ปัญหาขาดแคลนชิปและเทคโนโลยีโนด

Pat Gelsinger ซีอีโอของ Intel ได้แสดงความเห็นว่าปัญหาการขาดแคลนชิปจะยังคงดำเนินต่อไปจนถึงปี 2024 โดยระบุว่าสาเหตุส่วนหนึ่งมาจากความสามารถของอุตสาหกรรมในการตอบสนองความต้องการของผลิตภัณฑ์ใหม่ที่ถูกสร้างขึ้นบนสายการผลิตใหม่ ไม่ใช่แค่สายการผลิตที่มีอยู่เดิม

จากรายงานของ McKinsey แม้ว่าโรงงานจะดำเนินงานเต็มกำลัง ความต้องการของตลาดก็ยังคงเกินกำลังการผลิต ส่งผลให้ระยะเวลาส่งมอบผลิตภัณฑ์ยาวนานถึง 6 เดือนหรือมากกว่านั้น

รายงานนี้ยังอธิบายเพิ่มเติมว่าโดยทั่วไปหากเกิดภาวะขาดแคลน ในอุตสาหกรรมอื่นผู้ผลิตจะตอบสนองด้วยการเพิ่มกำลังการผลิตของสินค้า แต่ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กลับไม่สามารถทำได้ง่ายเช่นนั้น การก่อสร้างโรงงานผลิตและการเพิ่มกำลังการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ต้องใช้ต้นทุนสูงมากและกินเวลายาวนาน—โดยมักใช้เวลาหนึ่งปีสำหรับการขยายกำลังผลิตอย่างมีนัยสำคัญ หรือมากกว่าสามปีในการสร้างโรงงานใหม่ ส่งผลให้การเพิ่มปริมาณเซมิคอนดักเตอร์ทำได้อย่างจำกัดในระยะเวลาอันสั้น

อีกหนึ่งปัจจัยที่นำไปสู่ภาวะขาดแคลนชิปคือการที่เหล่าโรงงานเดินหน้าพัฒนาเทคโนโลยีใหม่เพื่อตอบสนองต่อความต้องการของโหนดขนาดเล็กขั้นสูงในอุตสาหกรรมที่เติบโตอย่าง AI/การเรียนรู้ของเครื่อง โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์สมรรถนะสูง และสกุลเงินคริปโต

ตลอดช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ความต้องการชิ้นส่วนขนาดเล็กและเร็วยิ่งขึ้นนำไปสู่จำนวนทรานซิสเตอร์ในชิปที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ สองปี ส่งผลให้ต้องลดขนาดของเทคโนโลยีโหนดลง ดังนั้นผู้ผลิตจึงให้ความสำคัญกับการผลิตชิปขั้นสูงและลงทุนในเครื่องจักรที่จำเป็นสำหรับการสร้างชิปเหล่านั้น โดยมุ่งเน้นสายการผลิตและกำลังการผลิตไปยังส่วนประกอบขนาดโหนดเล็กที่ตลาดต้องการเพื่อนำไปผลิต CPU, GPU และ SoC สำหรับอุปกรณ์พกพารุ่นใหม่

TSMC ตัวอย่างเช่น ได้ประกาศล่าสุดว่าจะเริ่มผลิตโปรเซสเซอร์ 2 นาโนเมตรขั้นสูงในปี 2025

อย่างไรก็ตาม ความสำคัญของขนาดโหนดแตกต่างกันไปตามแต่ละอุตสาหกรรมและภาคเทคโนโลยี โดยยังคงมีอุปกรณ์หลายร้อยชนิดที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีกระบวนการผลิตแบบเดิมหรือแบบเฉพาะทาง โดยปกติโหนดกระบวนการผลิตแบบเดิมนิยามไว้ที่ 40nm ขึ้นไป และต้องใช้กระบวนการผลิตแบบเก่า โหนดขนาดใหญ่เหมาะสมกับคุณสมบัติเฉพาะ เช่น การสวิตช์ที่รวดเร็ว อุตสาหกรรมยานยนต์เป็นผู้ใช้ชิ้นส่วนประเภทนี้รายใหญ่ เช่น ไดรเวอร์ LCD และคอนโทรลเลอร์จัดการพลังงาน

เมื่อโรงงานผลิตหันมาให้ความสำคัญกับการปรับกระบวนการผลิตและเทคโนโลยีเพื่อตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อัจฉริยะ ส่งผลให้ความต้องการใช้เซมิคอนดักเตอร์ในอุตสาหกรรมยานยนต์เติบโตอย่างรวดเร็วและนำไปสู่วิกฤตการขาดแคลนชิปทั่วโลก ตามข้อมูลของบริษัทวิจัย IDC ปัจจัยสำคัญประการหนึ่งของปัญหาห่วงโซ่อุปทานเซมิคอนดักเตอร์คือข้อจำกัดของโหนดกระบวนการผลิตแบบเดิม

รายงานระบุเพิ่มเติมว่าราว 67% ของเซมิคอนดักเตอร์ที่ผลิตในปี 2021 ใช้โหนดกระบวนการผลิตแบบเดิม ไม่ใช่โหนดกระบวนการผลิตขั้นสูงซึ่งนิยามว่ามีขนาด 16nm หรือต่ำกว่า

แม้ว่าความต้องการของโหนดแบบเดิมบางกลุ่มจะสูงเป็นพิเศษ โดยเฉพาะเนื่องจากเป็นส่วนประกอบสำคัญในรถยนต์ แต่การลงทุนในตลาดโรงงานผลิตต่อเนื่องกลับมุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีใหม่ ขณะที่การผลิตด้วยเทคโนโลยีกระบวนการแบบเดิมได้รับการลงทุนอย่างจำกัด

เมื่ออุตสาหกรรมตระหนักถึงประเด็นรายละเอียดปัญหาขาดแคลนชิปมากขึ้น จึงมีการปรับกลยุทธ์เพื่อตอบสนองต่อแนวโน้มความต้องการเซมิคอนดักเตอร์ระยะยาว โดย TSMCได้เปิดเผยว่าโรงงานจะขยายกำลังการผลิตโหนดกระบวนการแบบเดิมและแบบเฉพาะประมาณ 50% ภายในปี 2025

ขณะเดียวกัน ความไม่แน่นอนของห่วงโซ่อุปทานเซมิคอนดักเตอร์ยังคงดำเนินต่อไป โดยมีปัจจัยเสี่ยงภายนอกเพิ่มขึ้น เช่น ภัยธรรมชาติและภูมิรัฐศาสตร์ที่ซ้ำเติมความผันผวน