci zaustavljaju proizvodnju i otpuštaju radnike. Kako bi smanjili štetu, prisiljeni su na promjene pa, primjerice, Renault više ne stavlja prevelik digitalni zaslon iza upravljača pojedinih modela, a svjetski utjecajne tvrtke za iznajmljivanje automobila Hertz i Enterprise umjesto novih vozila kupuju rabljena. Richard Palmer, glavni financijski direktor Stellantisa, četvrtoga najvećeg svjetskog proizvođača automobila, nastaloga spajanjem Fiata Chryslera i Peugeota PSA-a, izjavio je kako bi proizvodnja mogla biti prekinuta sve do 2022., a konzultanti tvrtke Alix Partners izračunali su da će nedostatak poluvodiča proizvođačima automobila ove godine donijeti gubitak od 110 milijardi dolara. No neće stradati samo ta industrija – poluvodiči su danas jedan od najtraženijih proizvoda i sastavni su dio svakog elektroničkog uređaja.

Zastoj u opskrbi

Potražnja za tim sićušnim elektroničkim komponentama veća je od ponude, a automobilska industrija, kojoj poluvodiči trebaju u mnogočemu, od računalnog upravljanja motorima pa sve do sustava pomoći vozaču, iako najteže pogođena nestašicom, nije jedina kojoj nedostaju. Poluvodiči su skriveni ispod poklopca svakog elektroničkog uređaja i proizvoda koji sadržava elektroničke sustave, od automobila, računala, mobilnih telefona, perilica i sušilica rublja, četkica za zube do uređaja za higijenu kućnih ljubimaca. Njihova sve izraženija svjetska nestašica, prema riječima Gartnerova analitičara Alana Priestleyja, osim na industriju utjecat će i na milijune potrošača jer će zbog toga nedostajati i proizvoda, što će povećati njihovu cijenu.

Prema riječima Samsungova voditelja Odjela odnosa s investitorim Bena Suha, ta tvrtka trenutačno s dobavljačima dogovara nabavu čipova za proizvode koji su prioritet u opskrbi, a Samsungov izvršni direktor Koh Dong još je u ožujku ove godine izjavio kako će zbog velike nestašice čipova možda preskočiti lansiranje sljedećeg izdanja pametnog telefona Galaxy Note.

Europske investicije

Svjetsko tržište poluvodiča danas vrijedi nešto manje od 500 milijardi dolara i raste 10 posto na godinu, a proizvodnja poluvodiča jedan je od najvažnijih sektora tehnološke industrije. Najveći su svjetski proizvođači poluvodiča tvrtke iz Kine, Japana, Južne Koreje i SAD-a. Europska unija, koja zasad u ukupnoj svjetskoj proizvodnji poluvodiča sudjeluje sa samo 10 posto, tu je industriju prepoznala kao stratešku i namjerava do 2030. iz europskih fondova financirati gradnju tvornica za proizvodnju poluvodiča od dva i tri nanometra.

Suočena s kritičnom nestašicom opskrbe mikročipovima potrebnima u automobilskoj industriji, IT i telekomunikacijskoj industriji te stisnuta između azijskih proizvođača poluvodiča i američkih dobavljača, odlučila je obnoviti i unaprijediti proizvodnju poluvodiča na svojem području ulaganjem od 20 do 30 milijardi eura u osuvremenjivanje tvornica i gradnju novih te će vraćanjem kontrole nad opskrbom poluvodičima osigurati svoju tehnološku neovisnost.

Dvonanometarsko političko pitanje

Europski povjerenik za unutarnje tržište Thierry Breton, inače tehnološki stručnjak, poticanje proizvodnje poluvodiča smatra i vrlo važnim političkim pitanjem u vrijeme sve veće napetosti između Kine i SAD-a, ali i zbog toga što je najveći svjetski proizvođač čipova TSMC na Tajvanu, 'odmetnutom' kineskom otoku kojem ona prijeti vojnom intervencijom.

EU planira proizvoditi visokosofisticirane dvonanometarske čipove za pametne telefone, računalstvo u oblaku i umjetnu inteligenciju (UI). U tom projektu sudjelovat će tvrtke i znanstvene institucije uključene u europski 'industrijski savez':​ NXP i ASML iz Nizozemske, francusko-talijanski ST, njemački Infineon i Bosch, Imec iz Belgije i CEA-Leti iz Francuske, kao i njemački istraživački institut Fraunhofer. Za gradnju tvornice poluvodiča na području EU zainteresirana je i velika američka kompanija Intel, ali zauzvrat traži osam milijardi eura potpore. Njezin izvršni direktor Pat Gelsinger o tome je već razgovarao s njemačkim ministrima i povjerenicima EU u Bruxellesu te izjavio kako ta tvrtka i od američkih i od europskih vlasti traži potporu kako bi postala konkuretnija od azijskih proizvođača poluvodiča. Intel je početkom ove godine objavio da namjerava uložiti dvadeset milijardi dolara u dvije nove tvornice poluvodiča u Arizoni, no trebat će proći dvije-tri godine prije nego što one počnu proizvoditi.

Hrvatski potencijali

Oživljavanje proizvodnje poluvodiča u EU prilika je i za Hrvatsku, koja je u drugoj polovini dvadesetoga stoljeća u bivšoj državi i u Europi prednjačila u toj proizvodnji. Naime, tvornica RIZ u Zagrebu proizvodila je poluvodiče prije Samsunga. Inženjeri RIZ-ova instituta napravili su 1963. silicijski tranzistor kakav nije postojao u svijetu, i to samo petnaest godina nakon što je 1948. u američkom Bell Laboratoriesu izumljen tranzistor, prvi poluvodički uređaj. No danas u Hrvatskoj posluju tvrtke koje rade poluvodičke elemente, ali ne i poluvodiče: Applied Ceramics Hrvatska u Sisku, Selk u Kutini, Systemcom i Xylon u Zagrebu. Matt Darko Sertić, vlasnik Applied Ceramicsa, tvrtke koja proizvodi specijalne keramičke dijelove i materijale za proizvodnju mikročipova i drugih poluvodičkih elemenata, a koji posjeduje i tvrtku u Fremontu u Americi te još nekoliko po svijetu, ističe da bi gradnja tvornice poluvodiča u Hrvatskoj stajala pet milijardi dolara. Iako za takvo što nema investicija, Hrvatska ima znanstveni potencijal za uključivanje u europsku i svjetsku industriju poluvodiča jer nove tehnologije poluvodičkih elemenata, naprednih materijala i nanotehnologije razvijaju Fakultet elektrotehnike i računarstva (FER) Sveučilišta u Zagrebu, Institut 'Ruđer Bošković', Institut za fiziku Sveučilišta u Zagrebu i Sveučilište u Rijeci.

U FER-ovu Zavodu za elektroniku, mikroelektroniku, računalne i inteligentne sustave pod vodstvom prof. dr. sc. Tomislava Suligoja razvijeni su poluvodički elemetni najbliži praktičnoj uporabi i komercijalizaciji – bipolarni tranzistor s horizontalnim tokom struje HCBT. Danas je to najbrži čisti silicijski bipolarni tranzistor na svijetu koji omogućuje jednostavnije tehnološko procesiranje tranzistora, što znači jednostavniji proizvodni proces i nižu cijenu.

Već i tri nanometra

No dok EU planira, a Intel traži potpore, američka tvrtka Applied Materials napredovala je u ožičenju čipova koji će omogućiti proizvodnju tih elemenata u veličini od tri nanometra u odnosu na sadašnjih sedam i pet nanometara. Poluvodiče od tri nanometra ta će tvrtka prozvoditi u tvornici vrijednoj 22 milijarde i tako smanjiti nestašicu. Osim toga, manji poluvodiči donijet će i uštedu jer će elektroni kraće putovati, što će im omogućiti brže međusobno povezivanje i brže obavljanje zadataka. Applied Materials razvio je integrirano rješenje Endura Copper Barrier Seed IMS za materijale koje kombinira sedam različitih procesnih tehnologija u jednom sustavu: ALD, PVD, CVD, prelijevanje bakra, površinsku obradu, programsko sučelje i mjerenje. Električni otpor na kontaktnom sučelju taj je sustav smanjio i do 50 posto te poboljšao protok električne energije kroz čip, što mu omogućuje rad na razini od tri nanometra.

– Čip za pametni telefon ima desetke milijardi bakrenih međusobnih veza, a već ožičenje troši trećinu njegove snage. Integrirajući više procesnih tehnologija, Applied Materials smanjuje to opterećenje, zbog čega su elektronički uređaji učinkovitiji i njihove baterije traju dulje – rekao je viši potpredsjednik Applied Materialsa Prabu Raja​.

Nestašica na tržištu neće zaustaviti napredak u razvoju poluvodiča. Najnoviji trendovi razvoja industrije poluvodiča usmjereni su na povećanu energetsku učinkovitost i skaliranje (smanjenje dimenzija elektroničkih elemenata, povećanje učinkovitosti poluvodiča te njihovu manju cijenu), s najsnažniji rast te industrije odnosit će se na mikroprocesore, komponente za bežične komunikacije te optoelektroniku, mikroelektromehaničke sustave (MEMS) i senzore.