Yarı İletkenler (Çip) ve Tarihsel Gelişimi

BLOOMBERG BUSINESSWEEK TÜRKİYE

Yarı İletkenler (Çip) ve Tarihsel Gelişimi

16 Kasım 2023

Günlük hayatımızda kullandığımız cihazların çoğunda yer alan çip ve yarı iletkenlerin üretimi, son dönemlerde global güç dengelerinde en çok tartışılan konular arasında yer almaya başladı.

Çiplerin kullanım alanı, akıllı telefonlar dahil, çeşitli iletişim cihazlarında, telefonlarda, bilgisayarlarda, otomobillerde, oyun konsolları, güneş enerji sistemleri ve akıllı ev cihazlarının yanı sıra savunma sanayi, uzay ve havacılık için üretilen birçok parçada günden güne artıyor.

Yarı iletkenlerin keşfi ve gelişimi

Yarı iletkenlerin geçmişi 1824 yılına kadar giderken, ilk geliştirmeleri ise 1949’a dayanır. Alman mühendis Werner Jacobi 1949’da ve İngiliz bilim insanı Geoffrey W.A. Dummer 1952’de ilk adımları attı, Jack Kilby ise 1958 yılında orijinal entegre devresini yaptı. Kilby’nin , “Tamamen bütünleşmiş elektronik devrelerin tüm bileşenlerini barındıran yarı iletken maddelerin cismi” olarak tanımlanan bu çalışması 2000 yılında entegre devreleri bulduğu için fizikten Nobel Ödülü aldı.

Kilby’den yaklaşık altın ay sonra, Robert Noyce ve sonrasında İtalyan fizikçi Federico Faggin 1968’de entegre devreyi geliştirildi. Faggin 2010’da Teknoloji ve Yenilik Ulusal Madalyası kazandı.

Yarı iletken üretim noktası Tayvan

Asya pazarına baktığımızda Tayvan’ın uluslararası yarı iletken (çip) alanındaki çalışmaları 1980’lerde başladı. O dönem dünyanın önde gelen yarı iletken firmalarının kendi ülkelerindeki tesislerinde de üretim yapılıyordu. Ancak çiplerin daha da karmaşık halde gelişmesi üretimi son derece maliyetli bir konuma getirdi. 1987’de Tayvan’da ortaya çıkan farklı iş birliği ve çalışma modelleri, dünyadaki birçok üreticiyi bu bölgede iş yapmaya yönlendirdi. Sözleşmeli üretim yapan bu yeni şirketler, yarı iletkenleri mühendislik firmalarının istediği şekilde ve geniş kapsamlı üretiyordu. Bu iş modeliyle faaliyet gösteren firmalar daha çok AR-GE faaliyetlerine yönelirken, fason üretimlerini de lisanslı olarak bu alanlarda yaptırdı. Bu eğilim, 1990’da küresel pazar payının kabaca yüzde 40’ına ve 2020’de yüzde 12’sine sahip olan Amerika’nın yarı iletken üretim kapasitesinin düşmesine yol açtı.

2020’de ise Tayvanlı en büyük üreticinin bu alanda dünyadaki gelirlerin yüzde 54’üne ulaştığını ve Amerika’nın en büyük teknoloji şirketlerinden bazılarının, çiplerinin yaklaşık yüzde 90’ını Tayvan’da ürettiğini görüyoruz. Bugün Tayvan, Japonya ve Güney Kore küresel üretim kapasitesinin yaklaşık yüzde 80’nini oluşturuyor. Diğer yandan Asya’da artan Çin,Tayvan ve ABD gerilimin bu çiplerin üretiminde ciddi aksamalara sebep olduğu ve otomotiv ile küresel tüketici elektroniği endüstrisinde zincirleme etki yarattığına yönelik haberleri de duyuyoruz.

Tayvanlı büyük üreticilerin, dünya çapında yaklaşık 500 müşteri için 10.000’den fazla çeşit ürün ürettiğini görüyoruz. Büyük telefon üreticilerinden bilgisayar üreticilerine, havacılık ve uzay sanayinden otomobil üretimi ve elektronik ürünlere kadar, küresel ekonominin hemen her dalına katkı yapan bu sektör stratejik öneme sahip. Bu alandaki üreticilerin sayısı 20’ye kadar ulaşırken, bu şirketler ağırlıklı olarak Tayvan’ın kuzeybatı kıyısındaki yarı iletken metropolü sayılan Hsichnu’daki serbest bölgede konuşlanıyor.

Tayvan, dünyadaki tüm yarı iletkenlerin kabaca yüzde 50’sini üretirken, otomotiv sektörünün geleceğini belirleyen dijitalleşme, yapay zekâ veya otonom sürüş gibi adımlar da yarı iletkenlere bağlı olarak AR-GE faaliyetlerinin devam etmesini sağlıyor.

Global eksen değişimi ve üretimde yerel etkisi

Geçmiş dönemde ABD, Asya’daki fason üretime bu kadar bağımlı olmanın doğurabileceği olumsuz sonuçlara karşı hem ABD’li hem Asyalı yüksek teknoloji şirketlerine ülke içinde üretim tesisleri açmaları için yönlendirme yapmıştı. Bunun bir yansıması olarak da Tayvan’ın en büyük çip üreticisi, Arizona’da 12 milyar dolar maliyetle kurulacak fabrikada 2024 yılında üretime başlayacak. Asya’da oluşan denge değişiminin dünya otomotiv endüstrisi üzerinde büyük bir zincirleme etkisi olacağı düşünülüyor.

ABD’de çip üretimine 280 milyar dolarlık teşvik tasarısı onaylanırken, yarı iletken üretimi için yaklaşık 52 milyar dolarlık desteğin yanı sıra fabrika kurulumunu teşvik etmek için 4 yıllığına yüzde 25’lik vergi indirimi sunuluyor. Amerikan topraklarında yeni çip fabrikalarının kurulmasını teşvik etmek üzere sunulan destekler, Asya’da ve Çin’de üretim yapmama güvencesi veren fason çip imalatçıları için geçerli olacak. Ülkeler, artan teknoloji ihtiyacıyla savunma ve havacılık endüstrisi için fason olarak üretilen yüksek teknoloji bileşenlerinin üretimini de kendi ülkelerine geri çekmek için yıllardır yoğun bir çaba harcıyor.

Avrupa ülkeleri de Asya çip üreticilerine olan bağımlılığı azaltmak için adımlar atıyor. AB Komisyonu, Avrupa’nın küresel çip üretimindeki payının 2030 yılına kadar iki katına çıkarılarak yüzde 10’dan yüzde 20’ye yükseltilmesi için Avrupa Çip Yasası ile çip endüstrisini 43 milyar Euro’luk kamu fonlarıyla destekleyecek bir paketi açıklamaya hazırlanıyor. Bu kapsamda ilk adım olarak Almanya’nın kuzeydoğusunda bir çip fabrikası kurulması planlanıyor.

Güney Kore kendi endüstrisine 450 milyar dolar taahhüt etti ve Japon hükümeti, Tayvan ve Japon ortaklıklı yeni bir fabrika açmak için çalışıyor.

Otomotiv üreticileri hala 2020’de başlayan mikroçip kıtlığının etkileriyle uğraşıyor. Sektörün 2023’te üretimden 2-3 milyon adet kesinti yapması bekleniyor.

Bu rakam, üreticilerin karşı karşıya kaldığı devam eden üretim zorluklarını vurguluyor. 2021’de 10,5 milyondan fazla aracın üretimi durduruldu. 2022’de dünyanın dört bir yanındaki otomobil üreticileri, üretim programlarından tahminen 4,3 milyon otomobili çıkardı. 2-3 milyon birimin kaybedilmesi, üreticiler için yine de bir zorluk olacak.

Artan kapasite adımları hızlanıyor

Yarı iletken endüstrisindeki işletmeler, üretim kapasitelerini artırmaya yatırım yaparak kıtlığa yanıt verdiler. Bir Alman şirketi, Almanya’da üretimi artırmaya yardımcı olmak için 2022’de 1 milyar dolardan fazla yatırım yaptı. Şirket ayrıca yakın gelecekte üretim kapasitesini genişletmek için 3 milyar dolar daha harcamayı planlıyor.

ABD’deki ilk yarı iletken üretim tesisi, Ağustos 2022’de New York’ta kapılarını açarken, Kuzey Carolina merkezli 1 milyar dolarlık yatırım tutarlı bir fabrika, yerli ve yabancı üreticiler için üretim yapıyor.

CHIPS Yasası’nın kabulü ve ardından yapılanma için 200 milyar dolardan fazla yatırım, 16 eyalette 40’tan fazla projeyi kapsıyor.

Dünyanın dört bir yanında buna benzer yatırımlar, 2023’te birçok kıtada farklı adımlarla devam ediyor. Artan kapasite, çip arzındaki eksikliklerin hafifletilmesinde hayati bir rol oynayabilir.

Tedarik zinciri sorunlarını çözmenin daha fazla yarı iletken yapmaktan daha karmaşık olan altyapının da gelecekteki talepleri karşılamaya hazır olması gerekiyor. Yapıyı desteklemek için yeni dökümhanelerine, alt tabakalara, kobalt, paladyum, bakır, neon gazı ve diğerleri dahil olmak üzere önemli hammaddelerin üretilmesi ve tedarik edilmesine yatırım yapılması gerekir.

Uzun zamandır beklenen 4G’den 5G’ye dönüşüm, yarı iletkenler için ihtiyaç duyulan hammaddelerin arzının sınırlı olması, nesnelerin internetindeki artışlar, savunma sanayi ihtiyaçları yarı iletken talebini önümüzdeki yıllarda daha da güçlü kılacak.

Şimdiye kadar, endüstriler çip kıtlığıyla çoğunlukla kısa vadeli yollarla mücadele etti. Otomotiv endüstrisi, yeni araba modellerinden yüksek teknoloji özelliklerini kesmek gibi anlık kararlara yöneldi. Bu arada akıllı telefon endüstrisi, salgının başında stokladıkları yarı iletkenleri kullanarak kıtlığın ilk aşamalarından kurtulmayı başardı.

2024 yılında halen küresel tedarik zinciri boyunca, bir alanda kritik çip kıtlığı ve diğerlerinde öngörülemeyen bileşen fazlalığı gibi karışık sinyaller görülüyor.

Elektrikli araçlara talep artan bir pazar payı aldıkça, onlara güç sağlayan mikroişlemcilere olan talep katlanarak artmaya devam edecek.

Çağrı Koray Öztopçu