כולם יודעים לשפוך מים על טלפון סלולרי זה רעיון רע, אבל האם ידעת שצריך יותר מ-3,000 גלונים של מים כדי ליצור טלפון סלולרי? מים נדרשים לכריית מתכות, להכנת הדבק והפלסטיק המשמשים להרכבה ולאריזה, וללדל את מי השפכים המשמשים לאורך כל התהליך. זה פי 10 יותר מים ממה שהאדם הסיני הממוצע משתמש בו כל יום.
הדבר נכון במיוחד לגבי מוליכים למחצה, המעגלים הזעירים הנקראים שבבים שמפעילים את כל המכשירים האלקטרוניים שלנו, כולל הטלפון הנייד שלך. כל מעגל משולב באורך 30 ס"מ שמתאים לשבב בטלפון שלך דורש לפחות 2,000 גלונים של מים כדי לייצר. הסיבה לכך היא שכל שבב צריך להיות סמוק עם מים אולטרה טהורים (UPW) - מים טהורים נחשבים ממס תעשייתי - כדי להסיר פסולת (יונים, חלקיקים, סיליקה, וכו ') מתהליך הייצור ולמנוע זיהום של השבב. זה לוקח 1,400 עד 1,600 גלונים של מי ברז כדי להפוך 1,000 גלונים של UPW.
המוליכים למחצה הם כעת במוקד התחרות הגיאופוליטית בין סין לארצות הברית. אם הנתונים הם הנפט החדש ובינה מלאכותית (AI) הוא החשמל החדש, אז זה הגיוני לראות מוליכים למחצה כמשאב גלובלי שיוצר סיכונים בדיוק כמו כל האחרים. אנחנו גם צריכים לזכור את המים הדרושים כדי להפוך אותם.
בעוד שסין מהווה רק 7.6% ממכירות המוליכים למחצה, ההשקעה המתוכננת המסיבית שלה במגזר - 150 מיליארד דולר בין 2014 ל־2030 - עוררה חששות מפני "רגע ספוטניק", נחישותה של סין להשיג גדולה טכנולוגית. למרות הזינוק במימון, אספקת המים נותרה מגבלה חשובה מכיוון שייצור מוליכים למחצה דורש כמויות גדולות של מים, שחסרות לסין, במיוחד באזורים שבהם ייצור השבבים מרוכז.
עד כה, הביקוש למים לייצור מוליכים למחצה לא הפך לדאגה מרכזית בסין, שהתמקדה בפיתוח טכנולוגיה מקומית כדי להפחית את הסתמכותה על שרשראות אספקה גלובליות. בעוד שסין היא מצטרפת מאוחרת למוליכים למחצה, מחקר שנערך ביולי 2021 על ידי איגוד תעשיית המוליכים למחצה ציין כי סין מדביקה במהירות הודות למימון ממשלתי, סובסידיות ותמריצי מס לתעשייה. תוכנית החומש ה-14 שפורסמה לאחרונה (2021-2025) זיהתה את המוליכים למחצה כאחת מהעדיפויות המובילות ל"טכנולוגיות חדשניות", כאשר מועצת המדינה של סין מתווה את גישת הממשלה לפיתוח כולל.
ובכל זאת, גם לאחר שהשקיעה 150 מיליארד דולר בשנת 2014 במסגרת תוכנית המעגלים המשולבים הלאומית, סין מתמודדת עם מכשולים טכנולוגיים גדולים בייצור השבבים היוקרתיים הדרושים לטלפונים ניידים, מחשבים ניידים ומוצרי היי-טק אחרים. מומחים צופים שהצלחתה של סין תהיה מעורבת - חברות סיניות יפגרו מאחור בתחומים מסוימים, כגון טכנולוגיית ייצור חוזים חדשניים וחומרים, אך יהפכו לתחרותיות במיקור חוץ של הרכבה ובדיקות (OSAT) ועיצוב שבבים. סיכונים גלובליים עד 2021 הבצורת בטייוואן מדגישה את החשיבות של אספקת המים בשרשרת האספקה העולמית של המוליכים למחצה, ואת הסיכונים הגלובליים של מדיניות המוליכים למחצה של סין מתמקדים בהשלכות הביטחון הלאומי, מאמציה של סין לקבוע סטנדרטים טכנולוגיים גלובליים, תפקידה של סין בשרשרת האספקה העולמית ומתחים חוצי מצר ברחבי המגזר. ביטחון לאומי: ארצות הברית רואה בהופעתה של סין שחקנית מרכזית בתעשיית המוליכים למחצה כסיכון לביטחון הלאומי. סדרה של רשימות שחורות אחריו. בעוד ממשל ביידן התמקד בשיפור היכולות המקומיות של ארה"ב כדי להרחיב את ההגבלות על חברות המוליכים למחצה הסיניות. ב-8 ביוני 2021 העביר הסנאט האמריקאי את חוק החדשנות והתחרות האמריקאי, שהזרים מימון חירום בסך 50 מיליארד דולר לפיתוח מוליכים למחצה מקומיים, שלדברי ביידן היה קריטי כדי לשמור על ארצות הברית לפני התחרות "במאה ה-21".
תקן: ארה"ב לוחצת על בעלות בריתה ושותפותיה שלא להשתמש בטכנולוגיית Huawei. זה מדבר בחלקו על חששות לגבי פשרות אפשריות לביטחון הלאומי, אבל גם למאמצים המתמשכים של וואווי לקבוע סטנדרטים טכניים גלובליים לטכנולוגיית 5G. עד כה, חברות אמריקאיות ואירופיות הובילו את הדרך על ידי מתן נתח שוק ומענה לצרכים העסקיים. בדו"ח השנתי שלה מדצמבר 2020, ועדת הביטחון והכלכלה של ארה"ב פירטה כיצד מאמציה של סין לעצב סטנדרטים טכנולוגיים גלובליים משקפים את המדיניות התעשייתית הנתמכת על ידי המדינה של בייג'ינג של חברות סיניות בשווקים חיצוניים תוך הגבלת הגישה המקומית ותמיכה בנורמות סמכותיות. שרשרת אספקה: חברות ממדינות רבות ואזורים רבים בעולם מעורבות בתהליך העיצוב והייצור. ישנם סיכונים כלכליים בשיבוש שרשרת האספקה העולמית של תעשיית המוליכים למחצה. מסיבה זו, פעולות ממשל טראמפ נגד חברות סיניות הובילו למחסור במוצרים הדורשים מוליכים למחצה, כגון מוליכים למחצה ומכוניות, כאשר חברות בינלאומיות נאבקות להחליף את S.M.I.C כספקים. באפריל 2021, איגוד תעשיית המוליכים למחצה הגיע למסקנה כי יעלה טריליון דולר לבניית שרשרת אספקה מקומית עצמאית לחלוטין, שיכולה להוסיף 65% לעלות המוליכים למחצה. כמה מומחים בתעשייה מציעים גישה זהירה יותר לטיפול בחורים החשובים ביותר בשרשרת האספקה, כגון הירידה בחלקו של הייצור בארה"ב מ -37 אחוזים בשנת 1990 ל -12 אחוזים כיום, בעוד שאחרים מציעים מאמץ מקיף יותר למלא פערים בכל תהליך הייצור בארה"ב, כולל חדשנות, ציוד ואריזה. טייוואן, סין: טייוואן מתמודדת עם לחצים מרובים בשל תפקידה המרכזי בייצור המוליכים למחצה המתקדם ביותר בעולם. בשנת 2020, ייצור המוליכים למחצה של טייוואן (TSMC) היווה 55.6% משוק ייצור החוזים המוליכים למחצה העולמי וייצר 92% מהשבבים החדשניים בעולם. בתגובה לכללים חדשים בארה"ב על וואווי, TSMC השעתה הזמנות חדשות עבור החברה, הלקוחה השנייה בגודלה אחרי אפל, היוותה 20% מהכנסותיה השנתיות. TSMC גם הסכימה לבנות מפעל באריזונה.
בנוסף לכל החששות הללו, באביב 2021, טייוואן הסובטרופית והגשום בדרך כלל חוותה את הבצורת הגרועה ביותר שלה מזה 56 שנים, ואיימה על ייצור המוליכים למחצה העולמי. הבצורת עיכבה את הייצור והובילה למחסור בשבבים. יצרני מוליכים למחצה נאלצו לקצוב מים ולהזרים את זה פנימה. TSMC חוששת ששינויי האקלים יפחיתו את כמות המשקעים בעתיד, ובונה מפעל חדש שיוכל לעשות שימוש חוזר במים תעשייתיים, בעוד יצרנים אחרים חופרים בארות משלהם. והכי חשוב, הבצורת של טייוואן ב-2021 הסבה את תשומת הלב לחשיבות המים לייצור מוליכים למחצה. סיכון מים הבטחת כמויות מספיקות של מוליכים למחצה ופיתוח כושר ייצור מקומי אינם האתגרים היחידים שסין מתמודדת איתם. לוודא שיש מספיק מים כדי להפוך מוליכים למחצה יכול להיות אפילו יותר מרתיע. ChinaWaterRisk מחשב כי מפעל המייצר 40,000 מעגלים חשמליים יזדקק ל-4.8 מיליון גלונים של מים ביום, מספיק כדי לספק עיר של 60,000 תושבים.
בתוך ההצפות חסרות התקדים במרכז סין, כדאי לזכור שסין כולה יחסית חסרת ביטחון לגבי המים שלה - יש לה רק 7% מהמים בעולם, למרות שיש לה 20% מאוכלוסיית העולם. מים גם מחולקים בצורה לא אחידה. בצפון סין, שבה ממוקמת רוב תעשיית המוליכים למחצה, יש רק חמישית ממשאבי המים במדינה. גם לנוכח המחסור במים, לתעשיית המוליכים למחצה בסין יש בעיות עם השימוש במים. מחקר שנערך בשנת 2017 על שימוש במים בתעשיית המוליכים למחצה מצא כי סין משתמשת ביותר מים מאשר יצרנים גדולים אחרים (יפן, דרום קוריאה, טייוואן וארצות הברית) הן עבור תהליך השטיפה והן עבור החשמל הדרוש לייצורו. בהשוואה לארצות הברית, סין צורכת פי שלושה יותר מים. למעשה, 27% מהמים התעשייתיים בסין נספגים על ידי תעשיית המוליכים למחצה.
הפיתוח השאפתני של המוליכים למחצה של סין צריך לקחת בחשבון את משאבי המים הדרושים להשגת מטרה זו, שחסרה לסין. כפי שראינו בבצורת של טייוואן בשנת 2021, אפילו עם כישרון מוביל וטכנולוגיה חדשנית, מחסור במים יכול לשבש את הייצור.