Proč poptávka po AI přerůstá výrobní kapacity čipového průmyslu

Poptávka po infrastruktuře pro umělou inteligenci neroste jen po „čipech“ obecně. Jeden AI akcelerátor vyžaduje současně špičkový logický čip, pokročilé pouzdření a velké objemy velmi výkonných pamětí. Celý systém je omezen nejslabším článkem řetězce. Proto ani mimořádně rozsáhlá výstavba TSMC nemůže nedostatek odstranit okamžitě. 5

Více továren neznamená okamžitě více AI serverů

TSMC podle uvedeného plánu rozvíjí bezmála 20 továren: 13 na Tchaj-wanu a dalších pět až šest v zahraničí. Jde o zhruba pětinásobek dřívějšího stavebního tempa, avšak projekty se uvádějí do provozu postupně během několika let. 5

Navíc samotná výroba waferů je pouze jednou částí procesu. AI čipy potřebují mimo jiné technologii CoWoS (Chip on Wafer on Substrate), tedy pokročilé pouzdření, které propojuje logiku a paměť v jednom výkonném modulu. TSMC označuje CoWoS za klíčovou technologii používanou například v AI čipech Nvidia a očekává u této kapacity mezi lety 2022 až 2027 průměrný roční růst přes 80 %. 4

Jestliže zaostane pouzdření nebo dodávky pamětí, vyšší produkce samotných waferů se automaticky nepřemění ve více hotových AI systémů.

Stavbu brzdí lidé i infrastruktura

Expanze polovodičového průmyslu není otázkou pouhého objednání výrobních strojů. Továrny vyžadují rozsáhlé stavební týmy, procesní inženýry, dodavatele specializovaných materiálů, stabilní dodávky elektřiny a vody i vhodné průmyslové pozemky.

TSMC otevřeně uvedla, že jednou z komplikací rozšiřování jejího závodu v americké Arizoně je nedostatek stavebních pracovníků. Druhá tamní továrna má začít instalovat zařízení, staví se třetí a probíhají přípravné práce pro čtvrtou továrnu i první provoz pokročilého pouzdření v areálu. 2

Na Tchaj-wanu šéf TSMC C. C. Wei upozornil především na nedostatek kvalifikovaných lidí a také na obavy z nedostatku vody. Odvětví zde dlouhodobě hovoří o pěti omezeních: vodě, energii, pracovní síle, půdě a talentech. 1

Paměti a wafery: kapacita se nedá vybudovat ze dne na den

AI datová centra spotřebovávají velké množství vysoce výkonných pamětí, zejména pamětí s vysokou propustností. Rozšíření produkce však znamená nejen postavit závod, ale také osadit jej zařízeními, vyladit procesy a dosáhnout dostatečné výtěžnosti.

Předseda jihokorejské skupiny SK Chey Tae-won odhadl, že celoodvětvový nedostatek waferů přesahuje 20 % poptávky. Podle něj potrvá nejméně čtyři až pět let, než se vybuduje více kapacity, a nedostatek by tak mohl přetrvat až do roku 2030. 56

SK současně zvažuje další zahraniční investice do pamětí, včetně možné továrny v Japonsku. Skupina nevyloučila ani společnou výrobu či výzkum a vývoj s japonskou společností Kioxia. Jde ale o posuzované možnosti, nikoli o oznámené závazné investice. 9

Co může TSMC ovlivnit a co ne

Výrobci mohou zvyšovat využití již instalovaných zařízení, zlepšovat řízení procesů, rychleji odhalovat vady a optimalizovat plánování výroby. Taková opatření mohou zvýšit objem kvalitních čipů z existujícího vybavení. Nenahradí však fyzickou kapacitu továren, pouzdřicích linek, paměťových provozů ani chybějící odborníky.

Právě proto je dnešní nedostatek strukturální: AI zvyšuje poptávku napříč několika navazujícími segmenty ve stejnou dobu, zatímco každý z nich má vlastní dlouhou dobu výstavby a kvalifikace.

Velký růstový potenciál, ale ne jistota

Oborová asociace SEMI očekává, že globální trh s polovodiči by díky AI infrastruktuře mohl do roku 2030 překročit 2 biliony dolarů. Tahounem mají být pokročilé logické čipy, paměti s vysokou propustností a podnikové SSD. 10

Jde však o prognózu, nikoli o jistý výsledek. Sama TSMC dříve odhadovala, že světový polovodičový trh do roku 2030 překročí 1,5 bilionu dolarů. Rozdíl mezi odhady ukazuje, jak citlivý je dlouhodobý výhled na tempo poptávky po AI, ceny i rychlost, s níž se podaří odstranit výrobní úzká hrdla. 4

Shrnutí: TSMC sice staví továrny v mimořádném rozsahu, AI boom ale zatěžuje celý výrobní řetězec. Dokud se společně nerozšíří kapacity pro wafery, pokročilé pouzdření, paměti, vybavení a odbornou práci, zůstane nabídka AI výpočetní techniky omezená.