Expert na polovodiče: Ropu si vždy môžete kúpiť aj inde, kľúčové čipy nie. Svet stojí na technológii, ktorú ovláda len hŕstka krajín

Bez čipov by nezdraželi iba mobily, počítače či autá. Zastavili by sa fabriky, nemocnice by prišli o moderné prístroje a problém by mala dokonca aj výroba elektriny.  

„Posunuli by sme sa naozaj o viac ako sto rokov dozadu a svet, ako ho dnes poznáme, by v podstate nefungoval,“ hovorí v rozhovore pre Pravdu odborník na polovodiče profesor Martin Weis z Fakulty elektrotechniky a informatiky Slovenskej technickej univerzity (FEI STU).

Čipy sa podľa neho zmenili na strategickú technológiu, ktorá rozhoduje o ekonomike, geopolitickej sile aj obrane štátov. Jednotlivé veľmoci pritom držia v rukách rôzne časti technologickej skladačky a svoju prevahu môžu používať ako páku na ostatných. Mimoriadne dôležité sú čipy aj pre moderné armády. Od rakiet a dronov až po satelitnú komunikáciu a umelú inteligenciu. „Čipy samotné žiadnu vojnu nevyhrajú, ale ten, kto ich nebude mať, určite prehrá,“ upozorňuje Weis.

Aktuálne sa veľa hovorí o raste cien čipov a elektroniky. Nie je však drahšia elektronika iba povrchom oveľa hlbšieho problému?

Jednoznačne. Vysoké ceny sú iba vrcholom ľadovca. V skutočnosti jednotlivé štáty zápasia o vyspelé technológie potrebné na výrobu čipov. Pokročilé čipy sú dnes základnou tehličkou, na ktorej stojí ekonomika aj obrana štátu. Dnes si už nevieme predstaviť počítače, mobilné telefóny či automobily bez čipov. Moderné auto obsahuje stovky až tisíce jednotlivých čipov a tie sa nedajú jednoducho nahradiť. Čipy preto už nie sú iba bežnou komoditou či súčiastkou, ale strategickým prvkom. Niekedy sa hovorí, že čipy sú nová ropa. Je to pekné prirovnanie, ale podľa mňa význam čipov dokonca podceňuje. Ropa je pre ekonomiku veľmi dôležitá, no keď vám vypadne jeden dodávateľ, môžete ho nahradiť iným. Existuje tam pomerne veľká konkurencia.

Pri čipoch je situácia iná. Niektoré kľúčové technológie ovláda iba niekoľko krajín a nahradiť ich nie je jednoduché. Zároveň žiadna krajina nie je úplne sebestačná. Máme globálny reťazec, celý ekosystém, a ak vypadne jeden jeho dôležitý článok, môže byť ohrozený celý systém. Bez čipov by sme nemohli mať prakticky žiadnu modernú elektroniku. Posunuli by sme sa naozaj o viac ako sto rokov dozadu a svet, ako ho dnes poznáme, by v podstate nefungoval. Rozdiel oproti minulosti je aj v tom, že pred desiatimi rokmi sa krajiny snažili viac spolupracovať a tento globálny systém budovali. Dnes sa jednotlivé technologické závislosti čoraz viac používajú ako nástroj vzájomného tlaku.

Keď hovoríte, že by sme sa bez čipov vrátili o sto rokov dozadu, čo by to v praxi znamenalo? Prišli by sme napríklad domov a fungovalo by nám aspoň svetlo či elektrický sporák?

Trochu vás opravím – možno by ste si doma nezapli ani to svetlo. Aj dnešná elektrizačná sústava potrebuje výkonovú elektroniku a automatické riadenie. Bez nich by sme elektrinu vedeli vyrábať nanajvýš veľmi jednoduchým a neefektívnym spôsobom. Ak by nám zo dňa na deň úplne vypadli čipy, prestali by fungovať elektrárne, nemali by sme modernú elektroniku a prakticky nič by sme nedokázali vyrábať. Nefungovali by fabriky, pretože prakticky všade už máme nejaký stupeň automatizácie. Nemocnice by nemali moderné prístroje. Naozaj by sme sa vrátili približne o storočie dozadu. Prakticky nič z dnešného moderného sveta by nefungovalo.

Čo by sa stalo, keby sa napríklad zajtra výrazne prerušili dodávky čipov do Európy? Ako rýchlo by sme to pocítili?

Nie je to iba hypotetická otázka. Niečo podobné sme zažili počas pandémie a problémy sa objavili aj pri spoločnosti Nexperia, ktorá dodáva čipy automobilovému priemyslu. Nejde pritom nevyhnutne o tie najpokročilejšie čipy. Aj staršie technológie sú pre automobilky mimoriadne dôležité. Na Slovensku by preto medzi prvými pocítili problém práve automobilky, ktoré tvoria gro nášho priemyslu. V priebehu niekoľkých týždňov, možno mesiaca, by mohli byť nútené obmedziť alebo dokonca úplne zastaviť výrobu. Následne by sa nedostatok prejavoval aj v ďalších segmentoch, napríklad pri notebookoch, telefónoch a množstve ďalšej elektroniky.

Mohli by v takej situácii prudko zdražieť aj výrobky, ktoré už sú na trhu?

Určite. Niečo podobné vidíme už dnes pri pamätiach. Tie vyrába iba niekoľko veľkých spoločností a ich výrobné kapacity sú do veľkej miery dopredu vypredané. Veľkú časť budúcej produkcie vykúpili firmy budujúce infraštruktúru pre umelú inteligenciu. To, čo zostáva dostupné na trhu, preto výrazne zdražuje. Za posledný rok sa ceny pamätí zvýšili približne trojnásobne a stále nemusíme byť na vrchole. Približne o dva roky by sa mohli dokončiť niektoré nové fabriky a výrobné kapacity. Potom by ceny mohli klesnúť, pravdepodobne však už nie na úroveň spred súčasného nedostatku. Zatiaľ môžeme očakávať ďalší tlak na rast cien.

Ktoré krajiny dnes držia kľúče od výroby čipov? Čo majú v rukách Spojené štáty, Európa, Taiwan, Južná Kórea či Japonsko?

Polovodičový priemysel je obrovský ekosystém a jednotlivé krajiny sú silné v rozdielnych častiach reťazca. Spojené štáty sú veľmi silné v návrhoch čipov a v softvéri používanom na ich navrhovanie. Majú množstvo patentov a duševného vlastníctva. Bez príslušného softvéru dnes prakticky nedokážeme navrhovať moderné čipy. Európa je mimoriadne silná v niektorých výrobných technológiách. Najvýraznejším príkladom je Holandsko a spoločnosť ASML, ktorá má prakticky monopol na najpokročilejšie litografické systémy.

Japonsko je zase veľmi silné v materiáloch a chemikáliách. Vyrába napríklad fotorezisty, bez ktorých sa litografia nezaobíde. Taiwan a Južná Kórea sú veľmi silné v samotnej výrobe pokročilých čipov. Ak hovoríme o najmodernejších procesných uzloch, ide len o veľmi malý počet krajín a spoločností, ktoré ich dokážu zvládnuť. Potom existujú krajiny špecializované na ďalšie časti výrobného procesu. Malajzia je napríklad významná v záverečných fázach výroby. Čipy sa tam režú, kontaktujú, puzdrujú a pripravujú ako finálny produkt. Hovoríme o takzvanom backende polovodičovej výroby.

Jednou z najdôležitejších častí výroby je litografia, o ktorej ste už hovorili. Čo si pod tým má predstaviť bežný človek?

Litografia je metóda, ktorou vytvárame veľmi jemné vzory na kremíkovej doske. Zjednodušene povedané, používame žiarenie, ktorým prenášame požadovaný obrazec do svetlocitlivého materiálu. Následne sa pomocou chemických procesov vytvoria požadované štruktúry. Najpokročilejšie technológie dnes používajú extrémne ultrafialové žiarenie, EUV, s vlnovou dĺžkou približne 13,5 nanometra. Sme už v oblasti, kde nemožno používať klasické šošovky ako pri bežnej optike. Žiarenie by sa v nich absorbovalo, preto sa používajú mimoriadne presné špeciálne zrkadlá. Najpokročilejšie EUV litografické systémy dnes vyrába spomínaná holandská spoločnosť ASML. Nie je to technológia, ktorú by bolo možné jednoducho skopírovať tak, že si vezmete technický výkres a postavíte vlastný stroj. Stoja za ňou desaťročia vývoja a celý ekosystém špecializovaných dodávateľov. Napríklad mimoriadne presné zrkadlá dodáva spoločnosť Zeiss a porovnateľnú kvalitu dnes nedokáže jednoducho ponúknuť hocikto.

Ako je možné, že práve Holanďania získali takýto náskok a dokážu vyrábať technológiu, ktorú nezvládajú ani omnoho väčšie veľmoci?

Teoreticky by podobnú technológiu mohol vyvinúť aj niekto iný, ak by mal niekoľko desaťročí na vývoj. ASML však na tejto technológii pracuje veľmi dlho. Litografické systémy vyrába viacero spoločností, ale EUV je mimoriadne náročná technológia a ASML sa rozhodla podstúpiť obrovské riziko a investovať do nej. Napríklad samotný zdroj žiarenia funguje tak, že sa vytvárajú mikroskopické kvapôčky cínu, ktoré zasiahne výkonný laser. Vznikne plazma a tá vyžiari požadované EUV žiarenie. Do vývoja išli obrovské investície, rádovo desiatky miliárd dolárov. ASML ich navyše nefinancovalo samo. Na vývoji sa podieľali aj veľkí zákazníci, napríklad Intel či TSMC, pretože mali priamy záujem na tom, aby takáto technológia vznikla. Aj preto má dnes ASML pri najmodernejších litografických systémoch prakticky monopolné postavenie.

Čína začala predstavovať vlastné litografické technológie. Ako významný je jej pokrok? Môže dobehnúť ASML?

Reakcia investorov na posledné správy bola podľa mňa trochu prehnaná (Investori na správy z Číny zareagovali výpredajom akcií ASML. Tie sa koncom júla prepadli počas obchodovania až o vyše osem percent a deň zakončili približne so šesťpercentnou stratou, pozn red.). Čína ukázala pokrok v oblasti litografie, ale zatiaľ hovoríme o obmedzených výrobných kapacitách. Nejde o situáciu, v ktorej by čínske zariadenia bezprostredne ohrozovali pozíciu ASML na svetovom trhu. Strategický význam je však veľký. Čína sa stáva sebestačnejšou a menej závislou od zahraničných technológií. To znamená, že je zároveň menej zraniteľná sankciami. Sankcie dokážu technologický progres spomaliť, ale nedokážu veľkú krajinu úplne zastaviť.

V podstate nám kupujú čas. Otázkou je, ako tento čas využijeme. Či dokážeme vybudovať vlastné kapacity tak, aby sme aj my boli menej závislí od jednotlivých dodávateľov. Nikto pritom nedokáže byť úplne sebestačný. Cieľom je skôr znížiť závislosť tak, aby nás výpadok jedného dodávateľa existenčne neohrozil. Čína podľa mňa v blízkej budúcnosti nemá šancu dobehnúť ASML v úplnej technologickej špičke. V strednej technologickej oblasti sa však postupne približuje. Zároveň využíva aj inú cestu. Namiesto neustáleho zmenšovania jednotlivých prvkov môže využívať pokročilé puzdrenie a skladanie viacerých čipov na seba. Takto možno dosiahnuť porovnateľný výpočtový výkon aj bez úplne najmodernejšieho výrobného procesu, hoci za cenu väčšej plochy a väčšieho množstva čipov.

Čo by sa stalo, keby Čína technologicky dobehla najvyspelejších výrobcov? Mohli by čipy zlacnieť?

Určite by došlo k zlacneniu, pretože by vznikla väčšia konkurencia. Zároveň by však nastal druhý, možno ešte významnejší dôsledok. Ak by Čína zvládala kritické technológie sama, bola by podstatne sebestačnejšia a ostatné krajiny by voči nej stratili časť svojich súčasných pák. Dnešný systém funguje tak, že prakticky každý vlastní nejakú kritickú časť technológie a zároveň je v niečom závislý od ostatných. Ak by sa niekto stal úplne samostatným, ostatní by voči nemu už nemali takú technologickú páku.

Prečo sú najpokročilejšie čipy také dôležité pre armádu? Dokáže ich nedostatok ovplyvniť aj priebeh vojny?

Čipy samotné žiadnu vojnu nevyhrajú. Sú však nevyhnutnou súčasťou modernej armády spolu s vojenskou technikou, ľuďmi a ďalšou infraštruktúrou. Bez pokročilých čipov dnes nebude fungovať navádzanie rakiet, šifrovaná komunikácia, satelitná komunikácia, drony ani systémy umelej inteligencie. Umelá inteligencia pritom čoraz výraznejšie vstupuje aj do obrany. Čipy teda samy vojnu nevyhrajú, ale ten, kto ich nebude mať, určite prehrá.

Taiwan je centrom výroby najpokročilejších čipov. Čo by prípadné prerušenie výroby na Taiwane, napríklad ak by ho napadla Čína, znamenalo pre Európu a Slovensko?

K vojenským aktivitám ani politickej stránke sa nechcem vyjadrovať, pretože to nie je moja odbornosť. Môžem hovoriť o priemysle a jeho dôsledkoch. Ak by došlo k prerušeniu výroby na Taiwane, znamenalo by to zásadný problém pre dodávky pokročilých čipov. TSMC vyrába veľmi veľkú časť najpokročilejších čipov na svete. Výpadok jeho produkcie by preto výrazne zasiahol segmenty závislé od vysokého výpočtového výkonu – umelú inteligenciu, mobilné telefóny, notebooky, servery a ďalšiu modernú elektroniku. Na Slovensku by sme to spočiatku pocítili najmä prudkým rastom cien výkonnej spotrebnej elektroniky. Postupne by sa však problém preniesol aj do ďalších odvetví. Práve preto je nebezpečné, že taká veľká časť najpokročilejšej výroby je koncentrovaná na jednom ostrove. Európa aj Spojené štáty sa preto snažia časť výrobných kapacít dostať na svoje územie.

Európa hovorí o Chips Act 2.0. Čo tým chce dosiahnuť?

Ide o ďalšiu fázu podpory výroby čipov v Európe. Cieľom je vytvoriť rámec, ktorý umožní členským štátom podporovať vlastné firmy a polovodičový priemysel bez toho, aby sa tým porušovali pravidlá Európskej únie o hospodárskej súťaži. Cieľom nie je úplne nahradiť Taiwan. To by v súčasnosti nebolo realistické. Ide skôr o to, aby Európa mala dostatočné vlastné kapacity na tlmenie prípadných výpadkov a bola odolnejšia voči sankciám, geopolitickým otrasom alebo problémom v dodávateľských reťazcoch.

Slovenský priemysel stojí vo veľkej miere na automobilkách a tie sú od čipov mimoriadne závislé. Čo môže Slovensko urobiť, aby pri ďalšej čipovej kríze nebolo bezmocné?

Slovensko si nemôže realisticky povedať, že vybuduje fabriku na najpokročilejšie čipy. Taká fabrika stojí niekoľko desiatok miliárd eur a ak započítame celý potrebný ekosystém dodávateľov a infraštruktúry, investície sa môžu dostať až k stovke miliárd eur. To je mimo našich možností. Musíme si preto stanoviť realistickejší cieľ. Jednou z najperspektívnejších možností je podľa mňa zamerať sa na kontaktovanie, puzdrenie a montáž čipov – teda na takzvaný backend. Táto časť polovodičového priemyslu je pre Slovensko ekonomicky dostupnejšia a zároveň je to oblasť, v ktorej je Európa relatívne slabá.

Veľká časť týchto procesov sa dnes vykonáva v Číne, Malajzii a ďalších ázijských krajinách. Výsledkom je, že čip môže byť vyrobený na kremíkovej doske v Európe, následne putuje do Ázie, kde sa rozreže, kontaktuje a zapuzdrí, a potom sa hotový výrobok vracia späť do Európy. Práve takáto závislosť vytvára zraniteľnosť. Automobilky navyše fungujú systémom just-in-time a majú iba minimálne skladové zásoby. Ak preto vypadne jeden článok dodávateľského reťazca, problém môžu pocítiť veľmi rýchlo.

Politici hovoria, že by sa Slovensko v budúcnosti mohlo orientovať na veľké dátové centrá a že nám v tom pomôže aj nový jadrový zdroj, ktorý by mohol stáť okolo roku 2040. Je taký scenár realistický?

Jedným z úzkych miest sú AI akcelerátory a ďalší špecializovaný hardvér. Dátové centrá zároveň spotrebujú obrovské množstvo elektrickej energie. Bežné veľké dátové centrum môže mať príkon rádovo 20 až 30 megawattov. Keď si to prepočítame na domácnosti, bežné dátové centrum zodpovedá zhruba polovici bratislavských domácností. Nové AI centrá, ktoré idú do stoviek megawattov až po gigawatt, sa už spotrebou blížia všetkým domácnostiam na Slovensku.

Veľké dátové centrá budú potrebovať byť veľmi blízko robustných zdrojov elektrickej energie, pretože ich spotreba je obrovská. Zatiaľ však nevidím, že by sa na Slovensku pripravovala masívna výstavba takýchto centier. Situácia sa, samozrejme, môže zmeniť. Výstavbu dátových centier navyše neobmedzuje iba dostupnosť elektrickej energie. Ukazuje sa napríklad, že chýbajú aj súčiastky výkonovej elektroniky – usmerňovače, meniče, invertory a ďalšie komponenty, ktoré dokážu pracovať s obrovskými výkonmi. Aj týchto súčiastok je nedostatok a veľká časť pochádza z Ázie. Preto dnes existuje veľký rozdiel medzi množstvom oznámených projektov dátových centier a tým, koľko sa ich v skutočnosti začne stavať.

Môže samotná umelá inteligencia urýchliť vývoj nových a efektívnejších čipov?

Áno. Umelá inteligencia postupne vstupuje prakticky do každej oblasti vrátane návrhu čipov. Veľkí výrobcovia sú síce pri zavádzaní nových nástrojov pomerne konzervatívni, ale AI sa už pri návrhu čipov testuje a používa. Ide zároveň o významnú konkurenčnú výhodu, takže firmy si svoje najpokročilejšie riešenia prirodzene chránia. Vo výskume už dnes otázka nestojí tak, či má zmysel využívať umelú inteligenciu pri návrhu čipov. Skôr sa skúma, ktoré modely fungujú najlepšie. V mnohých konkrétnych úlohách dokážu nástroje umelej inteligencie pri optimalizácii návrhu dosiahnuť lepšie výsledky ako človek, hoci výsledok stále potrebuje odbornú kontrolu. Je preto prakticky isté, že umelá inteligencia bude mať pri budúcom návrhu čipov čoraz väčšiu úlohu.

© Autorské práva vyhradené

Témy:
čipy
polovodiče
elektronika

mReportér

Zdielajte článok

Vážení čitatelia, pod týmto článkom sme diskusiu zastavili

Prevládali v nej príspevky, ktoré boli v rozpore s pravidlami debaty aj dobrými mravmi. Celú debatu sme
vymazali, autorom všetkých slušných príspevkov sa ospravedlňujeme.

Ďakujeme za pochopenie a tešíme sa na slušné debaty pod inými článkami.