مروری بر سیاست گذاری در صنعت ریزتراشه ها (نیمه هادی ها)

نیمه هادی ها کـه بـه آن ریزتراشه ها نیز گفته می شود به طور گسترده در همه محصولات فناورانه استفاده می شوند و روزبـه روز کاربرد و اهمیت آن ها گسترش می یابد؛ از اقلام خانگی مانند ریموت و تلویزیون گرفته تا مصارف صنعتی، کشاورزی، سیستم های نظامی، زیرساخت های امنیتی و دفاعی به نیمه هادی ها و خصوصا متکی اند. کوچک ترین کمبود یا اختلال حداقلی در عرضه و تامین نیمه هادی ها نزدیک به 170 صنعت را مستقیما تحت تاثیر قرار می دهد. کاربرد همه جانبه و مصرف زیـاد از یکسو، نوآوری و خلق قدرت از سوی دیگر، نیمه هادی ها را به صنعتی تعیین کننده و راهبردی برای قدرت های جهان تبدیل کرده است.

ضرورت و اهداف پژوهش

سند حزب لیبرال دموکرات ژاپن با عنوان «توصیه هایی برای راهبرد امنیت اقتصادی ژاپن»، مورخ دسامبر 2020، امنیت اقتصادی را عامل تضمین استقلال، بقا و شکوفایی کشور از نظر اقتصادی تعریف می کند. وجود صنایع راهبردی آسیب پذیر به این معنی است که یک کشور نه تنها در معرض حمله های سایر کشورها به زنجیره تامین خود قرار می گیرد، بلکه تحت تاثیر بلایای طبیعی و نوسانات عرضه و تقاضا در بازار جهانی نیز قرار می گیرد. یک راه موثر برای مقابله با این مسئله، کاهش آسیب پذیری ها و کاهش وابستگی به کشورهای دیگر تا حد امکان است. از آنجا که تحقق خودمختاری در تمام بخش های صنعتی غیرممکن است، لازم است به دقت بررسی شود که چه مقدار باید برای کدام بخش ها هزینه شود تا آسیب پذیری ها کاهش یابد و تا چه اندازه می توان در سایر بخش ها ریسک کرد. صنعت نیمه هادی ایالات متحده به تنهایی تقریبا نیمی از درآمد جهانی را برای تولیدات نیمه هادی ایجاد می کند. این کشور سهم عمده ای در افزایش تقاضا و سفارش به شرکت های ساخت ریزتراشه دارد. این در حالی است که بخش بزرگی از نیمه هادی ها اکنون در خارج از این کشور تولید می شوند. درست است که آمریکا با ایجاد افزایش تقاضا، بازار بزرگی برای نیمه هادی ها به وجود آورده؛ اما خود تنها ۱۲ درصد از نیمه هادی ها را می سازد. لذا این صنعت در چند دهه اخیر تغییرات ساختاری عمده ای را تجربه کرده است که نشان از وابستگی آمریکا به سایر کشورها در زنجیره تامین این صنعت دارد؛ بنابراین لازم است که زنجیره تامین نیمه هادی ها بررسی شود. از همین رو گزارش حاضر به بررسی نیمه هادی ها؛ و تاثیر آن بر سیاست گذاری در صنعت ریزتراشه ها می پردازد.

زنجیره تامین نیمه هادی ها

زنجیره تامین در این صنعت به روش های مختلفی طبقه بندی شده است، اما این گزارش فرایند را به چهار بخش عمده تقسیم می کند. اولین شرکت های نیمه هادی در آمریکا معروف به تولیدکنندگان دستگاه های یکپارچه (IDM)، طراحی، ساخت و بسته بندی را در داخل آن کشور انجام می دادند و هنوز هم بخش عمده ای از درآمد تولید نیمه هادی ها را به خود اختصاص می دهند. با گذشت زمان هر مرحله از فرایند به تخصص فزاینده ای نیاز پیدا کرد، به طوری که امروزه شرکت های خاصی وجود دارند که فقط یکی از این وظایف را انجام می دهند.

مرحله اول: طراحی

اولین قدم در ایجاد هر محصول موفق با طراحی خوب شروع می شود. شرکت های طراحی به طورکلی سرمایه گذاری گسترده ای در تحقیق و توسعه می کنند و به شدت به نرم افزار وابسته هستند. با گذشت زمان، شرکت های آمریکایی به طور فزاینده ای بر این مرحله از فرایند تولید تمرکز کرده اند و به شرکت های دیگر برای ساخت نیمه هادی ها (مرحله دوم) متکی هستند. امروزه ‌مرحله ‌طراحی ‌‌53 درصد،‌ ساخت 24 درصد،‌‌ ATP حدود ‌‌ 6 درصد ‌و ‌شرکت ‌های ‌تولیدی ‌تجهیزات ‌و ‌مواد ‌‌11 درصد‌ از ‌ارزش ‌افزوده‌ این ‌صنعت‌ را ‌به ‌خود ‌اختصاص ‌می ‌دهند؛

مرحله دوم: ساخت

در مرحله ساخت با تولید ویفرهایی به شکل دیسک طرح های حاصل از مرحله قبل به ریزتراشه های فیزیکی تبدیل می شود. این فرایند بسیار پیچیده، شامل قابلیت های فنی پیشرفته است و به دقت بسیار بالایی نیاز دارد. به طورکلی، سه نوع اصلی نیمه هادی ها عبارت اند از: تراشه های منطقی، تراشه های حافظه و تراشه های آنالوگ. تراشه های منطقی حدود 42 درصد، تراشه های حافظه 26 درصد و تراشه های آنالوگ 14 درصد از درآمد را در سال 2020 به خود اختصاص داده اند. در سال 1990، ایالات متحده 40 درصد از ظرفیت ساخت جهانی را در اختیار داشت که به تدریج در سال 2015 به 13.8 درصد و در سال 2020 به 12 درصد کاهش یافت؛

مرحله سوم: مونتاژ، آزمایش و بسته بندی (ATP)

 پایان فرایند تولید عبارت است از مونتاژ و آزمایش ریزتراشه ها برای تایید عملکرد؛ سپس ریزتراشه ها بسته بندی می شوند تا در محصولات نهایی ادغام شوند. این فرایند کاری فشرده است؛ اما به مهارت های کمتری نسبت به فرایند ساخت نیاز دارد. به این ترتیب، کمترین ارزش افزوده را ایجاد می کند. سهم بازار ایالات متحده برای این مرحله حدود ۲8 درصد است؛

مرحله چهارم: تجهیزات و مواد تولید

تولید تراشه نیازمند سرمایه گذاری قابل توجهی است که یک دسته اصلی از هزینه ها، مربوط به تجهیزات تولید ریزتراشه ها است. این شرکت ها به توسعه تولید و خدمات در زمینه تجهیزات لازم برای تولید نیمه هادی ها می پردازند. شرکت های تجهیزات و مواد تولید برخلاف مرحله ساخت، معمولا به هزینه سرمایه ای بالا نیاز ندارند؛ اما مانند مرحله طراحی به صورت گسترده به تحقیق و توسعه وابسته است. ایالات متحده در این بخش دارای موقعیت پیشرو است و شرکت هایی مانند Lam Research و KLA مجموعا ۳۷ درصد از درآمد جهانی را به خود اختصاص می دهند.

راهبردهای اخیر آمریکا و نیمه هادی ها

آمریکا با به رسمیت شناختن تهدیدهای ناشی از وابستگی به کشورهای خارجی و زنجیره های تامین جهانی، اقدام به تصویب دو سند حقوقی کرد که به شرح ذیل است:

• لایحه قانون نوآوری و رقابت ایالات متحده (USICA): اولین مسئله ای که در لایحه به آن پرداخته شده مسئله نیمه هادی ها است. دلالت های مرتبط با سیاست گذاری نیمه هادی ها بدین صورت در متن قانون پیشنهادی تصریح شده است: تامین مالی و حمایت از ساخت تحقیق و توسعه و امنیت زنجیره تامین نیمه هادی ها طی سال های ۲۰۲۲ الی ۲۰۲۶؛ ایجاد اداره فناوری و نوآوری در بنیاد ملی علوم؛ و تحریم چین به دلایل نقض امنیت سایبری و نقض حقوق بشر؛
• قانون تراشه ها (ایجاد انگیزه های مفید برای تولید نیمه هادی ها برای آمریکا): هدف این قانون بازگرداندن رهبری آمریکا در تولید نیمه هادی ها است، رهبری که به واسطه ورود چین تهدید شده است. این هدف، از طریق افزایش انگیزه های فدرال برای امکان تحقیق و توسعه پیشرفته ایمن سازی زنجیره تامین و تضمین امنیت ملی و رقابت اقتصادی بلندمدت پیگیری می شود.

پیامدهای اقدامات آمریکا در چین و ماچین

علی رغم فشارهای آمریکا به چین، از جمله اقدام حقوقی اخیر یعنی لایحه «قانون دفاع از زنجیره تامین تراشه حافظه در مقابل حزب کمونیست چین»، شرکت های چینی برای کاهش تاثیرات تحریم های آمریکا، به عضویت در انجمن غیرانتفاعی و سوئیسی RISC V International، بزرگ ترین گروه طراحی تراشه منبع باز جهان روی می آورند تا بتوانند مجوزهای موردنیاز خود را دریافت کنند. به گزارش نشریه آمریکایی foreign affairs ریسک بالای سیاست تحریمی از آنجا نشات می گیرد که می تواند با تاثیر مستقیم و بی سابقه بر زنجیره تامین جهانی نیمه هادی ها بر همراهی و همکاری متحدان ایالات متحده با این کشور اثر منفی گذاشته و شرکت های فناوری و صنایع دیگر کشورها را نیز مجبور به سرپیچی کند. تحریم چین توسط آمریکا، علاوه بر شرکت های، چینی به شرکت های آمریکایی نیز آسیب رسانده است. شرکت کالیفرنیایی تامین کننده تجهیزات ساخت ویفر تراشه اخیرا اعلام کرد که ۱۳۰۰ کارمند یعنی حدود هفت درصد از نیروی کار خود را اخراج خواهد کرد و معنای این تصمیم، از دست رفتن میلیاردها دلار درآمد در سال مالی ۲۰۲۳ است. چین نیز بازیگری نیست که به راحتی در این جنگ قدرت شکست خورده و مزیت تجارت اقلام پیشرفته را به آمریکا واگذار کند. چین قصد دارد با توجه به تحریم های آمریکا، در سیاست های خود بازنگری کند. لذا یکی از تدابیر جدید، یافتن راهی برای کاهش هزینه مواد نیمه هادی مورد نیاز تولیدکنندگان تراشه است.

پیشنهادات ارائه شده در راستای استفاده از نیمه هادی ها

سیاست های پیشنهادی این گزارش برای جمهوری اسلامی ایران عبارتند از:

• در خصوص نیازهای حساس نظامی و امنیتی: حرکت به سمت استقلال در زنجیره تامین، ضروری است.
• در خصوص سایر نیازها: باید توجه داشت که مهم ترین مرحله برای سرمایه گذاری، مرحله اول یعنی طراحی است؛ زیرا بیشترین ارزش افزوده را دارد؛ بنابراین ضروری است که شرکت های برتر فناوری در ایران، از تیم های تحقیق و توسعه حمایت لازم را به عمل بیاورند.

جمع‌بندی

با توجه به اینکه نیمه هادی ها پایه و اساس تمام صنایع پیشرفته را فراهم می کنند و برای دفاع ملی ضروری هستند، افزایش تمرکز بر طراحی در ایالات متحده، منجر به کاهش ظرفیت این کشور در مرحله ساخت شده و این موضوع علاوه بر مخاطره برای امنیت اقتصادی، در مورد نیازهای حساس مانند نیازهای (نظامی) امنیت راهبردی آمریکا را نیز به خطر انداخته است. انواع روش های زنجیره تامین نیمه هادی ها عبارتند از:1) طراحی؛ 2) ساخت؛ 3) مونتاژ، آزمایش و بسته بندی؛ و 4) تجهیزات و مواد تولید. آمریکا با به رسمیت شناختن تهدیدهای ناشی از وابستگی به کشورهای خارجی و زنجیره های تامین جهانی، اقدام به تصویب دو سند حقوقی از جمله لایحه قانون نوآوری و رقابت ایالات متحده و قانون تراشه ها نمود که این امر امکان تحقیق و توسعه پیشرفته ایمن سازی زنجیره تامین و تضمین امنیت ملی و رقابت اقتصادی را در بلندمدت فراهم می آورد.

این مطالعه در گروه زاویه با همکاری امین زاده حسین ویرانی، احسان جهانگیری و علی زرودی در سال 1401 انجام شده ‌است.