Transformacja modeli operacyjnych wymuszona niedoborem chipów

Świat doświadczył poważnego i długotrwałego niedoboru chipów w pierwszych latach pandemii koronawirusa i przewidujemy, że niedobór półprzewodników utrzyma się w 2022 r., a czas realizacji niektórych komponentów przesunie się do 2023 r.

Niedobór powoduje opóźnienia w produkcji komputerów, smartfonów i innych dóbr konsumpcyjnych, a zwłaszcza samochodów.¹ Skutki są także ekonomiczne. Braki układów scalonych mogą w ciągu dwóch lat spowodować ponad 500 miliardów dolarów strat w światowej gospodarce w latach 2020-2022.²

Czy da się temu przeciwdziałać? Jakimi narzędziami dysponują producenci chipów, dystrybutorzy, klienci (polegający na łańcuchu dostaw półprzewodników) i rządy?

Ogólnoświatowy problem jest tak duży, że żadna firma, a nawet branża nie będzie go w stanie rozwiązać samodzielnie. Niezbędne jest rozwiązanie kompleksowe, obejmujące wszystkich uczestników ekosystemu.

Sytuacja była wyjątkowa. Niemalże w tym samym czasie doświadczyliśmy globalnej pandemii, ogromnego pożaru w kluczowej japońskiej fabryce chipów i kontenerowca blokującego Kanał Sueski, co spowodowało ogromne zakłócenia. Następny kryzys nie musi być tak dotkliwy. Należy jednak pamiętać, że produkcja chipów i łańcuchy dostaw są z natury podatne na zakłócenia, co sprawia, że kolejny niedobór jest nieunikniony.

Bartek Swatko, Dyrektor, Operations Transformation

W ciągu ostatnich trzech dekad zaobserwowaliśmy sześć niedoborów o podobnym czasie trwania lub skali jak obecnie (wykres 1). Niekiedy braki występują lub są zaostrzane przez wstrząsy zewnętrzne, takie jak bańka technologiczna lub recesja w 2009 r., ale czasami "po prostu się zdarzają". Zwiększanie zdolności produkcyjnych w branży chipów zawsze było kosztowne. Występuje w falach napędzanych zarówno przez technologię, siły rynkowe i ma długi czas realizacji między podjęciem decyzji o budowie fabryki chipów a wytworzeniem pierwszego produktu (gotowe płytki).

Nie można zapobiec niedoborom, ale można złagodzić ich skutki

Poniższa tabela podsumowuje pięć możliwych działań zapobiegawczych a także wskazuje, którzy uczestnicy są najbardziej zaangażowani w każdy etap (rysunek 2). Nasze badania sugerują, że żadne z tych rozwiązań nie jest panaceum zdolnym w pełni złagodzić kolejny niedobór. Wszystkie są do pewnego stopnia ważne, co wymaga bezprecedensowej koordynacji i współpracy. Poszczególne organizacje powinny raczej wybrać konkretne działanie lub kombinację ruchów w zależności od roli, jaką odgrywają w szerszym ekosystemie układów scalonych.

Światowy przemysł deklaruje zwiększenie ogólnych zdolności produkcyjnych na niespotykanym dotąd poziomie. Nakłady inwestycyjne trzech największych graczy prawdopodobnie przekroczą 200 mld USD w latach 2021-2023 i mogą osiągnąć 400 mld USD do 2025 r.⁴ Rządy także przeznaczyły dodatkowe setki miliardów na wsparcie produkcji chipów.⁵

Czy zwiększenie zdolności produkcyjnych o 50% w ciągu zaledwie trzech lat z nawiązką pokryje przyszłe niedobory? Popyt rośnie mniej więcej tak szybko (lub bardziej) jak planowany wzrost mocy produkcyjnych.

Przyczyny wzrostu popytu obejmują między innymi rozwój technologii 5G, sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego, kryptowalut czy IoT. Wzrost zapotrzebowania wynika także z dostarczania coraz potężniejszych chipów do produktów, które już używają dużo układów scalonych, ale także z dodawania ich do produktów, które wcześniej ich nie miały.

Budowanie lokalnego potencjału

Produkcja chipów jest wysoce skupiona geograficznie (rysunek 3). Połowa lub więcej całkowitej globalnej zdolności produkcyjnej znajduje się w kilku krajach lub regionach. Początkowo były to Stany Zjednoczone i Dolina Krzemowa, potem Stany Zjednoczone i Europa w 1990 roku, a ostatnio Tajwan i Korea Południowa. Poziom koncentracji w Azji Wschodniej w 2020 r. (w tym w Japonii i Chinach, które zbliżają się do 60%)⁸ przyciągnął znaczną uwagę rządów ze Stanów Zjednoczonych, Europy i Chin. Istnieją plany budowy nowych zakładów w tych krajach lub regionach, a także w Izraelu, Singapurze i innych.⁹ Proces ten jest również znany jako "lokalizacja".

Dystrybucja zdolności produkcyjnych do większej liczby regionów i zmniejszenie ekstremalnych lokalnych koncentracji ograniczy ryzyka i pomoże złagodzić dotkliwość przyszłych niedoborów dostaw z określonych obszarów. Prawdopodobnie nie rozwiąże to jednak problemu całkowicie:

Przesunięcie geograficznej koncentracji podaży chipów jest trudne. Na całym świecie istnieje ponad 400 zakładów produkujących chipy i ogłoszono plany utworzenia 24 nowych fabryk 300 mm do 2022 r., ale tylko 10 nowych fabryk 200 mm w tym samym okresie.¹⁰ Niektóre z nich znajdują się w Korei Południowej i regionie Tajwanu. Zgodnie z naszymi szacunkami, nowe lokalizacje spowodują spadek koncentracji w Azji Wschodniej tylko o kilka punktów, co oznacza, że do 2023 r. nadal będzie ona produkować ponad połowę wszystkich chipów. Dywersyfikacja lokalizacji produkcji postępuje stopniowo, w styczniu 2022 ogłoszono, że jedna z wiodących firm zbuduje dwie fabryki układów scalonych w Ohio, USA w które zainwestuje 20 mld USD.

Przemysł chipowy ma naturalną tendencję do tworzenia wysoce skoncentrowanych klastrów, opartych na talentach i dostępności zasobów (rysunek 4). Posiadanie wszystkich części procesu produkcyjnego (wytwarzanie, testowanie i pakowanie chipów) blisko siebie oferuje wiele korzyści pod względem kosztów i czasu. Klastry tworzą silne pule talentów i umiejętności. Wcześniejsze próby zbudowania bardziej rozproszonych geograficznie zdolności produkcyjnych (takich jak Silicon Glen w Wielkiej Brytanii pod koniec lat 1970.) spełzły na niczym.¹¹

EU Chips Act

Sześć kluczowych kompetencji cyfrowych wspierających zmianę modeli operacyjnych

Nadal większość producentów OEM (original equipment manfacturer), dystrybutorów / dostawców i klientów nie wdrożyła wspólnych systemów ani procesów umożliwiających wymianę informacji w czasie rzeczywistym, a tym samym doświadcza trudności w przewidywaniu popytu¹⁵. Takie trudności w dokładnym oszacowaniu popytu ze strony poszczególnych uczestników łańcucha dostaw przy wahaniach wielkości zamówień jest określane jako efekt byczego bicza (bullwhip effect). Firmy mogą mu zapobiegać, wdrażając nowoczesne technologie i nabywając związane z nimi kompetencje cyfrowe.

Organizacje zależne od dostaw chipów mogą przekształcić swoje modele operacyjne rozwijając i wzmacniając sześć kluczowych kompetencji cyfrowych (rysunek 5). Korzystając z cyfrowego modelu kompetencji (DCM – Digital capabilities model), przedsiębiorstwa mogą przeprojektować tradycyjne silosy organizacyjne w takie, które są bardziej podłączone i zintegrowane, jednocześnie obejmujące klientów, pracowników, dostawców i partnerów handlowych na wszystkich poziomach.¹⁶

Połączony klient (connected customer) to dokładniejszy i bardziej szczegółowy obraz przyszłych trendów, co pomoże organizacjom zmniejszyć skutki wahań popytu. Poza implikacjami dla łańcucha dostaw, urządzenia połączone z systemami producenta/dostawcy umożliwiają natychmiastowe raportowanie problemów a co za tym idzie – ich szybsze i skuteczniejsze rozwiązywanie (customer issue management).

Rozwój i projektowanie cyfrowe (digital development) pozwala wytwórcom chipów na wydajniejsze tworzenie, budowanie i ocenę prototypów produktów. Szybkie tempo innowacji wymaga natychmiastowych reakcji sektora by oferować układy scalone odpowiednie dla kolejnych generacji produktów.

Zsynchronizowane systemy planowania (synchronized planning) odpowiadają na wyzwania, które są charakterystyczne dla złożonej sieci budowania wartości półprzewodników. Ułatwiają one zarówno planowanie zdolności produkcyjnych, jak i dostosowanie popytu i podaży w czasie zbliżonym do rzeczywistego, uwzględniając złożoną strukturę dostawców wewnętrznych i zewnętrznych.

Inteligentne dostawy (intelligent supply) wspierają ciągłość produkcji poprzez wzmocnioną współpracę, rozwój i monitorowanie dostawców. Jeśli zostaną zintegrowane z synchronizowanymi systemami planowania mogą złagodzić ryzyka związane z globalną siecią dostaw.

Smart-operacje (smart operations) czyli oparte na danych i sztucznej inteligencji zarządzanie operacyjne ma kluczowe znaczenie dla sektora. Ma ono skomplikowany charakter, dodatkowo jest w dużej mierze zautomatyzowane. Funkcje ułatwiające cyfrowe modelowanie procesów (takie jak cyfrowe bliźniaki), monitorowanie operacji, operacje fabryczne zsynchronizowane z dostępnością materiałów i responsywne dostosowywanie harmonogramów fabrycznych pozwalają zespołom operacyjnym wytwórców działać wydajnie i przy wysokim wykorzystaniu zasobów.

Dynamiczne możliwości realizacji (dynamic fulfillment) wspierają wiele kanałów sprzedaży, ścieżek produkcyjnych i punktów obsługi realizacji w branży półprzewodników. Zamawiane produkty mogą być adaptacyjnie wytwarzane przez wieloźródłowe sieci dostawców i dostarczane za pośrednictwem wewnętrznych i zewnętrznych magazynów logistycznych, dystrybutorów, centrów wysyłkowych i innych.

Przyjęcie niektórych lub wszystkich tych aspektów modelu zdolności cyfrowych może pomóc firmom produkującym innowacyjne produkty przekształcić tradycyjne, liniowe łańcuchy dostaw w cyfrowe sieci dostaw (DSN- digital supply networks).

Firmy, kooperując z partnerami w sieci dostaw, mogą wdrażać zaawansowane technologie takie jak blockchain, czujniki, AI / ML, technologie mobilne i szerokopasmowe.

Co więcej, firmy w całym łańcuchu wartości branży chipów mogą korzystać z różnych cech cyfrowej sieci dostaw poprzez:

• wykrywanie,
• współpracę,
• optymalizację
• i skuteczne reagowanie.

Te obszary mogą umożliwić im uzyskanie większej widoczności i wglądu w popyt oraz bardziej szczegółowo i terminowo zobrazować zarówno zewnętrzne, jak i wewnętrzne wydarzenia w całej sieci dostaw - umożliwiając im podejmowanie efektywnych decyzji i dostosowań.

1. Don Clark, “‘It’s a roller-coaster ride’: Global chip shortage ss making industries sweat ,” New York Times, April 15, 2021. View in Article
2. Deloitte analysis of various estimates of impact on auto industry, plus overall impact on the United States and global economies. View in Article
3. Duncan Stewart, Measuring semiconductors’ economic impact in a smarter world: Chips are playing an ever-larger role in global products and operations , Deloitte Insights, April 22, 2021. View in Article
4. Deloitte analysis of public announcements from selected large public companies that make semiconductors. View in Article
5. Deloitte analysis of publicly announced US, EU, and Chinese initiatives. View in Article
6. Based on data from 2021 Gartner—Forecast: Semiconductor foundry revenue, supply and demand, Worldwide, 3Q21 update, September 2021. View in Article
7. Samuel K. Moore, “How and when the chip shortage will end, in 4 charts. Fabs using older process nodes are the key ,” IEEE Spectrum, June 29, 2021. View in Article
8. Alex Irwin-Hunt, “In charts: Asia’s manufacturing dominance ,” Financial Times, March 24, 2021. View in Article
9. Geektime, “Taiwan and Israel's joint future within the semiconductor industry ,” August 18, 2021. View in Article
10. Moore, “How and when the chip shortage will end, in 4 charts .” View in Article
11. The Scotsman, “Silicon Glen: The miracle that just melted away ,” November 8, 2007. View in Article
12. Don Clark, “Chip Shortage Creates New Power Players ,” The New York Times, November 8, 2021. View in Article
13. Deloitte analysis based on ramifications and impact of chip shortage on select customer end-markets and industries. View in Article
14. Daphne Leprince-Ringuet, “The impact of the global chip shortage continues to ripple across the tech supply chain ,” ZDNet, May 10, 2021; Ron Miller, “Smartphone sales down 6% as chip shortages begin to impact market ,” TechCrunch, October 15, 2021. View in Article
15. Debanjan Dutt, Chris Richard, and Aref Khwaja, Reimagining the auto manufacturing supply network: Using the semiconductor crisis to effect positive change for the future , Deloitte, 2021. View in Article
16. Based on Deloitte Digital Capabilities Model for Supply Networks . View in Article
17. Brandon Kulik et al., 2021 Semiconductor Transformation Study: Top executive insights on transformations affecting the semiconductor ecosystem , Deloitte and Global Semiconductor Alliance, October 2021. View in Article
18. Rich Nanda et al., A new language for digital transformation , Deloitte Insights, September 23, 2021. View in Article