Sektor automotive po kilkunastoletniej fiksacji na punkcie silników diesla w końcu pełną parą zmierza w stronę nowych motoryzacyjnych rozwiązań. Patrząc na zmiany legislacyjne na całym świecie jesteśmy pewni kierunku, w którym podąża. Za kilkanaście lat na drogach normą będą pojazdy elektryczne i hybrydowe. Ten trend da się odczuć już dziś, producenci wycofują propozycje z silnikiem diesla ze swoich ofert, zastępując je odpowiednikami napędzanymi wyłącznie prądem, bądź rozwiązaniami hybrydowymi.

Zmiany te wymuszają na producentach samochodów weryfikację podejścia do konstruowania nowych modeli. Fabryki rodem z Detroit, wykuwające w snopach iskier metalowe cylindry do ryczących V8-emek i statycznych rzędowych czwórek przestają mieć rację bytu. Motoryzacja zmierza w kierunku układów scalonych, do niedawna wykorzystywanych wyłącznie w systemach zwiększających komfort kierowcy oraz pasażerów. W tym momencie półprzewodniki stanowią fundament praktycznie każdego samochodu. Fabryki stają się z kolei sterylne oraz wypełnione po brzegi najnowocześniejszymi komputerami.

Podobnie jak w wypadku przytoczonych wcześniej „ekologicznych” diesli, ciężko powiedzieć, czy trwające zmiany pozytywnie wpłyną na środowisko oraz, czy na pewno do samochodów elektrycznych możemy dokleić etykietę „zielony i przyjazny dla klimatu”. Jednak na pewno łatwiej będzie obronić bezemisyjność elektryka od wątpliwej jakości czarnej spaliny wydobywającej się z BlueLineEcoClean TDI. Wszystko ma swoich zwolenników i przeciwników, ale jednego faktu nie możemy podważyć: motoryzacja zmienia się na naszych oczach.

Półprzewodnik – słowo klucz dla współczesnej motoryzacji

Zapewne wielu z Was robiło w niedawnym czasie remont lub wymieniało sprzęt AGD. Czy nowo kupiona lodówka, zmywarka bądź pralka jest wyposażona w ekran? Albo ekspres do kawy – kto z Was zaczyna poranek od półprzytomnego pukania w ekran dotykowy swojego urządzenia z symbolem filiżanki i napisem espresso? Zaawansowane technologie wkraczają już w praktycznie każdy aspekt naszego codziennego życia, nie wspominając o wysypie nowych smartfonów, w które wyposażone jest już większość Europejczyków, niezależnie od wieku. Do produkcji tych urządzeń, w dużym uproszczeniu, wykorzystywane są właśnie półprzewodniki. Ich pradziadkiem były tranzystory, drutowate, niewielkie twory, często otoczone plastikową skorupą, znajdywane we wnętrznościach radia lub telewizora. Ich następcy to skomplikowane układy elektroniczne na płytkach drukowanych, mieszczące miliony takich „tranzystorów” wykonanych w nanotechnologii.

Analogicznie do sprzętów AGD rzecz ma się podobnie w naszych pojazdach. Kiedyś wspomaganie kierownicze było czystą mechaniką. Układ drążków, rurek, płyn hydrauliczny, pompa, układ elektryczny do jej zasilania i gotowe. Dzisiaj? Wszystko sterowane jest skomplikowanym układem elektromechanicznym, a często zamiast hydrauliki spotkamy napędzane prądem siłowniki, za których obsługę odpowiada mikroczip. Podobnie wygląda to w każdym innym aspekcie związanym z konkretnymi układami w autach osobowych czy ciężarówkach. Do tego doliczmy systemy bezpieczeństwa (kolejne komputery), zaawansowane systemy multimediów (komputery, ekrany, setki mikroczipów), a także elementy wyposażenia poprawiające nasz komfort. „Prozaiczna” klimatyzacja w dzisiejszych czasach schłodzi nam kabinę do żądanej przez nas temperatury, dzięki układowi półprzewodników, czyli czipów i procesorów. Grzane siedzenia? Tak, mikroczipy. W tej chwili zapotrzebowanie na produkcję układów scalonych jest nieprawdopodobnie wysokie, również w sektorze automotive. Zaczęło ich więc brakować.

Kryzys półprzewodników i tak by nastał – pandemia stała się tylko jego katalizatorem

Wymienione wyżej przykłady to tylko wierzchołek góry lodowej. Układy scalone stają się konieczną podstawą w opracowywaniu nowych jednostek napędowych. Coraz bardziej restrykcyjne normy spalania wymagają komputerowej precyzji w sterowaniu silnikowymi podzespołami. Co więcej, popularne ostatnio układy hybrydowe nie mogą istnieć bez pomocy komputera, nie wspominając już o silnikach napędzanych wyłącznie prądem. Dodajmy do tego osprzęt w fabrykach na całym świecie, który potrzebny jest do produkcji nowoczesnych aut.

Rynek półprzewodników, według najnowszych danych Gartner, Inc., ze stycznia 2021 roku wart jest już 500 miliardów dolarów, a sektor automotive był jednym z głównych czynników, odpowiedzialnych za jego wzrost o 7,3%, w porównaniu do roku 2019-tego. Firmy takie jak Qualcomm, który zajmuje się produkcją m.in. procesorów czy znana szerzej Nvidia polepszyły swoje wyniki o prawie 40%, w porównaniu do roku poprzedniego.

Zapotrzebowanie na układy scalone po prostu przerosło możliwości przerobowe fabryk na całym świecie. Popyt zaczyna doganiać podaż.

Kumulacja nieprzychylnych czynników

Wyprodukowanie jednego czipu może trwać nawet 26 tygodni. Jest to bardzo skomplikowany proces, prowadzony przez wysoko wykwalifikowany personel w sterylnych warunkach. Samo dopracowanie zajmuje około 24 tygodni. Następnie, po zakończeniu procesu produkcji, półprzewodniki na waflu krzemowym muszą przejść przez kolejny etap, znany jako montaż, testowanie i pakowanie (ATP), zanim chipy będą ostatecznie skończone i gotowe do dostarczenia do klienta końcowego. ATP może zająć dodatkowo aż 6 tygodni. W związku z tym, czas realizacji zamówienia, czyli od momentu złożenia zamówienia przez klienta do otrzymania produktu końcowego, może wynieść nawet pół roku.

Dodatkowo, produkcja poszczególnych podzespołów rozsiana jest po całym świecie. Część procesu może dziać się w Chinach, a część w USA. Pandemia koronawirusa okazała się więc zapalnikiem do ogromnych problemów, związanych z produkcją.

Łańcuch dostaw obejmujący cały glob został sparaliżowany. Dostawy poszczególnych elementów utknęły w konkretnych krajach. Dodatkowo, niektóre fabryki zaliczyły wielotygodniowe przestoje, ze względu na kwarantannę i braki w personelu. Cała machina, przypominająca drogie, skomplikowane szwajcarskie zegarki stanęła. Zabrakło kilku trybów, a już brak jednego, najdrobniejszego elementu powodował opóźnienia. Oprócz tego, w czasie pandemii zapotrzebowanie na komputery, laptopy i telefony do pracy zdalnej drastycznie wzrosło. Wszystko to składa nam się na obraz faktycznego stanu w dniu dzisiejszym, czyli ogromnego niedoboru półproduktów znanych w świecie elektroniki jako procesory, czipy, płytki drukowane i inne. Do tego wszystkiego dodajmy jeszcze tak zwane zdarzenia losowe. W jednej z większych fabryk produkujących półprzewodniki wybuchł pożar. Mowa o firmie Renesas, zlokalizowanej na obrzeżach Tokio, konkretnie w Naka, w której ogień spustoszył linie produkcyjne w marcu. Dopiero w połowie czerwca przedsiębiorstwo wystosowało informację o przywróceniu mocy przerobowej do wartości sprzed wybuchu pożaru. Renesas jest jednym z głównych producentów mikroczipów stosowanych w samochodach osobowych.

Czy producenci mogą poradzić coś na pogłębiający się niedobór czipów w automotive?

Instytut McKinsey twierdzi, że w najbliższym czasie nic się nie da zrobić. Moce produkcyjne fabryk układów scalonych wkrótce nie nadążą za popytem w branży motoryzacyjnej. Wynika to przede wszystkim z ciągłego wzrostu liczby i poziomu zaawansowania chipów potrzebnych do zasilania nowych technologii. Wiodące firmy podjęły różne działania, aby poradzić sobie z obecną sytuacją. Wiele z nich utworzyło specjalne procesy analityczne, które łączą informacje o popycie i podaży w celu zapewnienia większej przejrzystości na rynku. Zaczęto intensywnie pracować nad ulepszaniem łańcucha dostaw. Stosowane są np. automatycznie generowane pulpity nawigacyjne, łączące dane z wielu źródeł, takich jak łańcuch dostaw firmy i zobowiązania finansowe podmiotów z branży półprzewodników. Wszystko po to by zapewnić jasne i klarowne zestawienie danych wejściowych do komunikacji wewnętrznej oraz do komunikacji z dostawcami czy klientami, co pomaga skrócić czas potrzebny do organizacji dostaw nowych części.

Inne opcje, według McKinsey, obejmują zastąpienie zamówionych podzespołów podobnymi, ale bogatszymi w funkcje jednostkami (np. zamiana na układy z większą ilością pamięci) oraz stosowanie zestawów mikroczipów klasy konsumenckiej, które przechodzą dodatkowe testy jakości.

Zmiany wdrażane są już teraz, jednak odczujemy je dopiero za kilka lat

Z kolei według Reutersa możemy być pewni, że do końca 2022 nie uda się opanować kryzysu półprzewodników w branży autmotive. Producenci samochodów w przeszłości starali się ograniczyć zapasy części, w tym półprzewodników, do poziomu “just-in-time”, aby obniżyć koszty. Kiedy sprzedaż samochodów spadła, zamówienia podążyły za nimi. Wiele fabryk półprzewodników przestawiło się z produkcji chipów dla przemysłu samochodowego na produkcję bardziej zaawansowanych technologicznie, “wschodzących” układów dla przemysłu elektroniki użytkowej (np. 5G), które są z ich perspektywy bardziej intratne. W odpowiedzi producenci zaczęli zbroić się na własną rękę. Powstająca w Dreźnie fabryka Boscha ma uzupełnić braki cennych półproduktów w sektorze automotive i od-uzależnić europejskich producentów samochodów od dostaw z Azji. Zanim to jednak nastąpi będziemy musieli jeszcze trochę poczekać, mimo że fabrykę otwarto pół roku wcześniej niż zakładał pierwotny scenariusz. Skalę zapotrzebowania na półprzewodniki wskazuje fakt, że drezneńska fabryka jest jest największą pojedynczą inwestycją w ponad 130-letniej historii firmy Bosch.

Co na to rynek wtórny?

Budowanie fabryk tak specjalistycznych i skomplikowanych w produkcji części jak półprzewodniki w Europie z pewnością wpłynie na ceny nowych aut. Siła robocza na starym kontynencie jest droższa niż w Azji. Co więcej, kolejka chętnych na zakup samochodu z salonu rośnie, dealerzy nie mogą obsłużyć wszystkich zamówień, co przekłada się na rynek wtórny. The Guardian twierdzi, że ceny samochodów na amerykańskim rynku wtórnym podwoiły się w przeciągu 6-ciu miesięcy. Tak,podwoiły, używana Camry w połowie 2020 roku kosztowała 4000 dolarów, dziś musimy zapłacić 8000 za taką samą wersję z tego samego roku produkcji. Polacy nie odczują aż takich drastycznych zmian – u nas nie kupuje się tylu nowych aut. Niemniej kolejki u dealerów i wzrosty cen aut używanych w pewnym stopniu przełożą się na większy ruch w warsztatach niezależnych (w związku z dłuższą eksploatacją starszych pojazdów). Co dalej? Nie pozostaje nic innego, jak obserwacja dalszego rozwoju wypadków.