Iedereen die onlangs een actuele videokaart, PlayStation 5, Xbox Series X of AMD-processor wilde aanschaffen, kreeg ermee te maken; de voorraden zijn beperkt en onduidelijk is wanneer hier verbetering in komt. Dat speelt al sinds de tweede helft van vorig jaar en je zou kunnen denken dat er onderhand verbetering zou optreden.
Maar nee, de chiptekorten duren voort en hoewel zelfs de nabije toekomst op dit gebied moeilijk is te voorspellen, lijkt het erop dat het nog maanden duurt voordat het beter gaat en er is zelfs kans dat de tekorten tot in 2022 voortduren. We nemen kort de belangrijkste oorzaken onder de loep en kijken tot slot naar de gevolgen.
De invloed van corona
De voornaamste achterliggende oorzaken van de chiptekorten zijn bijna allemaal te herleiden naar een ding: de coronapandemie. De crisis door de uitbraak van het coronavirus had en heeft invloed op de leveringsketen van chips, de vraag van consumenten en fabrikanten, roadmaps en verwachtingen van bedrijven. Dat heeft geleid tot productielijnen die tijdelijk stil kwamen te liggen en onzekerheid in markten. Daardoor is er een verstoring van de balans tussen vraag en aanbod van chips. Volgens J.P. Morgan-analist Harlan Sur leveren halfgeleiderfabrikanten momenteel 10 tot 30 procent onder de vraag. Die vraag nam flink toe en dat kwam onder andere doordat mensen wereldwijd meer thuis moeten blijven en erachter kwamen dat de apparaten waarmee ze moesten werken en zich moesten vermaken, wel een upgrade konden gebruiken.
Door de toename van thuiswerken steeg de vraag naar computers en randapparatuur vorig jaar. We zagen in de Pricewatch al snel dat webcams, docking stations en monitoren bij de eerste lockdown in korte tijd flink populairder werden, maar hoe groot was de toename van de pc-verkoop? Als we de schattingen van pc-leveringen per kwartaal van IDC op een rij zetten, kunnen we ons een beeld vormen. Nadat in het eerste kwartaal van 2020 nog een daling optrad, stegen de leveringen om in het derde en vierde kwartaal op hoeveelheden uit te komen die in geen jaren meer voor zijn gekomen.
Consoles en videokaarten: een perfect storm
Daar kwam bij dat in de tweede helft van 2020 een aantal grote releases op de planning stonden. Sony introduceerde immers zijn PlayStation 5 en Microsoft de Xbox Series X en S, die al snel slecht verkrijgbaar bleken. Sony verkocht 4,5 miljoen PlayStation 5-consoles in het laatste kwartaal van 2020 en verwacht eind maart 7,6 miljoen exemplaren te hebben geleverd. Die aantallen zijn vergelijkbaar met die van de PlayStation 4 toen die uitkwam, maar Sony had er veel meer kunnen leveren als het bedrijf er meer had kunnen maken.
Gaming was al ongekend populair, maar dit werd versterkt door het verplicht thuisblijven vanwege corona. Dat blijkt ook wel uit de release van de RTX 30x-kaarten van Nvidia en de videokaarten in de RX 6000-serie van AMD in de tweede helft van 2020, die ook nauwelijks leverbaar bleken. Nvidia verklaarde de vraag onderschat te hebben, maar de vraag is of het bedrijf zoveel meer videokaarten had kunnen maken. De chips voor videokaarten van Nvidia komen deels bij TSMC en wat de RTX 30-kaarten betreft bij Samsung vandaan. Volgens geruchten wil Nvidia voor een upgrade van de Ampere-gpu overstappen van Samsungs 8nm naar TSMC's 7nm. De chips voor de consoles en videokaarten van AMD komen van TSMC.
:strip_exif()/i/2004178996.jpeg?f=imagearticlefull)
Autofabrikanten visten achter het net
Vele autofabrikanten moesten afgelopen weken hun productie bijstellen vanwege chiptekorten, waaronder Audi, GM, Volkswagen, Nissan, Honda, Renault en Daimler. Porsche-topman Oliver Blume zei deze week tegen CBNC dat de tekorten de hele autosector treffen en dat deze nog maanden van invloed zijn op de productie. Dit probleem hebben de autofabrikanten deels aan zichzelf te danken, blijkt uit uitlatingen van NXP-Chief Corporate Counsel Jean Schreurs tegen Bits & Chips. NXP is samen met Infineon en Renesas de belangrijkste chipfabrikant voor de automarkt. Autofabrikanten waren eind 2019 en begin vorig jaar vooral bezig hun bestaande voorraden weg te werken maar plaatsten daarna weinig nieuwe bestellingen voor chips, uit onzekerheid over de gevolgen van de coronapandemie voor de autoproductie en -verkopen.
Ondertussen steeg de vraag naar pc's, smartphones, servercapaciteit, internet-of-thingstoepassingen en andere producten, en daarmee de bestellingen van chips voor die producten bij TSMC en Samsung. In de tweede helft van 2020 nam de vraag naar auto’s echter weer sterk toe. Schreurs: “Omdat er nog maar weinig voorraden waren, zorgde dit voor een flinke boost in de vraag naar onze halfgeleiders, maar de chipfoundries waren toen al grotendeels volgeboekt. Het eerste kwartaal van 2021 was ook al compleet uitverkocht.” NXP heeft zelf chipfabrieken, maar besteedt een groot deel ook uit aan TSMC, bijvoorbeeld voor 5nm-chips. NXP maakte in december al bekend aan klanten dat het zijn prijzen zou verhogen vanwege tekorten.
:strip_exif()/i/2004179006.jpeg?f=imagearticlefull)
De problemen waar de auto-industrie nu tegenaan lopen beloven nog wat. Want de verwachting is dat de vraag naar chips voor auto’s de komende jaren flink toeneemt door elektrisch rijden, autonoom rijdende voertuigen, infotainment in auto’s en communicatie tussen auto’s onderling en met de weginfrastructuur. Niet alleen het aantal chips per auto stijgt, maar ook zijn er steeds krachtiger en dus duurdere chips vereist. Volgens NXP vertegenwoordigen de tientallen chips die nodig zijn voor alleen al volledig autonoom rijden in de nabije toekomst een waarde van zo’n 900 tot 1200 dollar per auto.
:strip_exif()/i/2004179000.jpeg?f=imagearticlefull)
De handelsoorlog tussen de VS en China
Een andere belangrijke oorzaak ligt namelijk bij de handelsoorlog tussen de VS en China en dan met name bij de beperkingen die de VS oplegde aan de levering van chips aan Chinese bedrijven waarbij Amerikaanse software of technologie gebruikt is. Die maatregelen richten zich op Huawei en dochterbedrijf HiSilicon, chipfabrikant SMIC en tal van andere Chinese techbedrijven zoals ZTE, DJI en Hikvision. Indirect is vooral de Taiwanese chipgrootmacht TSMC daardoor getroffen. Huawei was TSMC’s op een na grootste klant, na Apple. Nu de Chinese klanten wegvallen, opent dat in principe ruimte voor andere bedrijven om bestellingen bij TSMC te plaatsen, en Qualcomms ceo Cristiano Amon zegt tegen Bloomberg dan ook dat dit op termijn verlichting op de chipmarkt gaat brengen. Maar hier gaat tijd overheen omdat bedrijven zich voor moeten bereiden op verschuivingen en bijvoorbeeld chipontwerpen moeten aanpassen.
Op termijn brengt het wegvallen van de Chinese bedrijven als TSMC-klant dus wellicht lucht op de chipmarkt, maar vorig jaar wierpen de handelsbelemmeringen hun schaduw vooruit wat juist tot tekorten leidde. Huawei heeft voorafgaand aan de handelsblokkade volgens Bloomberg flinke chipvoorraden aangelegd voor zijn netwerkapparaten en smartphones. China zou voor 300 miljard dollar aan chips geïmporteerd hebben uit onder andere Taiwan, Zuid-Korea en Japan, een toename van 14 procent in verhouding tot het jaar ervoor. Ook zou China voor 32 miljard dollar aan machines voor chipproductie ingekocht hebben, een stijging van 20 procent ten opzichte van 2019. Volgens een rapport van SEMI was China in 2020 de grootste importeur van halfgeleiderproductiemachines. Dit veilig stellen door China maakte dat er minder capaciteit overbleef voor overige partijen.
TSMC trapte op de rem
Dit had niet zo'n probleem hoeven zijn, als de grootste chipfabrikant TSMC goed zou anticiperen. Halverwege vorig jaar zei TSMC volgens Reuters nog geruststellend dat het bedrijf het gat dat Huawei zou achterlaten makkelijk kon invullen met bestellingen van andere bedrijven, maar een maand later, bij de bekendmaking van de kwartaalcijfers, voorzag het bedrijf een onzekere tijd waarin leveranciers mogelijk bestaande chipvoorraden zouden gaan wegwerken. Waar dat toe leidde, vertelde ASML-ceo Peter Wennink in februari. Hij sprak over ‘klanten die verwezen naar gewijzigde roadmaps en geopolitieke veranderingen’ waarmee hij duidelijk op TSMC doelde. “Halverwege vorig jaar zag je een reductie van de capaciteit die ze zeiden nodig te hebben in 2021. Achteraf hadden ze dat niet moeten doen. Dat maakte dat wij ook onze planning in onze leveringsketen aanpasten.” Met andere woorden: TSMC bestelde minder euv-chipmachines. Wennink: “De tijd tussen het daadwerkelijk plaatsen van een euv-machine bij de klant en onze eerste bestellingen van de basismaterialen om die machines te maken, bedraagt achttien tot twintig maanden.” Daarmee wil hij zeggen dat het nog tot zeker 2022 duurt voordat er daadwerkelijk meer chips van de lopende band kunnen rollen, nu de halfgeleiderfabrikanten bezig zijn om de vertraging in te lopen met nieuwe bestellingen.
:strip_exif()/i/2004179018.jpeg?f=imagearticlefull)
De productie van high-end chips is sterk afhankelijk van twee fabrikanten
ASML’s uitlatingen vestigen de aandacht op een ander probleem: de hele halfgeleiderindustrie is voor chips op kleine productieprocessen, zoals 7nm, afhankelijk van met name Samsung en TSMC. Het zijn juist deze zuinige en krachtige chips waar nu grote vraag naar is, niet alleen voor smartphones en andere consumentenelektronica, maar ook voor 5G, kunstmatige intelligentie, internet-of-things en auto's. Intel maakt alleen voor zichzelf chips en er zijn wel de nodige andere chipfabrikanten, zoals UMC, GlobalFoundries en SMIC, maar die hebben de afgelopen jaren volgens CounterPoint Research te maken met lage omzetten en marges en in verhouding hoge schuldlasten. De chipfabrikanten presteren niet goed genoeg om zich de bouw van nieuwe fabs te kunnen veroorloven, laat staan de bouw van fabs voor high-end chips. GlobalFoundries is bijvoorbeeld in 2018 nadrukkelijk afgehaakt bij deze race. Het kost miljarden euro’s en jaren om een moderne fabrication facility op te zetten.
De waferleveringen namen in 2020 wel toe tegenover 2019, maar kwamen alsnog lager uit dan in 2018. Bron: SEMI
Productiecapaciteit verhogen kost tijd
Bij het verhogen van de productiecapaciteit komt meer kijken dan alleen het bouwen of uitbreiden van gebouwen. In die faciliteiten moeten fotolithografiemachines, apparaten voor nat- en droogetsen, spin coat-apparatuur, spoelbakken en andere apparaten voor depositie en doteren komen. Al die apparaten komen van derde partijen die ook weer afhankelijk zijn van leveranciers. Het gaat dan al snel om honderden toeleveranciers in het chipecosysteem en problemen bij zo’n leverancier kunnen flinke gevolgen hebben. Om een voorbeeld te geven: ASML is sterk afhankelijk van de levering van spiegels door Carl Zeiss SMT voor zijn euv-machines. Die zijn ontzettend moeilijk te maken. Om de levering veilig te stellen heeft ASML in 2016 een belang van 25 procent in Carl Zeiss SMT genomen, maar volgens het ED blijven de spiegels een bottleneck die het opvoeren van de productie kunnen belemmeren. Naast machines van ASML of andere fabrikanten moeten er genoeg wafers aangeleverd worden. Die waferleveringen namen in 2020 wel toe, maar in verhouding niet genoeg. Als een chipfaciliteit en de toeleveringsketen van onder andere wafers op orde is, is het alsnog wachten tot de chips klaar zijn. De doorlooptijd van een wafer in de fab bedraagt namelijk al snel twee tot drie maanden. Overigens hebben we het hier over voornamelijk high-end chips, maar de gehele elektronicaketen had begin vorig jaar te maken met productievertragingen door de coronapandemie: van condensators en weerstandjes tot spanningsregulators, kortom, alles wat op een pcb zit.
:strip_exif()/i/2004179020.jpeg?f=imagearticlefull)
Herstel chipproductie belemmerd door stroomstoringen en watertekort
En dan zijn er nog onvoorziene omstandigheden die maken dat de productie kan tegenvallen en het herstel minder snel optreedt dan gehoopt. Zo leidde de stroomstoring in Texas van vorige week tot een volledige productiestop van Samsungs chipfabriek in Austin die in ieder geval tot dinsdag duurde. Het duurt dagen voor die productie weer op gang is en kan Samsung miljoenen dollars kosten. Samsung is de grootste energieverbruiker van Austins elektriciteitsnetwerk; het bedrijf maakt er chips op 14nm tot en met 40nm, onder andere voor ssd-controllers.
Ook NXP en Infineon zagen zich genoodzaakt hun chipfabrieken in Austin stil te leggen door stroomstoringen na de winterstorm. Chipmaker Renesas, net als NXP een belangrijke leverancier voor de automarkt, moest zijn productie halverwege februari in het Japanse Fukushima stilleggen vanwege een aardbeving. Renesas maakt er microcontrollers voor auto’s op 40nm. De productie is weer hervat, maar het duurde volgens Reuters een week voordat deze weer op peil was.
In Taiwan zijn er weer andere problemen: het eiland heeft te maken met droogte en heeft water op rantsoen gezet voor bedrijven. Er viel de afgelopen maanden weinig regen waardoor waterreservoirs nog maar 20 procent van hun normale voorraad bevatten. TSMC en UMC zijn grootverbruikers van water voor de chipproductie. Volgens de laatste cijfers van TSMC is dit tegenwoordig ongeveer 3500 liter water per 300mm-wafer, waarbij het overigens niet om drinkwater maar extreem gezuiverd water gaat. De Taiwanese chipbedrijven hebben volgens Reuters uit voorzorg trucks met water ingeslagen voor als de situatie nijpend wordt.
De gevolgen
De eerste gevolgen van de chiptekorten waren en zijn duidelijk: langer dan gebruikelijk wachten op producten. Volgens Sony-topman Jim Ryan verbetert de beschikbaarheid van de PS5 elke maand, maar duurt het nog wel tot de tweede helft van het jaar voordat er 'redelijke aantallen' beschikbaar zijn, zo zei hij tegen de FT. Volgens Mike Spencer van Microsoft blijft de Xbox Series X zeker tot juni slecht leverbaar. AMD's Lisa Su verwacht verbetering in de tweede helft van het jaar en Nvidia meldt dat er voorlopig nog geen einde zal komen aan de tekorten van de RTX30-kaarten. Intel lijkt in een voordelige positie tegenover AMD te staan: het bedrijf heeft al in 2018 flink ingezet op verhogen van de productie van zijn beproefde 14nm-procedé die het nog steeds inzet voor zijn processors en ook was het bedrijf al bezig zijn geplaagde 10nm-productie te verbeteren. Waar AMD op het drukke TSMC moet vertrouwen, kan Intel op eigen houtje zijn productie verder op peil brengen.
Analisten van J.P. Morgan schatten hoe dan ook dat het nog wel drie tot vier kwartalen gaat duren voordat het chipaanbod de achterstand op de vraag heeft ingelopen, waarna het nog een tot twee kwartalen duurt voor voorraden zijn aangevuld tot normale niveaus. Hoge vraag en laag aanbod betekent normaal gesproken prijsstijgingen maar de mate van de stijgingen zullen verschillen, afhankelijk van de sector. In hoeverre deze doorberekend worden naar consumenten is ook nog de vraag.
Misschien wel het belangrijkste gevolg is dat Europa en de VS zich nog meer bewust zijn geworden van de afhankelijkheid van Azië voor chipleveringen en de risico's in de leveringsketen. In de Verenigde Staten is president Biden een onderzoek gestart naar de leveringsproblemen van chips. Hij wil 37 miljard dollar investeren om die levering veilig te stellen en de halfgeleiderindustrie op Amerikaans grondgebied te stimuleren.
In Europa benadrukten Eurocommissaris Thierry Breton voor de Interne Markt en de Franse minister voor Buitenlandse Zaken Bruno Le Maire het belang van het hebben van een eigen halfgeleiderindustrie, los van de VS en Azië. De EU is verantwoordelijk voor minder dan 10 procent van de wereldwijde chipproductie en er zijn al langer plannen om dit te verbeteren. Nu de wel omvangrijke auto-industrie in Europa geraakt wordt, lijkt dit in een stroomversnelling te komen. Le Maire: "Het is onacceptabel en het maakt ons kwetsbaar. We willen een onafhankelijk continent wat betreft technologie worden."