Chipschaarste: waarom de wereld even zonder genoeg computerchips kwam te zitten
Chipschaarste is de situatie waarin fabrikanten van auto's, laptops, wasmachines en duizenden andere producten niet genoeg computerchips kunnen krijgen om hun productie op peil te houden. Chips, ook wel halfgeleiders of microchips genoemd, zijn de piepkleine siliciumplaatjes vol elektronische schakelingen die in vrijwel elk modern apparaat zitten. Zonder chip geen navigatiesysteem in de auto, geen wifi in de wasmachine en geen enkele smartphone.
Vergelijk het met een tekort aan een cruciaal ingrediënt waar duizenden restaurants tegelijk van afhankelijk zijn. Als de zoutleverancier plotseling minder kan leveren, merkt niet alleen de patatzaak dat, maar ook het sterrenrestaurant: iedereen staat in de rij voor dezelfde beperkte voorraad. Zo ging het rond 2021 met chips: autofabrikanten, gamingbedrijven en huishoudapparatenmakers stonden ineens allemaal tegelijk te wachten op leveringen uit een handvol fabrieken die de hele wereld moeten bedienen.
Wat is het precies?
Een computerchip maken is een van de meest gecompliceerde industriële processen die er bestaan. Het begint met een schijf ruw silicium, een wafer genoemd, waarop met licht piepkleine patronen worden 'gedrukt'. Dat proces heet lithografie en gebeurt met machines die zo precies zijn dat ze structuren kunnen maken die duizenden keren dunner zijn dan een haar.
Zo'n wafer doorloopt honderden bewerkingsstappen in een fabriek die een fab wordt genoemd, in een extreem schone ruimte zonder stofdeeltjes. Eén foutje ergens in dat proces en de hele batch is onbruikbaar. Het bouwen van zo'n fabriek kost al gauw tien tot twintig miljard euro en duurt jaren.
Er zijn grofweg twee soorten spelers. Foundries zoals het Taiwanese TSMC maken chips in opdracht van andere bedrijven, die alleen het ontwerp aanleveren. IDM's (integrated device manufacturers) zoals Intel en Samsung ontwerpen én produceren zelf. Daarnaast bestaat er een groot verschil tussen 'legacy chips': oudere, relatief simpele chips die bijvoorbeeld in auto's zitten, en de allernieuwste, extreem geavanceerde chips voor smartphones en kunstmatige intelligentie. Beide typen bleken tijdens de schaarste kwetsbaar, maar om andere redenen.
Wat wil men ermee bereiken?
Overheden en bedrijven willen vooral één ding: voorkomen dat een handvol fabrieken in een klein gebied de hele wereldeconomie kan platleggen. Op dit moment produceert Taiwan, en dan vooral TSMC, het grootste deel van de meest geavanceerde chips ter wereld. Dat maakt de wereldwijde elektronica-industrie extreem afhankelijk van één land dat bovendien geopolitiek gespannen relaties heeft met China.
Daarom investeren de Verenigde Staten, de Europese Unie, Japan en Zuid-Korea miljarden in eigen chipproductie. Het doel is niet om volledig onafhankelijk te worden, dat is voor de meest geavanceerde chips vrijwel onmogelijk, maar om meer spreiding en 'strategische autonomie' te krijgen. Voor bedrijven zelf gaat het vooral om leveringszekerheid: nooit meer een fabriek stil zien liggen omdat er geen chip ter waarde van een paar euro beschikbaar is voor een auto van veertigduizend euro.
Voorbeelden uit de praktijk
Tijdens de coronapandemie annuleerden autofabrikanten zoals Volkswagen en Ford in 2020 massaal hun chipbestellingen, omdat ze een instortende vraag verwachtten. Tegelijkertijd kochten mensen die thuis moesten werken en leren juist meer laptops, monitors en spelcomputers, waardoor chipfabrieken hun capaciteit al hadden verschoven naar consumentenelektronica. Toen de autoverkoop sneller herstelde dan verwacht, stonden autofabrikanten achteraan in de rij en moesten fabrieken tijdelijk sluiten.
In maart 2021 brak brand uit in een fabriek van chipmaker Renesas in Japan, een belangrijke leverancier van autochips. Ook al was de schade beperkt tot een deel van de fabriek, het zette de toch al krappe markt verder onder druk.
Diezelfde winter zorgde een ongewoon zware winterstorm in de Amerikaanse staat Texas voor stroomuitval bij chipfabrieken van onder meer Samsung, NXP en Infineon, die daardoor weken stillagen.
Taiwan kampte in 2021 bovendien met een ernstige droogte, terwijl chipproductie enorme hoeveelheden ultrazuiver water vergt om wafers te spoelen. TSMC moest water laten aanvoeren met tankwagens om de productie draaiende te houden.
Als politiek antwoord tekende de Amerikaanse president in 2022 de CHIPS and Science Act, die met tientallen miljarden dollars aan subsidies chipproductie terug naar de VS moet halen. De Europese Unie volgde in 2023 met een eigen Chips Act, gericht op het verdubbelen van het Europese aandeel in de wereldwijde chipproductie.
Hoe ver is de techniek?
Voor de meeste 'gewone' chips, zoals die in auto's en huishoudapparaten, is de acute schaarste inmiddels grotendeels voorbij. Fabrieken hebben hun capaciteit uitgebreid en de vraag is genormaliseerd. Toch blijft de onderliggende kwetsbaarheid bestaan: de productie van de meest geavanceerde chips zit nog altijd geconcentreerd bij een klein aantal bedrijven.
Sinds de opkomst van kunstmatige intelligentie is er een nieuw soort tekort ontstaan, ditmaal aan de allersnelste chips voor AI-toepassingen, zoals de grafische chips (GPU's) van Nvidia. Dit is minder een productieprobleem dan bij de eerdere schaarste; het komt vooral doordat de vraag naar deze zeer geavanceerde chips explosief is gestegen, terwijl er maar een handvol fabrieken ter wereld is die ze kunnen maken.
Nieuwe fabrieken van TSMC in de Amerikaanse staat Arizona en van Intel in Ohio en Arizona zijn in aanbouw of net operationeel, maar dergelijke projecten hebben doorgaans vertraging opgelopen ten opzichte van de oorspronkelijke planning. Het opbouwen van voldoende geschoold personeel en toeleveranciers rond zo'n fabriek blijkt in de praktijk minstens zo lastig als het bouwen van het gebouw zelf.
Wie werken eraan?
TSMC uit Taiwan is veruit de grootste producent van geavanceerde chips in opdracht van derden. Samsung uit Zuid-Korea en Intel uit de Verenigde Staten zijn de belangrijkste concurrenten die zowel ontwerpen als produceren.
Een sleutelrol is weggelegd voor het Nederlandse bedrijf ASML uit Veldhoven. Zij zijn wereldwijd de enige producent van de allernieuwste lithografiemachines die gebruikmaken van extreem ultraviolet licht (EUV), noodzakelijk om de meest geavanceerde chips te maken. Zonder ASML-machines kan geen enkele fabrikant ter wereld de nieuwste generatie chips produceren, wat het bedrijf tot een strategisch knooppunt maakt in internationale handelsspanningen. Zo mag ASML door exportrestricties zijn meest geavanceerde machines niet aan Chinese klanten leveren.
Op overheidsniveau zijn de Verenigde Staten, de Europese Unie, Japan en Zuid-Korea de belangrijkste financiers van nieuwe chipfabrieken. Ook Nederland speelt een rol, niet alleen via ASML maar ook via chipbedrijven als NXP en Nexperia in de regio Eindhoven.