Küresel çip krizi nedir, ne zaman bitebilir?

Yarı iletken çipler akıllı telefonumuzdan bilgisayarımıza, otomobilimizden televizyonumuza neredeyse çevremizdeki bütün elektronik cihazların içinde yer alıyor. Çipler sadece kişisel olarak kullandığımız cihazlar için değil otomotiv, savunma, sağlık, iletişim gibi sayısız alanda kritik öneme sahip elektronik bileşenler. Ancak 2020 yılının sonunda ortaya çıkan çip krizi, talebi karşılayacak sayıda teknolojik ürünün üretilememesine, üretimde gecikmelere ve ürün fiyatlarında artışa neden oldu.

Peki küresel ölçekte etkileri olan çip krizi nedir, neden ortaya çıktı ve ne zaman biteceği öngörülüyor?

Çip Nedir?

Bilgisayar çipi, mikroçip, bütünleşik devre, yarı iletken çip gibi farklı isimlerle bilinen çipleri elektronik cihazların “beyni” olarak tanımlayabiliriz. Çiplerin çoğu yarı iletken özellikte bir malzeme olan silisyumdan üretiliyor. Silisyumun yanı sıra germanyum ve galyum arsenür gibi malzemeler de çip üretiminde kullanılabiliyor. Yarı iletkenlerin elektriği iletme özellikleri farklı yöntemler kullanılarak (örneğin elektrik akımı, voltaj, ışık etkisi ile) kontrol edilebiliyor. Bu sayede istendiğinde bir yalıtkan istediğinde ise bir iletken gibi davranabiliyorlar. 

Küresel Çip Krizi Nedir?

Çip krizini, küresel ölçekte yarı iletken çip üretiminin çiplere olan ihtiyacı karşılayamaması olarak tanımlayabiliriz.

2019 yılının sonlarında Çin’de ortaya çıkan ve tüm dünyayı etkisi altına alan COVID-19 salgınıyla birlikte insanlar evde daha fazla zaman geçirmeye başladı. Başlangıçta kapanma dönemlerinde elektronik cihazlara olan talep azalmıştı. Bu nedenle birçok fabrika gibi çip üretim fabrikaları da üretime ara verdi. Ancak salgının etkisini uzun süre devam ettireceği anlaşılınca insanlar bu yeni duruma uyum sağladı. Birçok öğrenci eğitimine evden devam etti. Çok sayıda çalışan ise ofise gitmeden uzaktan çalışma ile işlerini sürdürdü. Bu durum kameralardan kulaklıklara, dizüstü bilgisayarlardan tabletlere birçok elektronik cihaza olan talepte patlamaya neden oldu.

Sadece küresel salgın değil yapay zekâ, nesnelerin interneti, 5G teknolojisi, artırılmış gerçeklik ve sanal gerçeklik uygulamaları, otonom ve elektrikli otomobiller gibi son yıllarda teknoloji alanında yaşanan hızlı gelişmeler nedeniyle de çiplere olan ihtiyaç her zamankinden daha yüksek. 2022’de yaklaşık 600 milyar dolara ulaşan yarı iletken çip endüstrisinin büyüklüğünün 2030’da 1 trilyon doları aşacağı tahmin ediliyor. Ancak mevcut üretim kapasitesi var olan ihtiyacı karşılayacak seviyede değil.

Küresel Çip Krizinin Sebepleri Neler?

Peki, COVID-19 salgınından sonra sık sık duymaya ve etkilerini hissetmeye başladığımız küresel çip krizi neden ortaya çıktı? Bu sorunun cevabını bulmak için çip üretim sürecinin aşamaları hakkında bilgi sahibi olmamız gerekiyor.

Çip Tedarik Zinciri

Bir çipin üretim sürecinin farklı aşamalarında yaklaşık 25 ülke yer alıyor. Üretiminden kullanıcıya ulaşıncaya kadar çip bileşenleri 50.000 kilometreden fazla yol katediyor ve ortalama 70 uluslararası sınırdan geçiyor. Yarı iletken çiplerin geliştirilmesi, tasarlanması ve üretilmesi son derece karmaşık bir süreç. Ayrıca bu süreçlerin her birinde farklı ülkeler daha ağırlıklı paya sahip. Bu nedenle doğal felaket, salgın hastalık, siyasi gerilimler gibi durumlar nedeniyle çip tedarik zincirinin herhangi bir aşamasında yaşanan bir sorun tüm üretim sürecini etkileyebiliyor.

Araştırma-Geliştirme (Ar-Ge)

Ar-Ge, yarı iletken teknolojisinin gelişmesinde çok önemli bir role sahip. Ancak bu alanda ortaya çıkan yeni bir teknolojik yaklaşımın, bilimsel makalelerde yayınlandıktan sonra, ticari olarak kullanılmaya başlanması yaklaşık 10-15 yıl sürebiliyor. Örneğin silisyum devre levhalarının üzerine çok ince desenlerin oluşturulmasını ve bu sayede nano ölçekte çözünürlüğe sahip çiplerin geliştirilmesini sağlayan aşırı ultraviyole litografi yöntemi (EUV), patentinin alındığı 1959 yılından yaklaşık 40 yıl sonra çip üretiminde kullanılmaya başlandı.

Yarı iletken çiplerle ilgili bilimsel araştırmalarda lider ülke ABD. ABD’yi ise Çin takip ediyor. ABD, yarı iletken çip alanında yapılan buluşlar için alınan üçlü patent sayısında ve patentlere yapılan atıf sıralamasında dünya genelinde ilk sırada yer alıyor.

Tasarım

Günümüzde çipler çok sayıda transistör ve elektronik bileşen içeriyor. Bu nedenle çip tasarımlarında tasarım yazılımları kullanılıyor. Yarı iletken çip tasarımında %50’ye yakın pay ABD firmalarına ait. ABD’den sonra Güney Kore, Japonya ve Avrupa geliyor.

Ham Maddeler

Yarı iletken çip üretiminde kullanılan en temel malzeme silisyum. Yer kabuğunda en bol bulunan ikinci element olan silisyum doğada çoğunlukla silisyum dioksit şeklinde bulunuyor.

ABD ve Çin, çip üretiminde kullanılan silisyum cevherleri açısından zengin kaynaklara sahip. Silisyum dioksit şeklinde çıkarılan silisyum rafine edildikten sonra eritilip tekrar kristalleştiriliyor ve yüksek saflıkta silisyum külçelere dönüştürülüyor. Daha sonra ince katmanlar şeklinde ayrılarak silisyum devre levhaları elde ediliyor. Silisyum devre levhaları başta Japonya olmak üzere Tayvan, Güney Kore ve Almanya’da üretiliyor.

Üretim

Gelişmiş yarı iletken çiplerin üretimi için 50’den fazla farklı tür ekipmana ihtiyaç duyuluyor. Çip üretiminde kullanılan ekipmanlar çoğunlukla ABD, Japonya ve Avrupa (İngiltere, Almanya ve Hollanda) merkezli firmalar tarafından geliştiriliyor. Hollanda özellikle yarı iletken çiplerin üretiminde kullanılan fotolitografi cihazlarının temel üreticisi durumunda.

Yarı iletken çiplerin üretiminin yaklaşık %75’i Tayvan, Güney Kore, Japonya ve Çin’de yapılıyor. Gelişmiş teknolojik cihazlarda kullanılan dünyanın en ileri yarı iletken çiplerinin neredeyse tamamı (~%92’si) ise Tayvan’da üretiliyor.

Günümüzde ihtiyaç duyulan gelişmiş yarı iletken çiplerin üretilmesi EUV litografi sistemi sayesinde mümkün oldu.

Montaj, Test ve Paketleme

Montaj sürecinde, üretilen yarı iletken çip bileşenleri birleştirilerek tek bir bütünleşik çip hâline getiriliyor. Montaj, test ve paketleme süreçleri büyük oranda Çin, Tayvan ve Singapur tarafından gerçekleştiriliyor.

Çip Tedarik Zincirindeki Riskler

Çip üretiminin farklı aşamaları olması ve bu aşamaların her birinde farklı ülkelerin daha ağırlıklı rolü olması çip tedarik sürecinin bazı risklerden etkilenmesine yol açabiliyor. Örneğin çip üretiminde kullanılan fotolitografi yönteminde ihtiyaç duyulan neon gazının dünyadaki en önemli üreticisi Ukrayna. Ukrayna ve Rusya arasındaki savaş ortamı çip tedarik sürecini olumsuz etkiliyor.

Çip üretim sürecinin tek bir ülke ya da firma tarafından gerçekleştirilmemesinin bazı avantajları da var. Örneğin bir ülkenin çip üretiminde kendi kendine yeterli olmasının yani Ar-Ge, tasarım, ham madde, üretim, montaj, test, paketleme gibi tüm süreçlerini kendi karşılamasının toplam maliyetinin trilyon dolar seviyesinde olacağı ve bu değişimin yarı iletken çip maliyetlerini %65 artıracağı tahmin ediliyor.

Peki Neden Üretim Artırılarak Çip Talebi Karşılanamıyor?

Bir yarı iletken çipin üretim, montaj, test ve paketleme süreçleri toplamda 26 hafta sürebiliyor. Ayrıca çip üretim tesisleri zaten %80 ve üzerinde kapasiteyle çalışıyor. Tesislerin kapasitesinin artırılması ise bugünden yarına gerçekleştirilebilecek bir durum değil. Özellikle de gelişmiş yarı iletken çiplerin üretimi için ihtiyaç duyulan ekipmanlar son derece maliyetli. Örneğin 7 nanometrenin altındaki yarı iletken çiplerin üretiminde kullanılan EUV cihazlarının değeri 150 milyon dolar.

Çip Krizi Ne Zaman Bitebilir?

Küresel ölçekte çip geliştirme ve üretme süreci bazı ülkelerde büyük oranda özel firmalar tarafından bazı ülkelerde ise devlet destekli olarak gerçekleştiriliyor. Çip krizinin aşılması ve artan talebi karşılamak amacıyla çip üretim kapasitesinin artırılması için Güney Kore 10 yıl içinde 450 milyar dolarlık destek sağlayacağını açıkladı. ABD, ağustos ayında yarı iletken çiplerin ülke içinde üretilmesi ve bu alandaki bilimsel araştırmaları desteklemek için 53 milyar dolarlık bir destek yasası çıkardı. Avrupa Birliği ise çip üretim pazarındaki payını 2030’a kadar iki kat artırmayı hedeflendiğini açıkladı. Bunun için yarı iletken sektörünün 160 milyar dolarlık bir desteğe ihtiyacı var.

Dünyanın en büyük çip üreticilerinden olan Intel ve TSMC, çip üretim kapasitelerini artırmak için yatırım yapıyor. Ancak yeni tesislerin 2023’ten itibaren üretime hazır olacağı tahmin ediliyor.