لماذا العالم يعاني من نقص شديد في رقائق الكمبيوتر؟ ماذا يعني هذا المضي قدمًا؟

شركات صناعة السيارات من طوكيو إلى ديترويت تخفض الإنتاج. أصبح العثور على PlayStations في المتاجر أكثر صعوبة. حتى منتجي الألمنيوم يحذرون من إمكانات الانكماش امام. تشترك جميعها في شيء واحد: نقص عالمي مفاجئ ومتعاقب في أشباه الموصلات.

قد تكون أشباه الموصلات ، المعروفة أيضًا باسم الدوائر المتكاملة أو الرقائق الأكثر شيوعًا ، أصغر المنتجات التي تم تصنيعها على نطاق عالمي ، لكنها الأكثر تطلبًا. عزز هذا المستوى من التكلفة والصعوبة اعتمادًا عالميًا متزايدًا على قوتين آسيويتين - شركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات و  شركة سامسونج للإلكترونيات - اعتماد تفاقم بسبب الوباء وتزايد التوترات بين الولايات المتحدة والصين حتى قبل العجز الحالي. ستنفق الحكومات والشركات مئات المليارات من الدولارات في عدد كبير من القطاعات في السنوات القادمة على "سباق الرقائق" ذي الآثار الجيوسياسية والاقتصادية.

1. لماذا يوجد نقص في الرقائق؟

يمكن ربط الكثير من الاضطرابات ، ولكن ليس كلها ، بالوباء. فيما يلي بعض العوامل:

* دفع عصر البقاء في المنزل الناجم عن فيروس كورونا الطلب إلى ما وراء المستويات التي توقعها صانعو الرقائق. حفزت عمليات الإغلاق النمو في مبيعات أجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى أعلى في غضون عقد من الزمان ، جنبًا إلى جنب مع معدات وشاشات الشبكات المنزلية ، حيث انتقل العمل المكتبي من المكتب ، وأجهزة Chromebook عندما تركت المدرسة المدرسة. كما قفزت مبيعات الأجهزة المنزلية من أجهزة التلفاز إلى أجهزة تنقية الهواء ، وكلها تأتي الآن برقائق مخصصة. حتى كاميرات الويب مثل Razer Kiyo نما من الصعب العثور عليها بعد ازدهار خدمات الفيديو للعمل والترفيه.

* أدت حالات عدم اليقين التي سببها الوباء إلى تقلبات حادة في الطلبات. TSMC قال المسؤولون التنفيذيون في أحدث مكالمتين للأرباح إن العملاء يراكمون مخزونًا أكثر من المعتاد للتحوط ضد عدم اليقين. قلل صانعو السيارات الذين قلصوا بشكل كبير في الأيام الأولى من اندلاع المرض ، مدى سرعة انتعاش المبيعات. لقد سارعوا في أواخر العام الماضي لإعادة الطلبات ، لكنهم رفضوا فقط لأن صانعي الرقائق يمتدون إلى أقصى حد لتزويد عمالقة الهواتف الذكية مثل شركة أبل 

* التخزين: بدأ صانعو أجهزة الكمبيوتر في التحذير من نقص المعروض من أشباه الموصلات في أوائل عام 2020. ثم بحلول منتصف العام ، شركة هواوي تكنولوجيز - شركة كبرى لتصنيع الهواتف الذكية ومعدات الشبكات - بدأت في تخزين المكونات لضمان بقائها من العقوبات الأمريكية التي هددت بفصلها عن مورديها الأساسيين للرقائق. حذت الشركات الصينية الأخرى حذوها ، وارتفعت واردات البلاد من الرقائق إلى ما يقرب من 380 مليار دولار في عام 2020 - وهو ما يمثل تقريبًا الخامس من إجمالي واردات البلاد خلال العام.

2. ما هي النتيجة؟

تتعرض بعض الشركات للضرب. ومن المتوقع أن يؤدي نقص الرقائق إلى القضاء على مبيعات بقيمة 61 مليار دولار شركات صناعة السيارات وحدها و  تأخير إنتاج مليون مركبة في ربع مارس ، لكن التداعيات تهدد الآن بضرب صناعة الإلكترونيات الأكبر بكثير. ليس فقط السيارات ولكن ربما قد تشهد مجموعة واسعة من المنتجات ذات الرقائق الثقيلة من الهواتف إلى أجهزة الألعاب نقصًا أو ارتفاعًا في الأسعار. NXP أشباه الموصلات NV و  انفينيون تكنولوجيز اي جي أشار كلاهما إلى أن قيود العرض امتدت إلى ما وراء السيارات.

3. من هم اللاعبون الكبار؟

تتصدر الرقائق المنطقية المتقدمة عناوين الأخبار باعتبارها أغلى قطع السيليكون وأكثرها تعقيدًا التي تمنح أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية ذكاءها. عندما تسمع عن رقائق Apple أو Qualcomm أو Nvidia ، فإن هذه الشركات هي في الواقع مجرد مصممين لأشباه الموصلات ، والتي يتم تصنيعها في مصانع تسمى المسابك.

* TSMC يقود الصناعة في قدرات الإنتاج والجميع الآن يقطع طريقه إلى عتبة بابه للحصول على أفضل الرقائق المصنوعة في منشآتها في تايوان. حصة الشركة في سوق المسبك العالمي هي أكبر من المنافسين الثلاثة التاليين مجتمعين.

* تحاول شركة Samsung ، وهي صانع رقائق أكبر بشكل عام بسبب هيمنتها في رقائق الذاكرة ، المشاركة في منجم الذهب هذا وتعمل على تحسين تقنية الإنتاج الخاصة بها ليتم تصنيفها على نطاق واسع على أنها الخيار الأفضل وراء TSMC. شركات مثل شركة كوالكوم و  شركة Nvidia Corp. تحولت بشكل متزايد إلى سامسونج.

* انتل كورب، بطل الولايات المتحدة الأخير في هذا المجال ، لا يزال لديه إيرادات أكثر من أي صانع شرائح آخر ، لكن سوقه يتركز بشكل كبير في معالجات الكمبيوتر وقد جعله التأخير في الإنتاج عرضة للمصممين المنافسين الذين يأخذون حصة باستخدام TSMC.

* تواجه TSMC و Samsung منافسين أصغر بما في ذلك المسابك العالمية ، الصين الشركة الدولية لتصنيع أشباه الموصلات وتايوان شركة الإلكترونيات الدقيقة المتحدة. لكن هؤلاء المنافسين هم على الأقل جيلين أو ثلاثة أجيال وراء تكنولوجيا TSMC.

4. ماذا يحدث في هذا السباق؟

ينفق العملاقان الآسيويان بكثافة لتعزيز هيمنتهما: رفعت TSMC نفقاتها الرأسمالية المتوقعة لعام 2021 إلى ما يصل إلى 28 مليار دولار من 17 مليار دولار في العام السابق ، في حين أن سامسونج تخصص حوالي بـ116 مليار دولار في مشروع استمر لعقد من الزمان للقبض على منافسه التايواني اللدود. ولكن الصين يدفع بقوة للحاق بالركب. تهدف لسنوات إلى تقليل اعتمادها على الولايات المتحدة. التكنولوجيا ، وخاصة في الرقائق. جهود إدارة ترامب لكبح جماح عمالقة التكنولوجيا في الصين - من خلال منع وصول Huawei إلى الرقائق وتثبيط الاستثمار الأمريكي في عشرات اللاعبين مثل SMIC و  شركة Xiaomi Corp. - بلورت تلك المخاوف. جعلت بكين صناعة الرقائق من بين أكبر أولوياتها في مخططاتها الاقتصادية الوطنية ، وقد فعلت ذلك تعهد لإنفاق أكثر من 140 مليار دولار على بناء قطاع أشباه موصلات محلي على مستوى عالمي. لكن ما زال أمامها طريق طويل لنقطعه. على سبيل المثال ، في قطاع السيارات ، طورت الصين عددًا كبيرًا من شركات تصميم الرقائق في السنوات الأخيرة لكنها ما زالت غير قادرة على صنع الرقائق المتقدمة اللازمة لسيارات اليوم.

5. ماذا عن مكان آخر؟

نظرًا للصعوبة في تطوير قدرات تصنيع الرقائق المتطورة ، تقدم الحكومات من بروكسل إلى واشنطن الحوافز لأي شخص سيبني أو يوسع منشآت متقدمة في ساحاته الخلفية. من المتوقع أن يوقع البيت الأبيض أمرًا تنفيذيًا يوجه مراجعة لسلسلة التوريد على مستوى الحكومة للسلع المهمة في الأسابيع المقبلة ، حيث يمثل نقص الرقائق مصدر قلق رئيسي وراء التحقيق. إدارة بايدن التي تعمل على المدى الطويل خطة بالنسبة لتوريد الرقائق ، سيلعب دورًا رئيسيًا في صياغة الحوافز الضريبية لمصنع TSMC المقترح 12 مليار دولار في أريزونا والآخر الأكثر تكلفة الذي تتطلع إليه سامسونج ، ربما في تكساس. و ال الإتحاد الأوربي is النظر بناء مصنع متقدم لأشباه الموصلات في أوروبا بمساعدة محتملة من TSMC و Samsung. تدرس الحكومات بما في ذلك الصين الآن طرقًا مختلفة لدعم الشركات المحلية.

6. لماذا يصعب التنافس على الرقائق؟

صناعة الرقائق هي عمل تجاري كبير الحجم يتطلب دقة لا تصدق ، إلى جانب عمل رهانات ضخمة طويلة المدى في مجال خاضع للتغيير السريع. الشركات الشهيرة مثل شركة Texas Instruments, شركة الدولية للحاسبات الآلية و  Motorola خرجت أو تخلت عن محاولة مواكبة تصنيع الرقائق الأكثر تقدمًا. تركز معظم الشركات اليوم على التصميم. مع وجود ثلاث شركات فقط - TSMC و Samsung و Intel - لا تزال تصنع رقائق منطقية متقدمة ، وتكافح الشركة الأمريكية لمواكبة ذلك ، أصبحت مجموعة المهارات الحاسمة في أيدي عدد قليل فقط. تصنع الرقائق في نباتات تكلف مليارات لبناء وتجهيز. يجب عليهم العمل بشكل ثابت على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع لاسترداد استثماراتهم. لكن ليس هذا فقط. العائد ، أو مقدار الرقائق الجيدة لكل دفعة ، يحدد النجاح أو الفشل. يستغرق الأمر سنوات من المعرفة والخبرة للحصول على عائد بنسبة 24٪ من عملية الطباعة الليثوغرافية المعقدة المستخدمة في صناعة الرقائق. يتصور فورد يسعدنا رمي سيارة واحدة من كل عشرة. لكن صانعي الرقائق ، الذين يصنعون ملايين الرقائق في عملية تستغرق من ثلاثة إلى أربعة أشهر حتى يكتمل ، ينجحون إذا حققوا هذا الحد. يبتلع المسبك كميات هائلة من الماء والكهرباء وهو عرضة حتى لأصغر الاضطرابات (سواء من جزيئات الغبار أو الزلازل البعيدة). في عام 2019 ، شحنت TSMC حوالي 10 ملايين رقاقة من الرقائق مقاس 12 بوصة.

7. من المستفيد من حروب الرقائق؟

حتى التحسينات الصغيرة في أشباه الموصلات يمكن أن توفر وفورات كبيرة في الطاقة والتكلفة عند مضاعفتها عبر النطاق الكامل لشيء مثل أمازون شبكة خدمات. نظرًا لتكاثر شبكات الهاتف المحمول 5G وزيادة الطلب على بث الفيديو والألعاب كثيف البيانات ويعمل المزيد من الأشخاص من المنزل ، فإن الحاجة إلى السيليكون الأحدث والأكثر كفاءة في استخدام الطاقة ستزداد فقط. إحدى طرق قياس مدى تطور الرقاقة هي ما يسمى بعرض الخطوط ، أو المسافة بين الدوائر. المعيار الحالي في الرقائق المتقدمة هو 5 نانومتر أو جزء من المليار من المتر ، أي حوالي مائة ألف من عرض خصلة شعر ، على الرغم من أن TSMC و Samsung هما العمل على الإنتاج الضخم 3 نانومتر بحلول عام 2022. إلى جانب 5G ، يعد ظهور الذكاء الاصطناعي قوة أخرى تدفع صانعي الرقائق إلى الابتكار: يعتمد الذكاء الاصطناعي على معالجة البيانات الضخمة. أصبحت التصميمات الأكثر كفاءة أو الموفرة للطاقة أيضًا اعتبارًا مهمًا نظرًا لما يسمى بإنترنت الأشياء - عالم من الأجهزة الذكية أو المتصلة من الهواتف الأكثر روعة إلى الثلاجات والغسالات الأكثر شيوعًا - من المتوقع أن يؤدي استخدام الرقائق بشكل كبير في السنوات القادمة.

8. كيف تناسب تايوان كل هذا؟

برزت ديمقراطية الجزيرة كمحور رئيسي للصناعة بفضل TSMC ونظام بيئي كامل موجه نحو الإلكترونيات المتطورة. يضغط صانعو السيارات في الولايات المتحدة وأوروبا واليابان على حكوماتهم للمساعدة في التغلب على أزمة الرقائق ، مع مطالبة تايوان و TSMC بالتدخل. توضح هذه المناشدات كيف أن مهارات صنع الرقائق لدى TSMC قد أعطت تايوان نفوذًا سياسيًا واقتصاديًا في عالم تتواجد فيه التكنولوجيا تم تجنيده في تنافس القوى العظمى بين الولايات المتحدة والصين - وهو مواجهة من غير المرجح أن تخفف في ظل إدارة بايدن.

الجرف المرجعي

بلومبرج: ديبي وو ؛ سوهى كيم وإيان كينج 

المصدر: https://genesisnanotech.wordpress.com/2021/02/21/why-is-the-world-so-short-of-computer-chips-what-will-this-mean-going-forward/