Wojna na Ukrainie – raport specjalny Defence24.pl

Istotę problemu z dostawą czipów oddała już pierwsza prezentacja na międzynarodowej konferencji „Challenges and opportunities for electronic and photonic ecosystems resulting from the EU Chips Act”. Sympozjum zorganizowane przez CEZAMAT w Warszawie 4 kwietnia 2023 roku dotyczyło ekosystemów elektronicznych i fotonicznych. Konferencja „była poświęcona działaniom podejmowanym przez kraje Unii Europejskiej na poziomie instytucjonalnym we współpracy z uczelniami, instytutami badawczymi i przedsiębiorstwami w zakresie mikroelektroniki/nanoelektroniki, fotoniki i mikrosystemów w związku z europejską ustawą o czipach (European Chips Act)”.

Co ważne, Marco Coccarelli z EC DGCNECT (z ang. „European Commision’s Directorate-General for Communications Networks, Content and Technology”) nie przedstawił w swoim wystąpieniu tylko zagrożeń, jakie są związane z zablokowaniem linii komunikacyjnych Azja-Europa, ale przede wszystkim wyjaśnił, jak Unia Europejska postanowiła się na to zagrożenie przygotować, głównie poprzez wprowadzenie w życie wspomnianej ustawy European Chips Act. Celem nadrzędnym tych działań ma być odtworzenie na Starym Kontynencie sieci zakładów przemysłowych i instytutów badawczych, które zapewniłyby krajom europejskim samowystarczalność w dziedzinie układów półprzewodnikowych.Polska może odgrywać bardzo istotną rolę w tych planach.

Zapotrzebowanie na półprzewodniki będzie jeszcze większe

Jak na razie Europa jest bardzo mocno uzależniona od zewnętrznych dostaw układów półprzewodnikowych. Udział Unii Europejskiej w tych zdolnościach zmniejszał się w przeciągu ostatnich 20 lat, a obecnie stanowi tylko 7-10% rynku światowego. Na szczęście dużą część potrzeb Europy zaspakajają czipy opracowane i wyprodukowane w Stanach Zjednoczonych, szczególnie jeżeli chodzi o systemy krytyczne i wojskowe. Jednak nie zmienia to faktu, że obecne uzależnienie jest „ryzykiem dla europejskiej suwerenności, bezpieczeństwa i gospodarki”. Półprzewodniki mają bowiem „kluczową wartość strategiczną o szerokim zasięgu”.

O tym, co może czekać kraje europejskie, jeżeli chodzi o dostawy czipów, można było przekonać się w czasie pandemii COVID-19. Z powodu wprowadzanych powszechnie ograniczeń sanitarnych nastąpiły wyraźne opóźnienia w dostarczaniu układów półprzewodnikowych z krajów azjatyckich, w tym przede wszystkim z Korei Południowej i Tajwanu. Trudności w transporcie czipów w 2021 r. tylko w przemyśle motoryzacyjnym zmusiły do zmniejszenia produkcji o 11 milionów samochodów, co przyniosło straty w wysokości 210 miliardów euro.

Oparcie się na dostawcach azjatyckich, jeżeli chodzi o czipy, okazało się bardzo ryzykowne nie tylko z powodu potencjalnych kolejnych pandemii, ale również świadomych działań państw takich jak Chiny. Zawsze istnieje bowiem możliwość, że pod jakimś pretekstem władze w Pekinie zablokują dostawy czipów do Europy, destabilizując sytuację gospodarczą i produkcję systemów ważnych także ze względu na szeroko pojęte bezpieczeństwo. Chińczycy już wiedzą, że czipami można zadać równie dotkliwe straty jak rakietami i bombami.

Tymczasem trzeba pamiętać, że w tym wszystkim nie chodzi tylko o utrzymanie ciągłości obecnych dostaw, ale o ich stałe zwiększanie. Przyspieszona transformacja cyfrowa skutkuje bowiem coraz większym popytem na półprzewodniki, a to może jeszcze bardziej wpłynąć na niedobory w tej dziedzinie.

Według badań przeprowadzonych przez Komisję Europejską popyt na czipy w przemyśle europejskim może się podwoić do 2030 r. Będzie on zresztą wzrastał we wszystkich dziedzinach: w produkcji systemów łączności przewodowej i bezprzewodowej, w przemyśle samochodowym, komputerowym, medycznym itd. Przewiduje się, że rynek półprzewodnikowy, szacowany w 2023 r. na 666 miliardów dolarów, przekroczy bilion już w 2028 r., w 2030 osiągnie pułap 1,351 biliona.

Unia kontratakuje

Sytuacja w branży stała się na tyle niebezpieczna, że w krajach europejskich zaczęto pracować nad skoordynowanym planem działań zapewniających ciągłość dostaw odpowiednich komponentów dla przemysłu. Taka samowystarczalność pozwoliłaby nie tylko na zabezpieczenie się przed ewentualnym przerwaniem szlaków handlowych z krajami azjatyckimi, ale również na wcześniejsze prognozowanie zakłóceń w sieci dostaw i wdrażanie z wyprzedzeniem odpowiednich środków zaradczych.

Ponadto, jest to rozwiązanie bezpieczne z punktu widzenia obronności. Żeby mieć pełną kontrolę nad systemami uzbrojenia, dowodzenia i łączności, trzeba samemu projektować i produkować wykorzystywane do ich produkcji półprzewodnikowe układy scalone. Inaczej zawsze jest możliwość, że ktoś będzie kontrolował działanie systemów, w odpowiednim momencie je nawet blokując. I wcale nie chodzi tu o procesory zapewniające np. sterowanie uzbrojeniem (bo te są najczęściej dobrze sprawdzane), ale również o czipy wykorzystywane w „zwykłych” układach zasilania.

Tym, co ma zapobiec przyszłym problemom w dostawach układów półprzewodnikowych w Europie, jest ustawa o czipach. Zakłada ona wspólne stworzenie „najnowocześniejszego europejskiego ekosystemu półprzewodnikowego, który obejmuje prowadzone na światowym poziomie badania i prace projektowanie oraz zwiększone zdolności produkcyjne”. Według wprowadzającej tą ustawę Ursuli von der Leyen, Przewodniczącej Komisji Europejskiej, „to nie jest tylko kwestia naszej konkurencyjności. Jest to również kwestia suwerenności technologicznej”.

Ze względu na obecną zapaść Europy w tej dziedzinie ustawa o czipach zakłada „uruchomienie inwestycji, zarówno ze środków publicznych, jak i prywatnych, które docelowo miałyby doprowadzić do podwojenia zdolności produkcyjnych państw członkowskich Unii Europejskiej, z 10% do 20% rynku światowego do 2030 r.”. Jednak cele są o wiele ambitniejsze niż tylko zwiększenie produkcji. Ustawa o czipach zakłada bowiem również:

• wzmocnienie pozycji Europy w dziedzinie badań i technologii;
• budowanie i wzmacnianie europejskiego potencjału innowacyjnego, m.in. w zakresie projektowania i produkcji;
• zapewnienie w całej Europie dostępu do narzędzi projektowych i linii pilotażowych do prototypowania, testowania i eksperymentowania z najnowocześniejszymi układami scalonymi;
• inwestycje w technologie nowej generacji;
• wprowadzenie procedur certyfikacji energooszczędnych i godnych zaufania układów scalonych w celu zagwarantowania jakości i bezpieczeństwa krytycznych aplikacji;
• budowanie międzynarodowych partnerstw w zakresie półprzewodników z podobnie myślącymi krajami;
• zajęcie się dotkliwym niedoborem wykwalifikowanych kadr i przyciągnięciem nowych talentów;
• opracowanie mechanizmu monitorowania łańcucha dostaw, a w razie potrzeby interweniowania, gdy coś się dzieje.

Nie będzie to zadanie łatwe, ponieważ uruchomienie produkcji czipów jest kapitałochłonne i wiąże się z dużymi inwestycjami początkowymi. Dodatkowo rozwój czipów jest kosztowny i ryzykowny, szczególnie na wczesnych etapach nowych technologii.

Pomimo tego jak na razie planuje się zmobilizowanie inwestycji publicznych i prywatnych o wartości ponad 43 mld euro na „rewitalizację i wspieranie rozwoju, badań i produkcję w dziedzinie mikroelektroniki i fotoniki”, a także określenie środków w celu przygotowania, przewidywania i szybkiego reagowania na wszelkie przyszłe zakłócenia w łańcuchu dostaw wraz z państwami członkowskimi i międzynarodowymi partnerami.

Amerykańskie przygotowania do „wojny na czipy”

Podobne działania są podejmowane również w Stanach Zjednoczonych. Jednak Amerykanie startują z zupełnie innej pozycji, ponieważ przezornie zachowali stosunkowo dużą samowystarczalność w dziedzinie układów półprzewodnikowych (szczególnie tych najbardziej zaawansowanych) i są cały czas ważnym źródłem dostaw również dla krajów europejskich. Pomimo tego 9 sierpnia 2022 r. prezydent Joe Biden podpisał ustawę „Chips and Science Act”, przyspieszając w Stanach Zjednoczonych prace nad odzyskaniem pełnej samowystarczalności w dostawie półprzewodników.

Ma to zarówno zwiększyć produkcję czipów (ożywiając w ten sposób sektor naukowo badawczy oraz produkcję towarów), jak i poprawić bezpieczeństwo Stanów Zjednoczonych (poprzez uzyskanie pełnej kontroli nad wytwarzanymi systemami elektronicznymi). Na realizację programów zachęcających do produkcji półprzewodników w USA zaplanowano jak na razie 52,7 miliarda dolarów w ciągu najbliższych pięciu lat.

Pomocą w tym procesie ma być również m.in. nowa, 25-procentowa ulga podatkowa na inwestycje w zakłady produkujące półprzewodniki w Stanach Zjednoczonych oraz przeznaczenie ponad 170 miliardów dolarów w ciągu najbliższych pięciu lat na programy badawczo-rozwojowe, w tym na finansowanie badań i rozwoju w dziedzinach takich jak sztuczna inteligencja, przechowywanie danych i robotyka.

Ważnym elementem tego procesu ma być nakaz ograniczenia rozbudowy przez amerykańskie firmy mocy produkcyjnych w Chinach przez okres dziesięciu lat (z wyjątkiem produkcji starszych układów) oraz przepisy nakładające obowiązek powiadamiania o planowanych transakcjach w Chinach (dając prawo do przeglądu takich transakcji przez wyznaczone agencje i organy kontrolne).

Polska nie musi pozostawać w tyle

Dzięki wcześniejszym decyzjom Polska może być bardzo aktywnym krajem w procesie wdrażania europejskiej ustawy o czipach, bowiem już od 2016 r. prowadzi się u nas prace nad stworzeniem miejsca pozwalającego na samodzielne projektowanie i produkcję scalonych układów półprzewodnikowych.

M.in. po to, by uzyskać tę samowystarczalność, w ramach projektu współfinansowanego przez Unię Europejską postanowiono stworzyć sieć pięciu laboratoriów zlokalizowanych w Warszawie, wyposażonych w najnowocześniejsze urządzenia oraz niezbędną infrastrukturę. Instytucje te weszły w skład Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii CEZAMAT. Mają „prowadzić prace badawczo-rozwojowe nad nowymi, posiadającymi potencjał komercyjny technologiami, które będą miały wpływ na rozwój gospodarki i sukces ekonomiczny Polski”.

Ważnym celem projektu CEZAMAT było „stworzenie platformy integrującej środowisko badawcze, która umożliwi interdyscyplinarny rozwój badań nad nowoczesnymi materiałami i technologiami”. Jednak zgodnie z kierunkami europejskimi nie chodzi jedynie o zbudowanie infrastruktury naukowej, ale przede wszystkim o upowszechnienie i wdrażanie nowoczesnych technologii oraz „komercjalizację wypracowanych pomysłów” zgodnie z zasadą „From Lab to Fab” (z ang. „z laboratorium do produkcji”).

Zresztą duża część inwestycji została już zrealizowana. Widać to przede wszystkim w Laboratorium Centralnym, zbudowanym na terenie Politechniki Warszawskiej, przy ulicy Poleczki. W kompleksie o powierzchni około 32 tys. metrów kwadratowych stworzono unikatowy w Europie kompleks wysoko specjalistycznych laboratoriów o wyjątkowych kompetencjach zgrupowanych w jednym miejscu.

Zapewniono tam warunki do bezpiecznego opracowywania i wprowadzania nowych, polskich układów scalonych, tworząc np. pomieszczenia laboratoryjne typu clean room, pozbawione pyłów, zanieczyszczeń chemicznych i mikroorganizmów. Wymagało to m.in. zaprojektowania specjalnego układu obiegu powietrza o odpowiedniej czystości, zminimalizowania drgań, kontroli: temperatury, wilgotności powietrza i rodzaju światła, a nawet stworzenia odpowiedniej jakości systemu zasilania w energię elektryczną (w taki sposób, by nie wpływał na odczyty bardzo czułej aparatury pomiarowej).

Inwestycja była finansowana z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013. Prace nad projektem CEZAMAT rozpoczęły się 19 grudnia 2007 r. odpowiednią uchwałą Senatu Politechniki Warszawskiej. Konsorcjum CEZAMAT zostało założone rok później, 19 grudnia 2008 r. Komisja Europejska potwierdziła finansowanie 13 września 2013 r., kamień węgielny pod Laboratorium Centralne położono 10 września 2014 r., a budowa została oficjalnie zakończona 31 października 2016 r.

Nie zrobiono tylko ostatniego kroku, a więc póki co nie udało się uzyskać środków na przygotowanie już gotowego laboratorium do produkcji układów scalonych i półprzewodników na niewielką skalę. By to stało się możliwe, CEZAMAT potrzebuje około 4-5 lat i około 500 milionów złotych (według cen z 2020 r.) na zakup odpowiednich maszyn. Jednak inwestycja ta mogłaby bardzo szybko się zwrócić, ponieważ zainteresowanie „bezpiecznymi układami półprzewodnikowymi” jest coraz większe, i to nie tylko w Europie. Jest więc szansa, by CEZAMAT wraz ze współpracującymi podmiotami przemysłowymi dołączył do tej niewielkiej grupy europejskich przedsiębiorstw, który ten popyt będą się starały w jakiś sposób zabezpieczyć.

Jak na razie w trakcie konferencji 4 kwietnia 2023 r. podpisano Porozumienie o Współpracy tworzące Klaster Mikroelektroniki, Elektroniki i Fotoniki. Jego zadaniem ma być „wsparcie rozwoju polskiej branży mikroelektroniki, elektroniki i fotoniki poprzez stworzenie trwałych ram współpracy pomiędzy podmiotami oraz zbudowanie silnej platformy dialogu i wspólnych działań”.

Deklaracje członkowskie złożyły aż 22 podmioty: przedsiębiorstwa, uczelnie, instytuty badawcze oraz organizacje pozarządowe. Koordynatorem Klastra jest Polska Platforma Technologiczna Fotoniki, zaś rolę Lidera współpracy badawczej pełni Politechnika Warszawska reprezentowana przez CEZAMAT PW.

Wierzę, że Klaster Mikroelektroniki, Elektroniki i Fotoniki pozwoli na efektywniejszą współpracę jednostek działających w tych obszarach w Polsce. Dzięki temu, że udało nam się skupić w nim zarówno podmioty badawcze, jak również przedsiębiorstwa, będziemy mogli sprawniej wdrożyć postanowienia EU Chips Act, a nasze stanowisko i opinie będą mocniej zauważalne w dyskusji o przyszłości tej gałęzi przemysłu.

Prof. dr hab. Romuald B. Beck, pełnomocnik ds. projektów strategicznych Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii CEZAMAT, Politechnika Warszawska.