277 מיליארד דולר ביום: זה הסכום ששוויה של חברת אנבידיה, מעצבת השבבים האמריקנית, גדל בו ביום אחד, לפני שבוע ויום. הסיבה המיידית הייתה הדו"חות הטובים של החברה, שהראו שהיא פורחת בלב תעשיית השבבים; אבל אולי תופתעו לגלות שאנבידיה כלל לא מייצרת שבבים.
המעגל המשולב (או השבב, ובאנגלית צִ׳יפּ) הוא כנראה ההישג ההנדסי הכי מרשים של בני האדם. מעגלים משולבים מניעים כל מכשיר אלקטרוני, משלט המזגן, דרך המכונית ועד המחשב הנייד שלכם, והם מוצר טכנולוגי מורכב מאוד. כבר דיברנו כאן על כך ששבבים מתקדמים כוללים תכונות שגודלן אטומים ספורים, והתעשייה ממשיכה לחפש דרכים למזער אותן עוד יותר. הפיתוח והייצור של רכיבים עדינים כל כך, במחיר תחרותי כלכלית, דורש מקצועיות רבה וניסיון. אלו המאפיינים שמגדירים ומעצבים את תעשיית השבבים, שעומדת בשנים האחרונות במוקד התחרות הטכנולוגית בין סין לארה״ב.
בגלל המורכבות האדירה בתכנונם ובייצורם של שבבים, משתלם לחברות להתמחות רק בחלק מהתהליך, ולתת לחברות אחרות להתמחות בחלקים אחרים. לכן חברות השבבים מתחלקות לשלוש קטגוריות: עיצוב שבבים, הנדסת מכשור ייחודי, וייצור השבבים בפועל.
עיצוב שבב
בקטגוריית עיצוב השבבים נכללת, למשל, אנבידיה. היא מתמחה בשבבי עיבוד גרפי (GPU), ששימושיים ביותר ביישומי בינה מלאכותית. גם אפל מעצבת בעצמה את השבבים שישמשו במחשבים ובטלפונים שלה, אך אצל שתיהן הייצור נעשה בחברות אחרות. לאחרונה גם גוגל ומיקרוסופט החלו לתכנן שבבים משלהן, בעיקר ליישומי בינה מלאכותית, אבל הן לא מתכוונות לעבור לעסוק בייצור.
החברות הללו נעזרות בפלח נוסף של תעשיית השבבים, שגם הוא מתמחה ביותר: חברות כמו Altium או Autodesk משווקות תוכנות מתקדמות, שעוזרות למהנדסים לתכנן שבבים ולבחון את פעילותם לפני הייצור. תעשיית עיצוב השבבים נשענת על מומחיותן של החברות הללו.
ייצור צ'יפִּים
אחרי שלב התכנון, בא שלב הייצור. זהו עסק שדורש השקעה עצומה עוד לפני שהשבב הראשון יוצא מהמפעל. צריך לא רק לרכוש את המכונות אלא גם להשיג נפח ייצור שיאפשר להפעיל אותן ברצף, ימים ולילות. צריך להזרים אליהן חומרי גלם, לתקן אותן כשהן מתקלקלות, ולוודא את תקינות השבבים שמופקים מהמכונה – רבים מהם עלולים להיות פגומים, וצריך לערוך ניסויים והתאמות כדי לשפר את התפוקה. לעיתים עוברות שנים עד שפס ייצור מגיע לרמת יעילות שמאפשרת לו להיות רווחי.
הצורך בהון ראשוני ובניסיון בייצור מעניקים לחברות ותיקות יתרון מובנה בתחום הייצור, והחברות שמייצרות שבבים יכולות להציע את שירותי הייצור שלהן לחברות אחרות. למשל, טאואר הישראלית היא מעצבת שבבים שגם מייצרת אותם לאחרים (בין השאר במגדל־העמק).
מעצבת־יצרנית אחרת היא אינטל, שעיצבה וגם ייצרה את רוב שבבי העיבוד הכללי במחשבים שלנו. הרעיון של אינטל הוא שאם התהליך כולו נעשה בתוך החברה, היא יכולה לוודא שהייצור יתאים לתכנון ולכן יהיה יעיל יותר. אבל בשנים האחרונות אינטל התקשתה להדביק את שתי המתחרות העיקריות שלה בתחום הייצור, סמסונג הקוריאנית ו־TSMC הטאיוואנית. שתי החברות מתמקדות בייצור שבבים למען לקוחות חיצוניים. אינטל מנסה לאחרונה להתחרות גם בתחום הזה, ולייצר ללקוחות.
חברות ייצור שבבים מקימות ומפעילות פסי ייצור מורכבים, הכוללים עשרות שלבים ומערבים שימוש בחומצות חזקות ובלייזרים רבי עוצמה. בסוף התהליך, על פרוסת סיליקון טהור מוטבעים אינספור טרנזיסטורים, שנחתכים ונארזים לכדי שבבים שנתחבים בטלפונים שלנו. תהליך הייצור דורש ניקיון, ציוד אמין וכִוונון עדין.
חומרי גלם ומכונות
את המכונות והחומרים ליצרניות השבבים מספקות חברות נוספות, בעלות מומחיות ייחודית. תהליכי הייצור דורשים רמות דיוק גבוהות, ולכן היצרנים צריכים להשקיע הון רב וזמן ממושך כדי להשיג חומרים ומכשירים אמינים. שוב יש לנו כאן שני חסמים: השקעה גדולה של הון וניסיון. יצרן שבבים ותיק לא ירצה להסתכן וליצור קשר עם יצרן חומצות חדש, שמא יזהם את תהליך הייצור ויביא להפסד של מיליוני דולרים. היצרן יעדיף לעבוד עם חברה ותיקה, גם אם היא יקרה יותר. למשל, שלוש חברות יפניות מספקות את החומצות לרוב מפעלי ייצור השבבים בעולם – וככל הנראה הן ימשיכו לעשות זאת בלי הפרעה, פשוט משום שאין בעולם שום חברה שמתמחה בייצור החומצות הללו באופן הדרוש לתעשיית השבבים ובכמויות הדרושות לה.
גם המכשור הדרוש לתהליך ייצור שבבים הוא אתגר הנדסי לא פשוט. כתבנו כאן בעבר על החברה ההולנדית ASML, שמתמחה בייצור מכונות ליתוגרפיה: המכשירים האלה משתמשים בלייזר רב עוצמה, במראות מלוטשות ובעדשות מקטינות כדי להטביע את השבבים על פרוסת הסיליקון. החברה השקיעה כשלושה עשורים בפיתוח מכונות הליתוגרפיה המדויקות שלה, וכדי להשיג את העדשות והמראות והלייזרים הדרושים לה היא הקימה מערכת אקולוגית שלמה של ספקים אמינים.
הפיתוח הממושך והמורכבות מקשים על העתקת הטכנולוגיה שלה. גם אם סין תגנוב את התוכניות של מכונות ASML, היא תצטרך להשקיע שנים בהקמת החברות שמספקות את רכיבי המכונה. כל אחת מהחברות האלה זקוקה למומחיות ניסיון רב כדי לייצר את הרכיבים המדויקים באופן עמיד, כך שלא יתקלקלו לעיתים קרובות מדי וישביתו פסי ייצור שלמים
מדינות ושבבים
בגלל חשיבותם האסטרטגית של השבבים במגוון תעשיות – כולל תעשיית הנשק, הטילים והמטוסים – כל מדינה תשמח למשוך אליה ייצור שבבים. חברת טאואר הודיעה לאחרונה על צמצום הייצור במפעליה בישראל, ועל כך שהיא שוקלת לפתוח מפעל חדש בהודו. האם ישראל צריכה לחתור לשנות זאת, ולהתחרות בתחום ייצור השבבים?
ייצור עצמאי של שבבים יכול לשרת את תעשיית הביטחון ולהקטין את התלות של ישראל בשוק העולמי. הוא גם תורם ליצוא ולהעסקת ישראלים בשכר גבוה. מצד שני, הודו, גרמניה, סין וארה״ב משקיעות מיליארדי דולרים כדי למשוך יצרני שבבים. ישראל תתקשה להתחרות עם הענקיות הללו. אולי עדיף להתמקד, למשל, בעיצוב שבבים, או בטכנולוגיות מתמחות שקשורות לתעשיית המכשור והתוכנה.
