Mikrosiruille rakentuva maailma
Jos puolijohteiden saanti vaikeutuu, digitaalinen maailmamme halvaantuu.
Pieni uutinen ei herättänyt suurta huomiota: Japani ja Hollanti rajoittavat puolijohteiden valmistuslaitteiden vientiä Kiinaan.
Pienen uutisen taustalla on isoja asioita. Japani ja Hollanti yhdenmukaistavat teknologiavientinsä rajoituksia Yhdysvaltojen kanssa. Perimmäisenä tavoitteena on hillitä Kiinan kykyä valmistaa kehittyneitä puolijohteita eli mikropiirejä, joita tarvitaan muun muassa kehittyneiden aseiden tuotannossa.
Ulkopoliittisen instituutin tutkimusjohtaja Mikael Wigell suhtautuu aikeen toteutumiseen epäillen. Hänen mukaansa öljyn kanssa voi pelata geopoliittista suurvaltapeliä ja padota joku ulos. Mutta mikrosirujen kaltaisten kriittisten komponenttien ja monitahoisten tuotantoketjujen kohdalla se on paljon vaikeampaa, ”ihan eri peli”.
– Tuotannon monopolisoiminen itselle on jopa mahdotonta. Yhdysvallatkaan ei siihen kykene. Esimerkiksi puolijohteita valmistavien koneiden venttiilit vaativat veden kontrollointia atomin tarkkuudella. Sellaisia venttiilejä tuottavia firmoja on maailmassa neljä. Yksittäisten atomien järjestely täytyy tehdä puhdashuoneessa. Niitä tekee kaksi yritystä, toinen Japanissa, toinen Luxemburgissa, konkretisoi asian Ulkopoliittisen Instituutin tutkija Markus Holmgren.
Yhdysvaltojen huoli
Yhdysvallat on kuitenkin pyrkinyt muokkaamaan teollisuutta ja lisäämään omavaraisuuttaan. Syynä oli Kiinan vuonna 2014 tekemä päätös vähentää riippuvuuttaan sirujen tuonnista ja rakentaa omaa huipputuotantoa bulkkituotannon lisäksi.
Puolijohteiden tuontiin maa käyttää yhtä paljon rahaa kuin öljyyn. Sen Kiina kokee heikkoudekseen, josta on päästävä irti.
Kiinan politiikan muutos soitti hälytyskelloja erityisesti Yhdysvalloissa, sillä huipputeknologia ja asejärjestelmät ovat naimisissa keskenään. Vientiä kiinalaisille teknologiayrityksille rajoitettiin. Maan puolijohdesektorille eivät amerikkalaiset enää investoi.
Samalla Yhdysvallat ryhtyi vahvistamaan omaa osaamistaan ja tuotantoaan. Viimeisimpään, vuoden 2022 Chips and Science Actiin sisältyy 39 miljardia suoraa tukea amerikkalaisille yrityksille. Tavoitteena on 20 prosentin osuus maailman puolijohdetuotannosta.
Globaalia riippuvuutta Taiwanista halutaan myös vähentää siten, että saarivaltion osuus mikroprosessorien tuotannosta vähenisi nykyisestä 90 prosentista 50 prosenttiin.
Kiina ei ole kamppailussa suinkaan aseeton. Joistain kriittisistä puolijohteiden valmistuksessa tarvittavista metalleista maa saattaa omistaa 85 prosenttia. Se ei ole lähtenyt turvaamaan vain kaivoksia vaan myös metallien tuotantoketjuja.
Kamppailua käydään myös kansainvälisissä neuvotteluissa.
– Teknologiakamppailuun liittyvät kansainväliset standardit, jotka ovat olleet globalisaation perusta. Niistä on päätetty markkinavetoisesti pitkälti länsimaiden ja johtavien yritysten ehdoilla. Noin kymmenen vuoden ajan Kiina on aktivoitunut ja ajaa omia standardejaan, omista lähtökohdistaan. Yhdysvallat ja Eurooppa ovat joutuneet tähän vastaamaan. Strateginen kamppailu tapahtuu standardien ja teknologioiden kautta, Mikael Wigell valottaa tilannetta.
Maailma sirpaloituu
Isossa kuvassa Wigell näkee kauppapolitiikassa kolme trendiä.
Taloudesta tulee valtakamppailun keino muiden joukossa. Siihen liittyvät sanktioiden ja pakotteiden laajempi käyttö, teollisuusvakoilu sekä strateginen korruptio. Muiden maiden toimijoita pyritään korruptoimaan vaikutusvallan kasvattamiseksi, parhaana esimerkkinä ovat Venäjän toimet Euroopan energiakentällä.
Lisäksi Wigellin mukaan turvallisuusnäkökohdat tulevat talouspolitiikan keskiöön. Sotilasteknologian keskeisimmät innovaatiot puolijohteineen tehdään nykyisin yksityisellä sektorilla, eikä niiden haluta leviävän. Seurauksena on protektionismia vienti- ja investointirajoitteineen.
Lopputulemana on kolmas kehityskulku, globalisaation rapistuminen.
– Kutsumme sitä balkanisaatioksi, talous fragmentoituu. Se ei välttämättä ole isoa irtikytkentää, ja se on eri aloilla erilaista. Puolijohteissa se ei tarkoita eri leirejä, tuotantoketjut ovat niin monitahoisia, vaan sirpaloitumista siellä täällä, Wigell ennakoi.
Markkinan kaventuessa pahinta on oman innovoinnin heikkeneminen. Vaarana on siis teknologioiden epäyhtenäisyys. Myrkkyä se olisi pienemmille toimijoille. Ja sellaisiahan Eurooppa ja Suomi ovat puolijohteiden osalta.
Eurooppa kaipaa ketteryyttä
EU on herännyt puolijohteiden riippuvuussuhteisiin hitaasti, ja Eurooppa on jäänyt teknologiakisassa jälkeen. Mikael Wigellin mukaan perämatka kasvaa edelleen vertailtaessa Kiinan ja Yhdysvaltojen investointeja.
Eikä kyse ole vain rahasta.
– Euroopassa huipputeknologian laitteet vaativat usein auditoinnin jokaisessa jäsenmaassa. Meillä pitäisi olla yhteismarkkina, mutta käytännössä näin ei oikein ole. Kuluu aikaa ja rahaa. Yhdysvalloissa on yksi liittovaltion elin, jossa auditointi tehdään. Jos yritys sen läpäisee, tie markkinoille on avoin, selittää UPI:n Holmgren.
Puolijohteita valmistavien yritysten pääkonttoreista 80 prosenttia on Euroopan ulkopuolella. Tuotannosta 10 prosenttia – tosin ei kaikkein vaativimmasta – valmistuu Euroopassa. Tavoite on tuotannon kaksinkertaistaminen. Mutta kannattaako vanhan mantereen edes pyristellä, onko kisa hävitty?
– On älyllisesti epärehellistä tuijottaa prosentteja ymmärtämättä kokonaisuutta ja keskinäisriippuvuutta. Mitään valmistettavaa ei ole, jos ei saa aineksia myös muualta. Olennaista on pysyä tuotantoketjussa mukana. Siksi painotamme kyvykkyyden ja osaamisen kehittämistä. Emme pysy mukana antamalla amerikkalaisille tai japanilaisille kymmenen miljoonaa tehtaan rakentamiseen, puolustaa työ- ja elinkeinoministeriön johtava asiantuntija Timo Haapalehto niin Eurooppaa kuin Suomea.
Eurooppalainen herääminen
EU:n viime vuonna lanseeraamassa European Chips Actissa saavutettiin helmikuussa alustava neuvottelutulos jäsenmaiden, komission ja parlamentin kesken. Lopullinen hyväksyntä lienee pelkkä muodollisuus, eikä suuria muutoksia ole odotettavissa. Kokonaisuudessa on kolme pilaria.
Ensimmäisellä pyritään tehostamaan tutkimus- ja kehittämistoimintaa, osaamista ja pilotointia tuotantokyvyn lisäämiseksi. Sitä Suomen on helppoa kannattaa yhdessä muun muassa Ruotsin, Tanskan, Hollannin, Irlannin ja Itävallan kanssa. Kolmannessa varaudutaan kriisitilanteisiin, jos vaikka Taiwanissa tehdas palaa. Myös varautuminen sopii pääsääntöisesti Suomelle.
Mutta kakkospilari on Suomelle hankala. Siinä ollaan muokkaamassa sisämarkkinoiden toimintaa löysentämällä valtiontukipolitiikkaa, jotta kansallisesti voitaisiin tukea esimerkiksi tehtaiden rakentamista.
– Kyvykkyyksien kehittämiseen meillä riittävät rahat ja työkalut. Mutta jos pitää kilpailla kymmenkertaisen kansantalouden kanssa siitä kuinka paljon valtiontukia laitetaan tehtaaseen, niin meillä ei ole mitään jakoa, Haapalehto kuvailee.
Toinen hiertävä seikka on se, että Suomi on ainakin tähän asti välttänyt voittajahevosen veikkaamista. On oltu sektori- ja teknologianeutraaleja, pidetty kilpailu reiluna ja katsottu kenellä on parhaat edellytykset menestyä.
Sikiämässä oleva uusi kansainvälispoliittinen ympäristö saattaa kuitenkin pakottaa miettimään ajattelua hieman uusiksi. Vapaan länsimaisen markkinakapitalismin ja kiinalaisen valtiokapitalismin väliin on syntymässä uusi välimalli, missä valtion rooli strategisilla sektoreilla kasvaa. Siirrytään valikoivaan sääntelyyn, mikä tarkoittaa lisääntyviä valtiontukia.
Timo Haapalehto on havainnut EU:ssakin tällaista liukumaa.
– Se on valtiontukipolitiikan kääntöpuoli, joutuu valintoihin. Mille hevoselle rahat?
TKI-rahoituksen kuoppa
Yhtä kaikki, EU:n siruasetuksen myötä puolijohdesektori on saamassa resursseja Horizon Europe ja Digital Europe -ohjelmien varoja yhdistämällä. Komission, jäsenmaiden ja teollisuuden rahoitusta kootaan kuuden miljardin euron potiksi vuoteen 2027 mennessä. Komission osuus on puolet, teollisuuden 15 prosenttia ja loppu tulee jäsenmailta.
Rahaa on tulossa myös pilotointiympäristöihin. VTT:n digitaalisista teknologioista vastaava johtaja Erja Turunen kertoo suunnitelmista.
– Noin 25 vuotta sitten tehtiin rohkea päätös ja lähdettiin tutkimaan ja kehittämään puolijohdeteknologiaa. Rakennettiin Micronova, puhdastilafasiliteetit. Se on poikkeuksellinen yhteisö, missä yrityksetkin pääsevät käyttämään laitteita. Nyt kuitenkin seinät paukkuvat vastaan, yritykset eivät mahdu skaalaamaan. Olisi aika uudelle investoinnille, joka kulkee työnimellä Kvanttinova-hanke, Turunen kertoo.
Hänen mukaansa Espoo, Oulu ja Tampere muodostavat vahvan ja toisiaan täydentävän alan klusterin. Mutta innovaatiot jäävät vähän piippuun.
– Perustutkimuksen ja yritysten väliin on muodostunut kuolemanlaakso. Perustutkimus on saanut rahoitusta aika mukavasti. Vastaavasti yritysten tuotekehitystuesta iso osa menee loppupäähän, missä vientimarkkina on jo lähellä. Välissä on kuoppa eli tutkittu osaaminen ei tehokkaasti jalostu vientituotteiksi. Siihen väliin ei ole rahoitustyyppiä. Toivommekin, että Business Finland saisi sellaiseen lisäresursseja. Yritysten ja tutkimuksen yhteistyötä pitää lisätä, ja panostaa yhteiskäyttöisen puhdastilaympäristön volyymiin, lähtee Erja Turusen viesti maan hallitukselle.
Turunen myös korostaa, että puolijohdeteknologioiden teollisuus on laaja kokonaisuus, jossa samoilla menetelmillä valmistetaan paljon eri komponentteja. Suomessa on paljon osaamista juuri erityisteknologioissa. Niissä on tuhansia korkean lisäarvon työpaikkoja synnyttämässä vientiä.
– Euroopassa jaetaan nyt suunnittelu- ja valmistuskapasiteetin paikkoja. Suomi haluaa olla maailman huipulla sensoriteknologioissa ja kärkimaa tietoliikenneteknologioissa. Suomessa on kehitetty teknologiat kaikkiin tietoliikennesukupolviin. Seuraavana tulee 6G, huomauttaa Turunen.
Mitä ovat puolijohteet?
Tieteelliset sivustot määrittelevät puolijohteet jokseenkin kryptisesti. Selkeimmillään puhutaan materiaalista, kemiallisesta alkuaineesta tai yhdistelmästä, joka tietyissä olosuhteissa johtaa sähköä ja on mahdollistanut edistysaskeleita elektroniikan alalla.
VTT:n digitaaliset teknologiat -liiketoiminta-alueen johtaja Erja Turunen pyrkii muotoilemaan vastauksen ymmärrettävään muotoon.
– Se on elektroneja kuljettavaa teknologiaa. Otetaan siru. Sen rakenteissa on valtava määrä johtimia. Niiden kautta liikkuva sähköinen pulssi päättelee, tuleeko toisesta päästä ykkönen vai nolla. Eli syntyy bittejä, joihin koko digitaalinen ajattelu perustuu, tietokoneohjelmat ja muu. Puolijohde on siis tavallaan kokonainen laite, jonka toiminta perustuu elektronisiin ominaisuuksiin ja tapahtumiin johtimien ja eristeiden välissä. Päästetäänkö tietoa läpi vai ei, 0 tai 1 – taitavasti säätelemällä.
Keihäänkärkituotteita armeijalle
Puolijohdeteknologian kehityksen ajurina on ollut sotilaallinen tarve. Pieneen tilaan, ohjuksen kärkeen oli löydyttävä teknologia, joka mahdollistaisi suuntaamisen ja liikkumisen. Syntyi mikrosiru.
Innovaatio levisi siviilipuolelle synnyttäen usein toistetun hokeman, Gordon Mooren lain. Intelin perustajan vuonna 1965 lanseeraaman teesin mukaan transistorien määrä integroidulla piirillä kaksinkertaistuu vuosittain. Laki on pitänyt kutinsa. Nyt laskentatehon arvioidaan tuplaantuvan kahden vuoden välein.
Suomalaista erikoisosaamista
Teknologiateollisuuden vuoden 2022 perustettuun puolijohdetoimialaryhmään kuuluu kolmetoista yritystä. Ala työllistää Suomessa noin 5 000 henkeä ja lähenee liikevaihdoltaan kahta miljardia. Ryhmän sihteerin Joonas Mikkilän mukaan osaaminen ei ole bulkkitavarassa, vaan erikoistumisessa – antureissa, ohutkalvolaitteiden ja materiaalien valmistuksessa, fotoniikassa, piirisuunnittelussa ja kvanttiteknologiassa. Kymmenen vuoden säteellä työntekijöitä saattaa Mikkilän mukaan olla 20 000 ja liikevaihto nykyisestä kolminkertainen.
Taiwan tuottaa 90 prosenttia kehittyneimmistä mikroprosessoreista(siirryt toiseen palveluun).