De auto-industrie snakt naar chips. Hoe kun je de productie opvoeren?

‘We zijn uitverkocht.’  Dat zinnetje past bij een supermarkt waar hamsteraars er met het toiletpapier vandoor zijn. Maar de Nederlandse chipfabrikant NXP gebruikt het nu ook. De vraag van NXP’s klanten, vooral autofabrikanten, is zo groot dat de productiecapaciteit de komende maanden uitverkocht is. 

Niet alleen NXP, maar de hele halfgeleidersector lijkt de vraag naar processors en geheugenchips niet aan te kunnen. Dat merk je aan wachttijden voor spelcomputers, waardoor Sony de productie van de PlayStation 5 niet kan opschroeven, maar met name in de autoindustrie. 

In die branche klagen bijvoorbeeld GM en Volkswagen over productiestoringen, omdat ze chips niet op tijd geleverd krijgen. Via de politiek probeert de autolobby chipbedrijven onder druk te zetten om eerder te leveren. Omdat de autoindustrie veel gewicht in de schaal legt – grote financiële belangen, veel werknemers – trekt het verhaal over chiptekorten veel aandacht. In de woorden van Peter Kelly van NXP heeft de autobranche „de grootste megafoon”. Zeker als die wordt versterkt door bondskanselier Angela Merkel en president Joe Biden, die bij de Aziatische chipmakers aandringen op voorrang voor ‘hun’ autoindustrie.

In werkelijkheid hebben sommige automakers zélf te hard op de rem getrapt en kampen die nu met de gevolgen.

1 Hoeveel chips heeft een auto precies nodig?

De moderne auto rijdt op rekenkracht. In een personenauto zitten al snel 150 kleine en grote computers, zeker als het voertuig elektrisch wordt aangedreven en voorzien is van een geavanceerde rijassistent. De chips zitten in radars, camera’s en andere sensoren. Ze verzamelen veel data, die weer verwerkt worden met krachtige computers.

In 2030 heeft de autoindustrie 211 miljard dollar aan chips nodig, verwacht onderzoeksbureau IHS. Twee keer zoveel als in 2018. Dit zijn niet alleen de allernieuwste, complexe chips; veel sensoren worden gemaakt met een meer ‘volwassen’ techniek. En toch: ontbreekt er één zo’n onderdeel, dan moet de hele auto wachten en staat de productie stil. Vandaar de paniek.

2 Hoe ontstond dit grote tekort aan chips?

Het ging in 2019 al bergafwaarts met de autoverkopen. Toen de coronacrisis daar overheen kwam, pauzeerden veel autofabrikanten hun contracten voor chipleveranties. De autoindustrie is een strak geleide logistieke keten, die erop gericht is om geen voorraad te hebben. Alles wordt just in time geleverd – ook chips.

In de zomer van 2020 trok de automarkt weer aan. Maar de chips waren al vergeven aan makers van laptops en pc’s, vanwege het vele thuiswerken

In de zomer van 2020 blijkt dat de autoverkopen toch snel aantrekken. IHS rekent op 9 procent groei in 2021 (85 miljoen auto’s). Om meer auto’s te maken zijn meer chips nodig. Maar de productiecapaciteit in de chipfabrieken is al vergeven aan andere klanten, zoals pc-makers. Door de coronacrisis stijgt de vraag naar laptops en pc’s abrupt: veel thuiswerkers investeren in een nieuwe computer. En er is meer behoefte (en tijd) om te gamen. De processors voor de Sony PlayStation 5 en Microsoft Xbox Series X zijn niet aan te slepen. Ook de vraag naar 5G chips, voor telefoons en antennes, gaat gewoon door. En datacentra hebben het door al dat werk, spelen en studeren op afstand extra druk. Serverfabrikanten hebben dus extra veel processoren besteld.

De chipmakers handelen hun opdrachten in volgorde af; de autofabrikanten, die pas in de zomer van 2020 hun bestellingen opschroefden, staan achteraan.

3 Wat gebeurt hierdoor met de prijzen van de chips?

Niet alle autoproducenten zitten in de problemen. Zo lijken Hyundai/Kia en Toyota geen last te hebben van een chiptekort. Ook BMW, dat onder meer produceert bij VDL Nedcar, heeft de toevoer vooralsnog gegarandeerd. In Born rollen de BMW’s nog gewoon van de band.

Het lijkt erop dat die automakers die begin 2020 wat minder hard op de rem trapten minder problemen hebben. Ze hebben genoeg chips om het uit te zingen tot na de zomer, als de productie naar verwachting weer op peil is.

Inmiddels lijken alle automakers ervan doordrongen dat de just-in-time levering risico’s met zich meebrengt in een wereld die opeens kan veranderen door een pandemie of een handelsoorlog. Om chiptekorten straks te voorkomen willen autofabrikanten nu een voorraadje aanleggen.

Dit hamsteren van halfgeleiders legt nog meer druk op de chipleveranciers. De prijzen gaan omhoog: NXP maakte in januari bijvoorbeeld een prijsstijging bekend. Chipmakers betalen meer voor de grondstoffen. Zo is de prijs van silicium, basis voor de ronde wafers waarop chips geproduceerd worden, sinds oktober met 25 procent gestegen.

Voor de autoindustrie is deze prijsstijging pijnlijk; er zit weinig marge op de productie van personenwagens. Elke cent telt, ook bij een auto die bij de dealer tienduizenden euro’s kost.

4 Waar worden de chips geproduceerd?

De grootste chipfabrikanten ter wereld zitten in Azië en de VS (Intel). De meest geavanceerde chips komen van TSMC (Taiwan) en Samsung (Zuid-Korea). Intel loopt een paar ‘chipgeneraties’ achter. Samsung ontwikkelt eigen chips, maar produceert ook in opdracht andermans chipontwerpen – een foundry, in vaktermen.

Het Nederlandse NXP, een van de belangrijkste toeleveranciers van de autoindustrie, fabriceert zelf ongeveer de helft van zijn chips, maar besteedt de andere helft van de productie uit bij gespecialiseerde bedrijven als GlobalFoundries, Samsung en TSMC.

Naarmate de chipproductie complexer wordt, groeien de investeringen die nodig zijn om een chipfabriek te bouwen. Een moderne fabriek die de meest fijnmazige chips kan bouwen, kost meer dan 10 miljard dollar. TSMC alleen al investeert dit jaar bijvoorbeeld 28 miljard dollar in uitbreiding van de capaciteit.

Zulke kosten kunnen alleen de allergrootste spelers dragen. Vandaar dat de chipindustrie aan het consolideren is en het aantal bedrijven met een eigen chipfabriek afneemt. Zelfs Intel, qua omzet nog altijd de grootste chipfabrikant, heeft moeite om het innovatietempo bij te houden. Vandaar dat Intel overweegt om een deel van de productie uit te besteden bij Aziatische concurrenten als TSMC. Andere Amerikaanse chipontwerpers als Nvidia, AMD en Qualcomm zijn al klant bij TSMC.

5 Hoe kun je de productie van chips uitbreiden?

Autofabrikanten die hun bestellingen voor nieuwe chips begin 2020 pauzeerden, moeten nu op hun beurt wachten in de chipfabriek. Dat kan even duren, want al worden chips massaal geproduceerd, ze worden niet snel geproduceerd. Alle tussenstappen en chemische processen vergen tijd – het kost twee maanden om een processor te creëren, van een plak silicium tot een werkend eindproduct dat je in een auto of een laptop kunt schroeven. Ook het ombouwen van het chipmachinepark, om van de ene naar de andere opdrachtgever te schakelen, kost tijd.

Extra chipmachines bijplaatsen helpt, maar niet op korte termijn. Ze moeten eerst ingeregeld worden. Daarom proberen chipmakers hun productie te optimaliseren door het bestaande machinepark ‘op te voeren’ met wat extra trucjes. De speelruimte is beperkt omdat chipfabrieken al zo efficiënt mogelijk ingericht zijn. Meer productie vraagt ook meer chemicaliën en gassen die bij het maken van chips gebruikt worden. Over het algemeen zijn leveringsproblemen van zulke consumables sneller op te lossen dan het inregelen van nieuwe apparatuur.

Onverwachte storingen kunnen ook roet in het eten gooien, zoals de stroomuitval in de Amerikaanse staat Texas door het extreme winterweer. Daardoor moesten afgelopen week de fabrieken van Samsung en NXP in Austin de productie staken. Maar een paar dagen geen productie is minder ingrijpend dan je klanten een paar maanden lang een bordje te moeten tonen met ‘wij zijn uitverkocht’.

6 Dan bouw je toch een nieuwe chipfabriek?

‘Eventjes’ een nieuwe chipfabriek bouwen is er niet bij. Zelfs al is het een fabriek die minder complexe chips maakt, dan nog kan het een jaar duren voordat de productie op stoom is. Bij echt complexe fabrieken, die de meest geavanceerde chips kunnen produceren, is die voorbereidingstijd nog veel langer.

In EU worden nu plannen gesmeed om Samsung en TSMC een Europese chipfabriek te laten bouwen

Het voornemen van de VS en Europa is om meer productiecapaciteit dichtbij huis te hebben, en niet alleen in Azië. TSMC gaat bijvoorbeeld een grote fabriek in Arizona bouwen.

Ook in de EU worden plannen gesmeed om Samsung en TSMC een Europese chipfabriek te laten bouwen. Aziatische expertise is onmisbaar: het heeft geen zin om Europese chipmakers in één keer de sprong te laten maken naar de meest complexe productiemethodes.

Waar zou zo’n fabriek van Samsung of TSMC op zijn plek zijn in de EU? Nederland heeft er wel oren naar – tenslotte hebben we met ASMl en ASM International twee gelouterde chipmachinefabrikanten binnen de landsgrenzen.

Het plan staat nog in de kinderschoenen, maar kan over vijf of tien jaar het gewenste resultaat hebben: een minder kwetsbare productieketen en minder afhankelijkheid van de regio Taiwan. Dat land wordt door China beschouwd als een afvallige provincie.

De vraag naar chips blijft groeien, door de opmars van 5G en kunstmatige intelligentie. Deze keer raakt (een deel van) de autoindustrie in de knel door chipgebrek, in de toekomst kan het elke sector zijn.

De productie van chips leunt op een wereldwijd vertakt netwerk van gespecialiseerde toeleveranciers. Hoe complex dat netwerk in elkaar steekt, toont het volgende voorbeeld aan.

TSMC verslikte zich vorig jaar in de vraag naar chips, met een kettingreactie als gevolg. Toen Huawei – door Amerikaanse exportbeperkingen – stopte als klant, schroefde TSMC de bestellingen van nieuwe lithografiemachines bij de Nederlandse chipmachinefabrikant ASML terug. Het gevolg: ASML bestelde minder lenssystemen bij zijn toeleverancier, het Duitse hightechbedrijf Zeiss.

Het gat dat Huawei achterliet werd echter meteen opgevuld door andere opdrachten. Daarom bestelde TSMC alsnog meer lithografiemachines. ASML kan die machines pas leveren als Zeiss de lenzen gereed heeft. Zo is de cirkel rond; de Duitse bondskanselier dringt in Taiwan aan tot spoed, en Taiwan is in afwachting van een Duits bedrijf.