Полупроводники: курс на взлет

Прародителями чипов стали ламповые компьютеры и точечные транзисторы, появившиеся в середине — конце 40-х годов XX века. C развитием технологий процессоры становились меньше, мощнее и энергоэффективнее, и современные чипы содержат уже миллиарды транзисторов.

О секторе

Полупроводники применяют в электронных часах, машинах, персональных компьютерах и видеоиграх, смартфонах и для создания продуктов интернета вещей (IoT). Сегодня чипы являются неотъемлемой частью искусственного интеллекта и машинного обучения.

Раньше микросхемы были достаточно легкими в производстве, а заводы в основном располагались в США. Теперь же процесс создания чипов стал высокотехнологичным, трудоемким и дорогим. В 1990 году доля США в мировом производстве чипов составляла 36,5%, но к 2020 году этот показатель упал до 11,6%. Компании начали переносить производства в Азию, чтобы снизить себестоимость производства продукции.

Как изготавливаются полупроводники

Весь цикл разработки любого чипа можно условно разделить на три этапа:

1. Проектирование и разработка архитектуры. Ее создают на бумаге или компьютере, чтобы взять за основу производства будущего процессора.
2. Производство и тестирование. Это самый трудоемкий процесс с соблюдением стандартов и максимальной стерильности.
3. Сборка. На этом этапе готовая продукция собирается в рабочую систему.

В некоторых компаниях весь процесс производства чипов налажен от проектирования до сборки. Среди них — Intel, Samsung, Micron, Texas Instruments, Analog Devices и прочие. Другие занимаются только разработкой архитектуры для процессоров — это Nvidia, AMD, Qualcomm, ARM, Broadcom, Xilinx. У них нет своего производства, поэтому их называют бесфабричными. Третий тип — компании-производители. Лидерство в этом направлении удерживает TSMC с долей рынка более 50%. При этом крупными клиентами компании являются Apple, Intel, Huawei, AMD, NVIDIA, Qualcomm, ARM, HiSilicon, MediaTek, Realtek и другие.

Почему случился дефицит полупроводников

Согласно экспертным оценкам, текущий дефицит полупроводников может сохраниться до 2023 года. Основными причинами текущего недостатка чипов стали пандемия COVID-19 и сбой в цепочках поставок.

Поскольку большинство производств сконцентрировано в Азиатско-Тихоокеанском регионе, логистические проблемы сильно ударили по американскому и европейскому рынкам. Многие компании работают по операционной системе Just in time («точно в срок»), которая подразумевает производство продукции точно к заказу, что позволяет существенно снизить не только затраты, но и запасы на складах. Именно поэтому в настоящее время рынок наблюдает отдаленные последствия резкой остановки ряда производств в Азии, которая состоялась ровно год назад, в первую волну COVID-19.

На производство полупроводников также негативно повлияли неблагоприятные погодные условия — похолодание в Техасе, засуха на Тайване, пожар в Японии.

Другим фактором текущего недостатка полупроводниковой продукции стало увеличение потребительского спроса на широкий спектр бытовой электроники из-за необходимости многих сотрудников перейти на удаленную работу.

Факторы, меняющие рынок

Производство чипов нового поколения подталкивает индустрию к созданию новых устройств и удешевлению старых, разработка которых было ограничена технологиями или высокой стоимостью.

Отмечаются и другие тренды, влияющие на отрасль.

1. Увеличение мощности чипов каждые два года. При росте плотности компонентов на кристалле функциональность и производительность повышаются, а энергопотребление снижается. Благодаря этому современный смартфон обладает большей вычислительной мощностью, чем использовавшиеся для посадки на Луну космического корабля «Аполлон-11» компьютеры NASA в 1969 году. Когда уменьшение размера транзистора достигнет своего естественного ограничения — величины атома, компании начнут бороться за рынок нового класса программируемых процессоров, так как именно архитектура будет влиять на производительность и энергоэффективность.
2. Развитие 5G, электромобилей, сектора робототехники и других. Так, с появлением технологии передачи данных 5G пользователям нужно обновлять мобильные устройства, чтобы они поддерживали новую технологию. Кроме того, доля чипов в общей стоимости автомобиля ежегодно растет: если в 1970-м только 5% стоимости составляли чипы, то с появлением систем безопасности, помощи водителю, навигации, Bluetooth и сенсоров уже более 40% стоимости составляют полупроводники. Переход на электромобили еще сильнее увеличит спрос на чипы, превращая бензиновое средство передвижения в электронный гаджет с автопилотом и множеством датчиков. Все больше чипов применяют для создания единиц робототехники, биоимплантов, продуктов интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта и цифровизации государственных институтов.
3. НИОКР и инвестиции в разработки. Затраты на разработку полупроводников всегда были на третьем месте, проигрывая созданию программного обеспечения. Однако в 2021 году они вышли на второе место. Так, в 2021 году в США одобрили законопроект, который призван направить $52 млрд для финансирования исследований, проектирования и производства полупроводников. О своих планах по строительству новых заводов сообщили Intel, которая готова потратить $23,5 млрд, Samsung — $28 млрд и TSMC — от $25 до $35 млрд.
4. Запрос со стороны конечных потребителей. На компьютеры приходится около 32,2% спроса, на смартфоны и планшеты — 31,2%, на другую потребительскую электронику — 21%, промышленность — 11,4%; на цифровизацию, которую стимулирует правительство — 1%.

Потенциальные лидеры рынка

Производство чипов — это очень сложный бизнес. Для строительства заводов требуются колоссальные инвестиции и большая степень экспертизы, поэтому новым игрокам тяжело выйти на рынок. Среди лидеров можно выделить десять компаний с высокой капитализацией.

Taiwan Semiconductor Manufacturing Company

Капитализация — $648 млрд, дивиденды — 1,42%. Компания основана в 1987 году правительством Тайваня и частными инвесторами. TSMC обслуживает клиентов в компьютерном, коммуникационном, потребительском, промышленном, автомобильном и других сегментах в Северной Америке, Европе, Японии, Китае и Южной Корее. Масштабы и высокие технологии позволяют компании получать хорошую операционную прибыль даже в высококонкурентном литейном бизнесе. Самые современные 5-нанометровые чипы приносят 18% дохода, основной доход компания получает от производства 7 нм — 34%, 16 и 28 nm приносят 23%, остальные — 25%. TSMC является лидером технологий, имея при производстве 5 нм единственного конкурента в лице Samsung, который производит его для собственных нужд.

В этом году TSMC совместно с Sony Semiconductor начнет строительство завода по производству 22/28-нанометровых чипов JASM в Японии. Первоначальные инвестиции оцениваются примерно в $7 млрд, из которых $500 млн вложит Sony, получив 20% предприятия. Свою поддержку партнерам окажет правительство Японии. Запуск завода намечен на конец 2024 года. Также TSMC рассматривает возможность строительства заводов в Европе и США.

Broadcom

Капитализация — $257 млрд, дивиденды — 2,64%. Американская компания, которая образовалась в 2016 году в результате поглощения компанией Avago Technologies Limited американской Broadcom Corporation. На счету Broadcom — более 5000 патентов. Компания специализируется на производстве систем на кристалле, производит компоненты для Wi-Fi, Bluetooth, GPS, Ethernet, адаптеры хост-шин, контроллеры флеш-памяти, предусилители, промышленную волоконную оптику, а также кодеры и подсистемы управления движением. Главный фокус компании сосредоточен на радиочастотных фильтрах и усилителях, которые используются в смартфонах iPhone и Samsung Galaxy.

В конце 2021 года Broadcom приобрела компанию AppNeta, которая поставляет SaaS-решения для мониторинга производительности сети и облачных приложений.

Ранее компания приобрела Brocade, CA Technologies и подразделение корпоративной безопасности Symantec, чтобы расширить свои предложения в области ПО.

Intel

Капитализация — $226,14 млрд, дивиденды — 2,49%. Производитель электронных устройств и компьютерных компонентов, включая микропроцессоры и чипсеты. Компания первой разработала архитектуру x86 для микропроцессоров. Intel является компанией полного цикла, которая самостоятельно проектирует, разрабатывает, производит и продает технологии для облачных, интеллектуальных и подключаемых устройств для розничной, промышленной и бытовой торговли по всему миру (в том числе в сегментах искусственного интеллекта и автомобилестроения).

Intel инвестирует $7,1 млрд в строительство новой фабрики по упаковке и тестированию чипов в Малайзии. Ввод завода в эксплуатацию запланирован на 2024 год. Кроме того, Intel обещала объявить о следующих местах размещения новых заводов в США и Европе в начале 2022 года. Подробный обзор компании — Intel: мегафабрики и правительственные контракты.

QUALCOMM

Капитализация — $208,79 млрд, дивиденды – 1,46%. Американская государственная многонациональная корпорация, которая разрабатывает и лицензирует беспроводные технологии, а также чипы для смартфонов. Qualcomm разработала программное обеспечение для автомобилей, часов, ноутбуков, Wi-Fi, смартфонов и других устройств. Компания занимается разработкой и коммерциализацией базовых технологий для беспроводной индустрии по всему миру.

Компания предоставляет услуги правительственным агентствам США и их подрядчикам. Подробный обзор компании — Qualcomm: инвестиции в чипы и технологии.

Texas Instruments

Капитализация — $179 млрд, дивиденды — 2,47%. Компания из США была основана в 1930 году, сейчас является производителем полупроводниковых элементов, микросхем, электроники и изделий на их основе. Крупнейший в мире производитель аналоговых микросхем, которые используются для обработки сигналов, и микроконтроллеров, использующихся в самых разных электронных приложениях. Также производит микросхемы для широкополосных модемов, компьютерной периферии, электронных бытовых устройств и радиочастотных меток. Около 95% своего дохода компания получает от полупроводников, а оставшуюся часть — от первых в мире инженерных калькуляторов.

В 2022 году Texas Instruments планирует начать строительство новых заводов по производству 300-миллиметровых полупроводниковых пластин в Шермане, Техас. Всего планируется построить четыре завода, строительство первого завершится в 2025 году. Объем инвестиций в проект может составить $30 млрд.

Applied Materials

Капитализация — $147 млрд, дивиденды — 0,6%. Американская корпорация, крупнейший в мире поставщик оборудования для производства полупроводников. Поставляет оборудование, оказывает услуги и продает программное обеспечение для производства полупроводниковых чипов для электроники, дисплеев для компьютеров, смартфонов и телевизоров, а также солнечных панелей. Компания предлагает решения в области материаловедения, которые помогают производить почти все микросхемы в мире. Полупроводники приносят 72,5% выручки, прикладные услуги — 20%. Дисплеи и другая продукция приносят 7,5% дохода.

Applied Materials выпустила две новых машины для производства полупроводников из карбида кремния, которые используются в электромобилях. Первая позволит удвоить количество производимых чипов и снизить их себестоимость. Второе устройство поможет улучшить электропроводность пластин.

Micron Technology

Капитализация — $106,50 млрд, дивиденды — 0,21%. Исторически Micron занималась разработкой и производством памяти для персональных компьютеров и серверов, а затем вышла на рынок флеш-памяти. Компания предлагает продукты памяти для облачных серверов, предприятий, клиентов, графики и сетевых рынков, а также для рынков смартфонов, игровых консолей, автомобилей и других устройств.

Micron Technology планирует инвестировать более $150 млрд до 2031 года в передовые технологии производства памяти и НИОКР, включая расширение своего завода в США. Подробнее о перспективах компании в обзоре — Micron: память для всех цифровых устройств.

Lam Research

Капитализация — $101 млрд, дивиденды — 0,87%. Американский международный поставщик оборудования для производства полупроводниковых пластин и сопутствующих услуг для полупроводниковой промышленности с 15%-ной долей рынка. Компания продает свою продукцию и услуги полупроводниковой промышленности в США, Китае, Европе, Японии, Корее, Юго-Восточной Азии и Тайване.

Lam Research откроет новый завод по производству оборудования для микросхем. Объект площадью 4,2 тыс. м2 был введен в эксплуатацию в декабре 2021 года. Этот завод станет пятой производственной площадкой Lam Research в США.

Microchip Technology

Капитализация — $49 млрд, дивиденды — 1,09%. Американский производитель микроэлектроники, 8-, 16- и 32-битных микроконтроллеров, цифровых сигнальных контроллеров, а также аналоговой и интерфейсной продукции. Компания также предоставляет инструменты разработки, которые позволяют программировать микроконтроллеры для конкретных приложений и изделий. Также Microchip Technology предлагает услуги по литью и сборке пластин, продукты для систем синхронизации, интегральные схемы для конкретных приложений и продукты для аэрокосмической отрасли.

Skyworks Solutions

Капитализация — $26 млрд, дивиденды — 1,43%. Полупроводниковая компания полного цикла, которая проектирует, разрабатывает и производит на собственных фабриках запатентованные полупроводниковые продукты для беспроводных телефонов и других устройств, использующиеся для обеспечения беспроводной связи. Основная продукция включает усилители мощности и фильтрации, переключатели и различные беспроводные модули. В отличие от AMD, Nvidia, Intel и TSMC, Skyworks Solutions не так хорошо известна инвесторам, хотя она занимает прочное место в своем секторе. В частности, это обусловлено использованием компонентов Skyworks Solutions в работе Алисы — умной колонки Яндекса.

Самые большие возможности для роста компании заключаются в переходе смартфонов на 5G. Эти телефоны имеют более высокую стоимость продуктового стека Skyworks в расчете на одно устройство — в среднем $25. Ключевыми клиентами компании являются Amazon, Apple, Bose, Cisco, Foxconn, General Electric, Google, Huawei, Lenovo, LG Electronics, Microsoft, Motorola, Samsung, Xiaomi, ZTE и другие.

Полгода назад Skyworks Solutions завершила приобретение инфраструктурного и автомобильного бизнеса компании Silicon Laboratories за $2,75 млрд. Подробнее о перспективах компании — в обзоре Skyworks Solutions: контракты с Samsung, Xiaomi и Apple.

Qorvo

Капитализация — $17 млрд, дивидендов нет. Американская полупроводниковая компания, которая появилась в январе 2015 года благодаря слиянию RF Micro Devices и TriQuint Semiconductor. Компания разрабатывает, производит и поставляет радиочастотные системы для приложений, обеспечивающих беспроводную и широкополосную связь, а также оказывает литейные услуги.

В 2021 году у компании было два поглощения. Qorvo приобрела компанию United Silicon Carbide, которая занимается производством силовых полупроводников из карбида кремния. Также Qorvo приобрела NextInput, которая предоставляет сенсорные решения на основе микроэлектромеханических датчиков MEMS для потребительского, автомобильного, мобильного, робототехнического, медицинского и промышленного рынков. В прошлом году Qorvo получила разрешение FDA для экстренного использования своего теста Qorvo Omnia на антиген SARS-CoV-2. Тест разрешен для применения образцов мазков из носа у людей с подозрением на коронавирус.

Риски отрасли

Техническое отставание. Полупроводниковая отрасль работает на множество секторов, поэтому инновации в одной из них повлияют на весь сектор в целом. Новые технологии создаются каждые полгода. Например, Intel, за пару лет отстав от конкурентов, сейчас тратит много ресурсов, чтобы догнать лидеров рынка.

Большие затраты на НИОКР. На разработку и поддержание научно-технической деятельности компании вынуждены тратить существенную часть своей выручки.

Экология. В 2020 году 45% электроэнергии в Тайване производилось с помощью угля. При производстве чипов выделяется много тепла, для снижения которого используют водные ресурсы. Сырье для разработки также не является экологичным.

Цикличность рынка. После постройки заводов и их выхода на полную мощность может сложиться такая ситуация, когда предложение будет превышать спрос. Это может снизить цены и сильно ударить по акциям полупроводниковых компаний.

Форс-мажоры. Дефицит чипов может возникнуть из-за новых локдаунов или геополитической напряженности в Азиатско-Тихоокеанском регионе, где сосредоточено большинство производств.

Другие проблемы. Логистика, налоги, валютная переоценка, техника безопасности, дорогостоящее техобслуживание текущего оборудования, постоянное обновление ПО, наличие долгосрочных контрактов, с одной стороны, фиксируют цену, с другой — в периоды ажиотажа не позволяют ее поднять.

Прогнозы и оценка развития отрасли

Рост полупроводников связан с активным спросом со стороны носимых устройств, новых гаджетов, диджитализации всех отраслей. В жизни современного человека появились роботы, беспилотные автомобили, 5G, интернет вещей, облачные технологии, дополненная реальность, покупки в интернете, системы распознавания лиц, умные города, создание лекарств искусственным интеллектом. Все это способствует росту полупроводниковой отрасли.

Согласно прогнозам, спрос на полупроводниковую продукцию растет во всех регионах и всех секторах экономики в среднем на 8,6% ежегодно до 2028 года. Но потребление чипов только для нужд искусственного интеллекта и машинного обучения должно вырасти с 1,6 млн штук в 2022 году до 2,9 млн в 2025 году. Это говорит о ежегодном росте в 27%.

В ближайшее время полупроводниковым производителям необходимо:

• удовлетворить текущий отложенный спрос со стороны автоиндустрии и производителей электроники;
• нарастить мощности, чтобы покрыть текущие потребности со стороны промышленного сектора, зеленой энергетики и сектора развлечений;
• покрыть потребности со стороны технологий будущего, биотехов, энергетики и энергоэффективности.

В 2020 году объем рынка полупроводников оценивался в $440 млрд, а в 2021-м сектор вырос более чем на 25% — до $552,9 млрд. В 2019 году аналитики отмечали, что такого уровня данная отрасль способна достичь только в 2023 году. По новым данным, к 2035 году рынок полупроводников может достигнуть $2 трлн. Рынок 5G оценивается примерно в $40 млрд, но уже в 2030 году может вырасти до $500 млрд. Переход на гибридные автомобили и электрокары увеличит ежегодный спрос на чипы со стороны автоиндустрии на 17%.

Если сравнивать отрасль чипмейкеров с S&P 500 и Nasdaq, то на пятилетнем горизонте полупроводники обгоняют S&P в 2,3 раза, Nasdaq — в 1,5 раза, а также значительно опережают рост мирового ВВП.

Чтобы охватить весь сектор, можно инвестировать в готовый ETF или выбрать сразу несколько компаний. Например, оценить перспективы смежных индустрий — телекоммуникаций, робототехники, искусственного интеллекта, автоиндустрии, а затем выбирать из полупроводниковых компаний, которые работают на обеспечение этого рынка. Еще одним вариантом может стать инвестирование в поставщиков оборудования и программного обеспечения для создания чипов, а также их тестирования.