Mikroelektronika i technologie informatyczne są podstawą nowoczesnych gospodarek. Rozwój tych branż zapoczątkował rewolucję przemysłową, fundamentalnie zmieniając społeczeństwo i gospodarkę. Światowi liderzy w produkcji mikroelektroniki odgrywają kluczową rolę w napędzaniu postępu technologicznego i wpływów gospodarczych w swoich krajach. Przyjrzymy się bliżej, które kraje są liderami w dziedzinie mikroelektroniki, analizując kluczowe czynniki stojące za ich sukcesem.

↑ Era chipów: Globalne trendy w mikroelektronice

Rozwój technologii informatycznych zapoczątkował niesamowitą rewolucję przemysłową, która głęboko zmienia społeczeństwo i gospodarkę. Całkowite wydatki na IT w 2024 r. wyniosą 4 997,7 mld USD, w tym na usługi telekomunikacyjne, które od wielu lat są prawie całkowicie skomputeryzowane, oraz na przemysł półprzewodników, którego głównym celem jest sprzęt informatyczny i telekomunikacyjny.

Aby zrozumieć, jak działa ten sektor gospodarki, warto myśleć w kategoriach łańcucha wartości. Aby wyprodukować usługę IT lub aplikację, należy wyprodukować oprogramowanie i komputery. Aby oprogramowanie działało na komputerach, należy stworzyć system operacyjny. Aby zbudować komputer, trzeba wyprodukować komponenty elektroniczne. Do produkcji mikroprocesorów potrzebne jest specjalistyczne, wysoce zaawansowane oprogramowanie projektowe. Następnie, przemysł mikroelektroniczny opiera się na fotolitografii i sprzęcie optycznym. Wreszcie, na samym początku procesu, krzem odpowiedniej jakości musi zostać wydobyty i przygotowany w odpowiedniej formie.

↑ USA i mikroelektronika: Kształtowanie przyszłości technologii

Jak zawsze, Stany Zjednoczone pozostają kluczowym graczem w dziedzinie mikroelektroniki, dzięki takim firmom jak Intel, Qualcomm, Nvidia i Synopsys. Intel jest jedyną firmą na świecie, która obejmuje cały proces produkcji mikroprocesorów, od projektu do masowej produkcji. Synopsys, Cadence i Mentor Graphics dominują w rozwoju CAD dla mikroelektroniki, zapewniając krytyczną infrastrukturę dla całej branży. Nowoczesny mikroprocesor składa się z kilku miliardów tranzystorów rozmieszczonych na powierzchni od dwóch do trzech centymetrów kwadratowych, a zaprojektowanie jego organizacji geometrycznej i elektrycznej „ręcznie” jest po prostu nie do pomyślenia. Dlatego właśnie opracowano języki opisu obwodów (VHDL, Verilog) i oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo.

Głównymi i praktycznie jedynymi firmami zaangażowanymi w rozwój elektronicznego CAD są amerykański Synopsys (przejęty przez tajwański SpringSoft, łączny obrót - 3,3 miliarda dolarów i 13 000 pracowników), Cadence (2,3 miliarda, 7600 pracowników) i Mentor Graphics (przejęty przez Siemensa, 1,3 miliarda, 6000 pracowników). Te systemy komputerowego wspomagania projektowania są bardzo drogie, nie wspominając o czasie potrzebnym inżynierom na ich wdrożenie.

↑ Dlaczego świat zależy od Tajwanu: Mikroprocesory przyszłości

Obecnie TSMC, globalny lider wart 35 miliardów dolarów, jest jedyną firmą wytwarzającą produkty w geometrii 7nm (nanometrów), Samsung w 10nm, a Intel w 14nm. Kolejne trzy firmy zrezygnowały z wyścigu o miniaturyzację, ale nadal wprowadzają na rynek bardziej „rustykalne” produkty. Oto jak ostatecznie wygląda ranking najlepszych firm:

1. TSMC
2. Samsung
3. Intel 
4. Global Foundries 
5. STMicro 
6. UMC

Produkcja mikroprocesorów opiera się na procesach fotolitograficznych wykonywanych przez maszyny zwane skanerami. Na świecie istnieje trzech producentów skanerów: Canon, Nikon i holenderska firma ASML, która posiada dwie trzecie światowego rynku wartego około 12 miliardów dolarów. Najdroższą częścią skanera jest obiektyw, który wygląda jak obiektyw ogromnego aparatu fotograficznego. Istnieje trzech producentów: Canon, Nikon i niemiecka firma Zeiss.

↑ Korea Południowa: Lider w produkcji pamięci

Korea Południowa jest liderem w produkcji pamięci (DRAM i NAND) dzięki firmom Samsung i SK Hynix. Firmy te zapewniają większość globalnego rynku pamięci potrzebnych do smartfonów, serwerów i komputerów osobistych. Korea Południowa aktywnie inwestuje również w rozwój wyświetlaczy i sprzętu fotolitograficznego, co umacnia jej pozycję w globalnym przemyśle mikroelektronicznym. Budowa nowoczesnej fabryki mikroprocesorów kosztuje ponad dziesięć miliardów dolarów, a jej sprawne funkcjonowanie wymaga kilku tysięcy inżynierów i techników. Opracowanie procesu produkcyjnego i konfiguracja sprzętu wymaga czasu i umiejętności, a dopiero po kilku latach wskaźnik sukcesu produkcji zbliża się do 100 procent.

↑ Chiny: Rosnący gigant

Chiny aktywnie zwiększają swoją rolę w mikroelektronice. Firmy takie jak SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corporation) chcą wypełnić lukę technologiczną w stosunku do Tajwanu i Korei Południowej. Jednak Chiny nie są jeszcze w stanie produkować mikroprocesorów z najbardziej zaawansowaną technologią, co ogranicza ich możliwości.

Produkcja mikroprocesorów opiera się na procesach fotolitograficznych wykonywanych przez maszyny zwane skanerami. Na świecie istnieje trzech producentów skanerów: Canon, Nikon i holenderska firma ASML, która posiada dwie trzecie światowego rynku wartego około 12 miliardów dolarów. Najdroższą częścią skanera jest obiektyw, który wygląda jak obiektyw ogromnego aparatu fotograficznego. Istnieje trzech producentów: Canon, Nikon i niemiecka firma Zeiss. Produkcja mikroprocesorów wymaga specjalistycznego, wysoce zaawansowanego oprogramowania projektowego. Ponadto przemysł mikroelektroniczny opiera się na fotolitografii i sprzęcie optycznym. Jak dotąd Chiny nie są jeszcze w stanie produkować sprzętu na tym poziomie i pozostaje to istotną barierą dla ich niezależności technologicznej.

Jednym ze szczególnych segmentów rynku są procesory do zastosowań wojskowych i lotniczych, które muszą być odporne na promieniowanie kosmiczne lub nuklearne. Do tej pory Chiny musiały również polegać na zagranicznych technologiach w przypadku wielu strategicznie ważnych komponentów. Na przykład firma Altis Semiconductors reprezentowała wcześniej możliwości Europy w zakresie produkcji procesorów dla takich środowisk, ale od czasu jej zniknięcia Chiny pozostają zależne od dostawców z USA.

↑ Europa: Opóźnieni i możliwe perspektywy

W Europie głównym graczem pozostaje STMicroelectronics, francusko-włoska firma o silnej pozycji w dziedzinie chipów analogowych i czujników. Ogólnie rzecz biorąc, europejski sektor mikroelektroniki pozostaje jednak w tyle za Stanami Zjednoczonymi i Azją pod względem produkcji mikroprocesorów i pamięci. Opracowanie nowego mikroprocesora wymaga kilku lat (sześciu lub siedmiu), tysiąca do dwóch tysięcy inżynierów i piętnastu do dwudziestu miliardów dolarów na budowę fabryki - inwestycji, której Europa rzadko jest skłonna dokonać.

Jedynym sektorem, w którym Europa pozostaje w czołówce, jest przemysł motoryzacyjny, który pomimo recesji nadal korzysta z technologii mikroelektronicznej. Produkcja komputerów w regionie jest ograniczona, ponieważ ich montaż jest w pełni zautomatyzowanym procesem o niskiej wartości dodanej. Przykładowo, firmom takim jak Dell złożenie komputera zajmuje mniej niż trzy minuty.

W Europie nie ma również dużych graczy, którzy mogliby konkurować z amerykańskimi lub azjatyckimi firmami na rynku systemów operacyjnych. Pod względem zainstalowanych systemów dominują globalni liderzy, tacy jak Microsoft i Google, pozostawiając w Europie jedynie wysoce wyspecjalizowane lub otwarte systemy, takie jak Linux i OpenBSD.

↑ Wniosek: Wiodącymi krajami w produkcji mikroelektroniki są

Stany Zjednoczone, Tajwan i Korea Południowa nadal wyznaczają tempo rozwoju mikroelektroniki, kształtując globalne trendy technologiczne. Chiny szybko zwiększają swoje wpływy, inwestując w rozwój zaawansowanych technologii. Europa, pomimo swoich możliwości, wciąż pozostaje w tyle, choć STMicroelectronics pozostaje ważnym graczem.

Przyszłość mikroelektroniki będzie zależeć od zdolności wiodących krajów do dostosowania się do wyzwań, w tym globalnej konkurencji, niedoborów surowców i zagrożeń geopolitycznych. Wyzwania te zadecydują o tym, kto pozostanie wiodącym graczem w tej strategicznie ważnej branży.

Wilfredo Huppert

Wilfredo Huppert is a war journalist with 25 years of experience. He has spent most of his life in military journalism, wars and military-political conflicts, treason investigations and much more.