Közel a félvezetőipar történelmének vége

Gordon Moore immár lassan fél évszázados előrejelzése, mely szerint az egy szilíciumlapkára integrálható tranzisztorok száma kétévente megduplázódik, a félvezetőipari fejlesztések mércéjévé, egyúttal irányadójává  vált. Az egyre zsugorodó geometriákat megvalósító eljárások bevezetésének üteme összhangban van Moore prognózisával -- vagyis Moore törvénye egyúttal a félvezetőipar törvényszerűsége is.

Áldás

Ez a törvényszerűség azonban áldás és átok egyszerre. Áldás, hiszen a miniatürizáció a piac számára egyet jelent az olcsó, más ipar termékeihez és a gazdasági folyamatokhoz képest rohamos sebességgel fejlődő chipekkel, melyek katalizátorként hatnak vissza azokra. Áldás az ipar számára is, és nemcsak azért, mert ez a fejlődés hatalmas, egyre növekvő keresletet stimulál, hanem mert új félvezetőgyártási technológiák az áramköri struktúrák egyre kompaktabb kialakításának köszönhetően drasztikusan olcsóbbá teszik a már jelenlévő kereslet kielégítését. Az évtizedes tendencia alapján kétévente nagyjából megfeleződik egy adott áramkör legyártásának költsége, ahogyan a tranzisztorok és összeköttetések zsugorítása révén mintegy 30-40 százalékkal kisebb szilíciumterületet foglal el, ami lényegében megduplázza a szilíciumszeletenként kinyerhető chipek mennyiségét.

Moore törvénye tehát valójában exponenciális ütemben növeli a gyártókapacitást is. Az új eljárások bevezetéséhez ugyan hatalmas kutatás-fejlesztési kiadásokra, valamint gyakorlatilag szüntelen, csillagászatinak tűnő összegeket felemésztő berendezésvásárlásokra van szükség, a végeredmény még így is összehasonlíthatatlanul tőke- és költséghatékonyabb az üzemek szilíciumfeldolgozó képességének bővítésénél vagy új gyárak építésénél.

Az elmúlt évtizedek tapasztalatai alapján az Intel szerint Moore törvénye a következő 10 év során 20 milliárd dollárt takarít meg a vállalat számára, ha az integrált tranzisztorok száma nem növekedne. Amennyiben növeljük a chipek komplexitását, vagyis kétévente megduplázzuk az alkatrészek számát, a szilíciummegmunkálási kapacitási iránti igény egyesülve exponenciális sebességgel kezd el felfelé robogni, szürreális mértékben növelve meg a költségeket. Ebben az elméleti forgatókönyvben 10 év alatt mintegy 210 milliárd dollárral több beruházást kellene végrehajtania az Intelnek, vagyis a jelenlegi évi 5-6 milliárdos tőkeberuházási igény ötszöröződne.

Mindez természetesen nélkülözi a realitásokat, hiszen a gyártástechnológia megfagyásával a chipek fejlődése a chiptervezők minden erőfeszítése ellenére is megtorpanna, az emelkedő költségek idővel emelkedő piaci árakat eredményeznének, ez a két hatás pedig a kereslet jelentős részét tüntetné el, ahogyan lelassulna az új vevők megjelenése, és a számítógépvásárlási ciklusok is elnyúlnának. Az Intel kalkulációja azonban rávilágít arra, hogy Moore törvénye mélyen meghúzódó erőként egyszerre hajtja technológiailag előre az ipart, és teszi lehetővé ezt a fejlődést gazdaságossági szempontból -- ezt a hatást szokták Moore második törvényeként emlegetni.

Átok

Moore törvénye tehát áldás a félvezetőipar számára, de csak azok számára, akik tartani tudják a lépést. Azok a vállalatok, melyek nem képesek követni a kétéves technológiaváltási ciklusokat, vagy cikluskésésben vannak versenytársaikhoz képest, átok sújtja. A tartós lemaradás egyet jelent a kevésbé fejlett chipekkel (kevesebb, lassabb tranzisztor) és a magasabb termelési költségekkel (nagyobb lapkaméret), ami kikezdi a termékek piaci versenyképességét, ezen keresztül pedig a keresletet és abból kitermelhető nyereséget.

Pénzügyi tartalékok vagy külső tőkeforrások nélkül mindez kényszerűen csökkentett félvezetőipari beruházásokhoz vezet előbb vagy utóbb, ami a versenyképesség további hosszútávú romlását eredményezi. Az Intel ezt nagyon jól megértette, és folyamatosan hatalmas befektetéseket öl a félvezetők kutatás-fejlesztésébe, valamint gyárak építésébe és korszerűsítésébe -- ez tette lehetővé számára, hogy győztesen kerüljön ki a processzorgyártók versengéséből, és mára már a hagyományosan az ARM chipek által uralt beágyazott területeket is ostrom alá tudja venni.

Mindezt természetesen a vállalatok is látják, ezért hatalmas összegeket fektetnek be gyártástechnológiai kutatás-fejlesztésekbe, továbbá üzemek létesítésébe és folyamatos modernizálásába. Moore törvényének költségei azonban a félvezetőtermékek iránti keresletnél meredekebben emelkednek, így minden egyes technológiai generációváltásnál csökken azon cégek száma, melyek képesek mindezt megtérüléssel megfinanszírozni -- a piacszerzés a túlélésért folyik, és ezeket a folyamatokat a válság csak felgyorsítja. A recesszió hatására tavaly nem növekedett, hanem 5,2 százalékkal még zsugorodott is a félvezetőpiac, és idén további dollár tízmilliárdok tűnnek el. Az iSuppli szerint 2008-ban 258,3 milliárd dolláros volt a globális piac.

Kalapok és kabátok

Ennek hatására a vállalatok sorra vonulnak ki a területről a félvezetőgyártási részleg eladásával vagy leválasztásával, és az integrált tervezés-gyártás (IDM, integrated device manufacturer) modelljétől az úgynevezett fabless, azaz a saját tervezés és a kiszervezett gyártás felé mozognak. Ennek két legutóbbi áldozata a gyártási tevékenységet arab tőke bevonásával kiszervező AMD, valamint az üzemeit a Toshibának átadó Sony. 40 évvel ezelőtt mindössze 6 millió dollárnak megfelelő összegért lehetett egy korszerű félvezetőgyárat felépíteni, addig ez az összeg az ezredfordulóra 2 milliárd dollárra, mára pedig 4 milliárd dollárra emelkedett, a cégek minden erőfeszítései ellenére is. A költségeket a litográfiai berendezések cseréje mellett robbanásszerűen megdobta a termelést gazdaságosabbá tevő nagyobb szilíciumszeletek tízévenkénti bevezetése is.

Az Intel lényegében azt állítja, a félvezetőipari versengés véget ért, a bajnokság eldőlt, és az elitklub mindössze három tagot számlál. Ezek egyike magától értetőd módon az Intel, mely toronymagasan a legnagyobb árbevételű félvezetőgyártó, forgalma kétszerese a második Samsung Electronicsénak, mely a világ legnagyobb memóriagyártója. Míg a 130 nanométeres csíkszélességű generációban további IDM-ek tucatjai képviseltették magukat, addig a 32 nanométeres generációban már mindössze három másik vállalat tud versenyképes maradni, történetesen az IBM, a Toshiba és az STMicroelectronics, a 22 nanométerre történő váltáskor azonban már csak az Intel és a Samsung biztos szereplők, vélik a processzorgyártónál.

Az elitklub  harmadik tagja pedig az ipari átrendeződésnek köszöhetően nem egy IDM, hanem egy foundry, vagyis szerződéses bérgyártó. A tajvani TSMC, vagyis a Taiwan Semiconductor Manufacturing Company a világ legnagyobb foundryja, hatalmas szilíciummegmunkálási kapacitásokkal, diverzifikált technológiai portfólióval. A TSMC rengeteg ügyféllel rendelkezik, köztük az NVIDIA, az AMD (ATI Radeon) a Sony, de még az Intel is megtalálható. Az Intel úgy látja, kizárólag ez a három cég költ eleget annak érdekében, hogy az élen járjon: a legnagyobb 20 gyártó beruházásainak felét a triumvirátus adja. Nem véletlen, hogy a processzorgyártó a Samsunggal és a TSMC-vel közösen dolgozza ki a 450 milliméteres szilíciumszeletek bevezetését, melyet 2012-re datálnak az érdekeltek.

Amint ezt meglépik az érdekeltek, úgy végérvényesen leszakítják magukról versenytársaikat, melyek képtelenek lesznek követni őket az átálláshoz szükséges dollármilliárdos beruházások miatt, így termelési költséghátrányba kerülnek. Míg a félvezetőtechnológiára alapuló mikroelektronika kora tart, vagyis legalább a következő évtized második feléig, úgy tűnik az Intel, a Samsung és a TSMC pozíciói megingathatatlanokká válnak, hacsak az olyan új belépők, mint az Abu Dhabi által feltőkésített ex-AMD Globalfoundries, vagy a kínai kormányzat nem akarja megbolygatni a status quót.