De westerse chipindustrie: dik, dom en gelukkig

Als de machineleveringen van ASML naar China in het tweede kwartaal van dit jaar de eerste rimpelingen zijn van een nieuwe economisch-technologische wedloop in chipfabricage, dan kan de westerse semiconindustrie zich opmaken voor een aardige storm.

René Raaijmakers

Ik krijg soms het gevoel dat de westerse chipindustrie dik, dom en gelukkig is (vrij naar Peter Wennink, topman ASML). Het geld klotst bij vrijwel alle semiconbedrijven tegen de plinten op en toch pamperen overheden machtige spelers als Intel en TSMC met miljardensubsidies. Politici en industrie denken dat de wedstrijd valt te winnen door belastinggeld in nanofabs te pompen, maar daarmee laten ze een groot deel van het speelveld buiten beschouwing.

Terwijl alle media-aandacht is gericht op het afknijpen van China voor de fabricage van de meest geavanceerde chips – deze week ook weer met het nieuwe mobieltje van Huawei – versterkt het land gestaag zijn infrastructuur voor de volwassen halfgeleiderfabricage. Als de machines voor de oude chipknooppunten eenmaal draaien, dan kunnen andere landen hun borst nat maken.

Na een weergaloze drie decennia, waarin de hele wereld zijn elektronica-assemblage verplaatste naar China, is er nu de periode aangebroken waarin het land ook steeds meer chipfabricage voor zijn rekening neemt. Kijk maar naar de manier waarop China investeert in kennis en bedrijven en tel daarbij een sterke motivatie op: de wil om onafhankelijk te worden van de VS en nalopers EU en Japan. Daaruit volgt onverbiddelijk de conclusie dat China zich klaar maakt om de wereld te overspoelen met goedkope chips.

Het is bekend dat China werkt aan technologische onafhankelijkheid. Meer specifiek streven de Chinese overheid en industrie er momenteel achter de schermen aan om op het 28 nanometer-knooppunt zelfvoorzienend te zijn. Dat is aardig aan het lukken.

Wat is er zo bijzonder aan 28 nm? Met deze generatie chiptechnologie zijn de bulk van de chips goed en voor een redelijke prijs te maken. Je zou kunnen zeggen dat de prijs-kwaliteit van deze technologie uitstekend is. Je kunt op een 28 nm-chip behoorlijk wat functies kwijt. Als je een agressievere technologie neemt, dan stijgen de kosten per chip meteen met wel vijftig procent. Er zijn wel immersie-scanners van ASML of Nikon voor nodig, maar niet de topversies waarvoor exportrestricties gelden.

Minder agressieve chiptechnologie valt deels te combineren door meerdere chips te combineren. In enkele gevallen nemen de prestaties dan zelfs toe. Je kunt niet alleen complexere systemen maken door meer op een chip te zetten, maar ook door de functies te verdelen en de boel slim te verpakken.

28 nm self-sufficiency

Toonaangevende machineleveranciers zijn in China betrokken om hiervoor een ecosysteem op te zetten. Equipmentbouwers daar laten nu al zien dat ze kwaliteit kunnen leveren. Dat doen ze bovendien tegen lage prijzen. Zelfs in lithografie boeken de Chinezen gestaag voortgang. I-line lithografiemachines van SMEE staan intussen bij belangrijke backend-spelers, waar ze helpen in het chipverpakkingsproces. Met details van enkele microns is dit nog niet de technologie die nodig is om betrouwbaar chips te maken, maar waar ik van opkeek is dat de machines zeer goedkoop zijn en zeer betrouwbaar.

Een belangrijk lid van de 28 nm self-sufficiency groep is Huawei, dat enkele jaren geleden het investeringsfonds Hubble Technology Investment Co optuigde om in cruciale bedrijven te investeren of ze op te kopen. Ontwikkelaars van EDA-gereedschappen en bouwers van chipverpakkingsmachines behoren tot de doelgroep.

Met het Hubble-investeringsvehikel van een half miljard dollar nam Huawei in 2022 45 binnenlandse techbedrijven over, een verdubbeling van het jaar daarvoor. Ruim tweederde van de investeringen gingen naar halfgeleider-gerelateerde leveranciers, variërend van chipontwikkelaars en ontwerptools tot productieapparatuur en materialen, zo bleek uit een onderzoek dat werd uitgevoerd door Nikkei Asia.

Alles gericht op zelfredzaamheid

Alles is daarbij gericht op zelfredzaamheid. Huawei ziet deze investeringen blijkbaar als cruciaal om te overleven. Zo werkt de gigant samen met Quliang Electronics, dat Huawei helpt met geavanceerde ontwerpen voor chipassemblage en het testen van chipstapelingen en verpakkingen. Met slim verpakken willen ze systemen maken die bestaan uit chips uit meer volwassen nodes die kunnen wedijveren met de ic’s uit geavanceerde nodes. Huawei’s deze week gepresenteerde Marquee Phone laat zien dat we deze inspanningen zeer serieus kunnen nemen.

Overigens is ook Huawei’s werving zeer agressief. In mijn Nederlandse netwerk hoor ik regelmatig van experts uit het Nederlandse semicon-ecosysteem dat ze door het Chinese bedrijf zijn benaderd met vorstelijke aanbiedingen. Nikkei Asia berichtte dat Huawei mensen werft bij backend-leveranciers zoals het Taiwanese ASE Technology, de marktleider in chipverpakkings- en testdiensten.

Chinese versnelling

Intussen bouwen Chinese fabrikanten gestaag aan hun fabs. De afgelopen jaren kwamen er talloze fabrieksgebouwen gereed, zonder dat men daar in staat was ze met productielijnen te vullen. Topman Peter Wennink zei tijdens de bespreking van ASML’s laatste kwartaalresultaten dat de lithomachinebouwer de afgelopen tijd niet eens de helft van de orders uit China kon invullen. Maar nu de rest van de wereld pas op de plaats maakt, zien de Chinezen hun kans schoon om te versnellen.

Financial Times berichtte vorige week dat uit Chinese douanegegevens van afgelopen juni en juli blijkt dat de invoer van chip-equipment in totaal bijna 5 miljard dollar bedroeg. Dat was volgens de krant 70 procent meer dan de 2,9 miljard dollar in dezelfde periode vorig jaar. Naast Nederland (Besi, ASM, ASML) komt daarvan het grootste deel uit Japan. Beide landen legden op aandringen van de VS exportbeperkingen op aan hun machine- en materiaalfabrikanten om de Chinezen technologisch af te remmen.

Lithografiehonger

In andere delen van de wereld schoven chipfabrikanten het afgelopen half jaar de ontvangst van DUV-orders naar achteren. Ook het uitstellen van EUV-productie zorgt voor vertragingen in DUV-immersie- en droge machines. In een 7, 5 of 3 nanometer-fabriek zijn immers veel meer DUV- dan EUV-scanners nodig om de vele interconnectielagen aan te brengen boven op de kritische fundering met de transistoren.

De Chinese honger naar lithografie is terug te zien in de cijfers die ASML naar buiten brengt. Zijn 38 miljard euro-grote orderportefeuille is voor eenvijfde gevuld met aanvragen uit China. Terwijl ASML in het eerste kwartaal van dit jaar nog voor 427 miljoen euro aan machines aan Chinese fabrieken leverde, was dat in het tweede kwartaal totaal 1,35 miljard euro, bijna driemaal zoveel. Het aantal EUV-machines daalde van 17 naar 12 van kwartaal tot kwartaal. Het aantal immersiemachines nam over dezelfde periode met 14 toe, van 25 naar 39. Het ligt daarnaast voor de hand dat ASML een eindsprint heeft getrokken om nog voor het verstrijken van de door de regering verstrekte deadline zoveel mogelijk machines naar het Oosten te verschepen.

Chinese fabrikanten ontvingen de vrijgekomen machines met open armen. ‘Chinese klanten zeggen: we nemen graag de machines die anderen niet willen’, verklaarde ceo Wennink over de Chinese factor in ASML’s blijvend sterke DUV-business. ‘Omdat hun fabrieken klaar zijn. Ze zijn klaar om de gereedschappen te installeren.’ Dat zorgt er volgens Wennink voor dat de vraag naar lithografie uit Veldhoven nog steeds hoger is dan de aantallen die de machinebouwer kan maken.

Ik schrijf hiervoor overigens bewust ‘fabrikanten in China’, want het zijn niet allemaal Chinese fabrikanten die chips produceren in dat land. De helft van de IC-fabricagecapacitieit in China is in buitenlandse handen zoals de megafab van TSMC in Nanjing.

India, Maleisië, Thailand en Vietnam

Met de sancties van de Verenigde Staten en het streven van Amerikaanse bedrijven om risico’s te spreiden, verhuist elektronica-assemblage steeds vaker naar de omliggende landen als Maleisië, Thailand en Vietnam. Vooral over India zijn de verwachtingen hooggespannen. Het land heeft intussen net zoveel inwoners als China en deze eeuw komen er misschien nog wel een half miljard Indiërs bij. India is tot nu toe niet echt een succesvolle productielocatie met zijn problemen op het gebied van infrastructuur en bureaucratie.

Martin Wolf, chief economics commentator bij de Financial Times, zei recent in de Ezra Klein-podcast van de New York Times dat China in de nabije toekomst een centraal onderdeel zal blijven spelen in de wereldwijde toeleveringsketens, al zullen meer landen in Zuidoost-Azië een rol gaan spelen.

De productieslagkracht van China is nog steeds enorm. Het zet negentien van de twintig iPhones in elkaar, al zal dat met een verschuiving naar Vietnam en India binnen enkele jaren verschuiven naar vier van de vijf. Maar China blijft een centrale rol vervullen en dat komt volgens Wolf doordat het inmiddels grote oem’s huisvest in toonaangevende industrieën. Zo is China inmiddels de grootste producent van auto’s en is het sterk in technologie voor de duurzame energie, zoals zonnecellen. Met een groeiende basis eindproducenten en een grote interne markt kom je tot de conclusie dat het land zijn positie niet snel zal prijsgeven aan de omliggende landen.

Westerse bedrijven hebben weliswaar de wens om hun productielocaties te heroverwegen om niet te worden opgeslokt door China, maar dat zal volgens Wolf vooral leiden tot een grotere diversificatie van de productielocaties in Azië en niet zozeer tot een terugkeer van productie naar Europa en de VS. China zal daarbij de centrale rol pakken. ‘Gezien zijn enorme efficiënte productiesystemen, zijn kennis en vaardigheden in specifieke gebieden, lijkt mij het volledig afzonderen van China in de nabije toekomst gewoon volstrekt onhaalbaar’, aldus Wolf.

China koppelt zich los

‘Eén ding is zeker”, vertrouwde een Chinese journalist me onlangs toe, ‘China bereidt zich voor om zich los te koppelen van de VS.’ Maar alles wijst erop dat het niet bij deze ontkoppeling zal blijven. Goedkope chips uit het Oosten zullen ook de veelal zeer riante marges van westerse chipfabrikanten gaan ondergraven.

Dat geldt niet alleen voor de spelers in de mature nodes, maar ook voor de fabrikanten van geavanceerde chips. Die fabriceren naast hun high-end portfolio (zoals microprocessoren, geheugens en fpga’s) ook chips uit volwassen generaties (of die laten ze tegen een hoge prijs door TSMC produceren). Het slinken van de marges in de hele keten zal direct effect hebben op de investeringen die spelers kunnen doen in geavanceerde technologie.

Het Chinese streven naar technologische onafhankelijkheid in chips en de reactie op de Amerikaanse restricties doet sterk denken aan de Japanse initiatieven van eind jaren zeventig. Toen schokte GCA, de toenmalige marktleider in steppers, de Japanners door Amerikaanse klanten in een oplevende markt voorrang te geven bij de levering van lithografische machines.

De Japanse overheid gaf al leiding aan een technologische inhaalrace en de boycot motiveerde de halfgeleiderindustrie in het land extra om zijn eigen machinebouw voor chips op te zetten. Het resultaat was dat de Japanse chipfabrikanten intensief gingen samenwerken met hun landgenoten die chipproductiemachines bouwden. Binnen vijf jaar domineerden ze de markt voor geheugenchips en sinds midden jaren tachtig namen Nikon en Canon de markt over van GCA. Dat vormde de start van vijftien jaar Japanse dominantie in lithografie.

Als uit deze geschiedenis lessen te trekken vallen, dan betekent de huidige Chinese mars in mature chips dat het land de wereld in het komende decennium zal overspoelen met goedkope chips.

Verwende westerse chipbedrijven zullen de huidige, zeer comfortabele marges op hun producten zien smelten en in sommige gevallen hun fabrieken sluiten. China verandert op dit moment van de werkplaats van de wereld naar de chipfabriek van de wereld. Hoe dan ook, het zal de dikke, domme en gelukkige chipindustrie aardig gaan opschudden.