Puolijohde

Mikä on puolijohde?

Puolijohde on yleensä piistä koostuva materiaalituote, joka johtaa sähköä enemmän kuin eriste, kuten lasi, mutta vähemmän kuin puhdas johdin, kuten kupari tai alumiini. Niiden johtavuutta ja muita ominaisuuksia voidaan muuttaa lisäämällä niihin epäpuhtauksia, joita kutsutaan seostamiseksi, jotta ne vastaisivat sen elektronisen komponentin erityistarpeita, jossa ne sijaitsevat. Puolijohteita, joita kutsutaan myös puolijohteiksi tai siruiksi, on tuhansissa tuotteissa, kuten tietokoneissa, älypuhelimissa, kodinkoneissa, pelilaitteissa ja lääkinnällisissä laitteissa.

Puolijohteiden ymmärtäminen

Puolijohdekomponentit voivat osoittaa useita hyödyllisiä ominaisuuksia, kuten osoittaa vaihtelevaa resistanssia, läpäistä virtaa helpommin yhteen suuntaan kuin toiseen ja reagoida valoon ja lämpöön. Niiden varsinaiseen toimintaan kuuluu signaalien vahvistaminen, kytkentä ja energian muuntaminen. Siksi niitä käytetään laajalti lähes kaikilla teollisuudenaloilla, ja niitä valmistavia ja testaavia yrityksiä pidetään erinomaisina indikaattoreina koko talouden terveydestä.

Puolijohdetyypit

Laaja-alaisesti puolijohteet jakautuvat neljään päätuoteryhmään:

• Muisti: Muistisirut toimivat väliaikaisina tietovarastoina ja välittävät tietoa tietokonelaitteiden aivoihin ja aivoista. Muistimarkkinoiden keskittyminen jatkuu, mikä ajaa muistien hinnat niin alas, että vain muutamilla jättiläisillä, kuten Toshiballa, Samsungilla ja NEC:llä, on varaa pysyä pelissä mukana.
• Mikroprosessorit: Nämä ovat keskusyksiköitä, jotka sisältävät peruslogiikan tehtävien suorittamiseksi. Intelin ylivalta mikroprosessorisegmentillä on pakottanut lähes kaikki muut kilpailijat Advanced Micro Devicesiä lukuun ottamatta syrjäytymään valtavirtamarkkinoilta ja siirtymään pienempiin markkinarakoihin tai kokonaan eri segmentteihin.
• Integroitu perussähköpiiri: Näitä kutsutaan joskus ”standardisiruiksi”, ja niitä valmistetaan valtavina erinä rutiininomaista käsittelyä varten. Tätä segmenttiä hallitsevat hyvin suuret aasialaiset piirivalmistajat, ja sen voittomarginaalit ovat niin pieniä, että vain suurimmat puolijohdeyritykset pystyvät kilpailemaan niistä.
• Monimutkaiset integroitujen piirien integroidut integroidut piirit (SOC): ”System on a Chip” tarkoittaa pohjimmiltaan integroidun piirisirun luomista, johon on sijoitettu kokonaisen järjestelmän valmiudet. Markkinat pyörivät sellaisten kuluttajatuotteiden kasvavan kysynnän ympärillä, joissa yhdistyvät uudet ominaisuudet ja alhaisemmat hinnat. Kun ovet muisti-, mikroprosessori- ja integroitujen perushyödykepiirien markkinoille ovat tiukasti kiinni, SOC-segmentti on luultavasti ainoa jäljellä oleva segmentti, jolla on tarpeeksi mahdollisuuksia houkutella monenlaisia yrityksiä.

Puolijohdeteollisuus

Puolijohdeteollisuuden menestys riippuu pienempien, nopeampien ja halvempien tuotteiden luomisesta. Pienuuden etuna on se, että samalle sirulle voidaan sijoittaa enemmän tehoa. Mitä enemmän transistoreita sirussa on, sitä nopeammin se voi tehdä työnsä. Tämä luo alalle kovaa kilpailua, ja uudet teknologiat alentavat piirikohtaisia tuotantokustannuksia niin, että muutamassa kuukaudessa uuden piirin hinta saattaa laskea 50 prosenttia.

Tästä syntyi Mooren laiksi kutsuttu havainto, jonka mukaan transistorien määrä tiheässä integroidussa piirissä kaksinkertaistuu noin kahden vuoden välein. Havainto on nimetty Fairchild Semiconductorin ja Intelin perustajan Gordon Mooren mukaan, joka kirjoitti sitä kuvaavan artikkelin vuonna 1965. Nykyään kaksinkertaistumisajaksi ilmoitetaan usein 18 kuukautta – Intelin johtajan David Housen mainitsema luku.

Tämän vuoksi siruvalmistajiin kohdistuu jatkuva paine keksiä jotain parempaa ja jopa halvempaa kuin se, mikä määritteli huipputekniikan vain muutamaa kuukautta aiemmin. Siksi puolijohdeyritysten on pidettävä yllä suuria tutkimus- ja kehitysbudjetteja. Puolijohdemarkkinoiden tutkimusyhdistys IC Insights raportoi, että 10 suurinta puolijohdeyritystä käytti vuonna 2017 keskimäärin 13,0 % liikevaihdosta T&K&K:hon, ja yksittäisten yritysten osuus vaihteli 5,2 %:sta 24,0 %:iin.

Perinteisesti puolijohdeyritykset hallitsivat koko tuotantoprosessia suunnittelusta valmistukseen. Silti monet siruvalmistajat ovat nyt delegoimassa yhä enemmän tuotantoa muille alan yrityksille. Valimoyritykset, joiden ainoa liiketoiminta on valmistus, ovat viime aikoina nousseet etualalle ja tarjoavat houkuttelevia ulkoistamisvaihtoehtoja. Valimoiden lisäksi yhä erikoistuneempien suunnittelijoiden ja sirutestaajien rivit alkavat paisua. Siruyritykset ovat kehittymässä kevyemmiksi ja tehokkaammiksi. Sirutuotanto muistuttaa nyt gourmet-ravintolan keittiötä, jossa kokit jonottavat lisäämään juuri oikeaa maustetta sekoitukseen.

1980-luvulla siruvalmistajat elivät 10-30 prosentin tuotoilla (toimivien laitteiden määrä kaikista valmistetuista laitteista). Ollakseen kilpailukykyisiä nykyään siruvalmistajien on kuitenkin pidettävä yllä 80-90 prosentin tuottoja. Tämä edellyttää erittäin kalliita valmistusprosesseja. Tämän vuoksi monet puolijohdeyritykset huolehtivat suunnittelusta ja markkinoinnista, mutta ulkoistavat valmistuksen osittain tai kokonaan. Näillä niin sanotuilla fabless-sirujen valmistajilla on suuri kasvupotentiaali, koska niitä eivät rasita valmistukseen eli ”fabricationiin” liittyvät yleiskustannukset.

Sijoittaminen puolijohdeteollisuuteen

Yksittäisiin yrityksiin sijoittamisen lisäksi on useita tapoja seurata koko alan sijoitustulosta. Näihin kuuluvat vertailuindeksi PHLX Semiconductor Index, joka tunnetaan nimellä SOX, sekä sen johdannaismuodot pörssilistatuissa rahastoissa. On myös olemassa indeksejä, jotka jakavat sektorin siruvalmistajiin ja sirulaitteiden valmistajiin. Jälkimmäiset kehittävät ja myyvät koneita ja muita tuotteita, joita käytetään puolijohteiden suunnitteluun ja testaukseen.

Lisäksi tietyt ulkomaiset markkinat, kuten Taiwan, Etelä-Korea ja vähäisemmässä määrin Japani, ovat erittäin riippuvaisia puolijohteista, ja siksi myös niiden indeksit antavat viitteitä maailmanlaajuisen toimialan terveydestä.

Erityistä puolijohdesijoittamisessa

Jos puolijohdesijoittajat muistavat yhden seikan, niin sen pitäisi olla se, että puolijohteisiin erikoistunut toimiala on erittäin suhdanneherkkä. Puolijohdevalmistajat näkevät usein ”nousu- ja laskusyklejä”, jotka perustuvat sirupohjaisten tuotteiden kysyntään. Hyvinä aikoina siruvalmistajien voittomarginaalit voivat olla hyvin korkeat; kun kysyntä kuitenkin laskee, sirujen hinnat voivat laskea dramaattisesti ja vaikuttaa merkittävästi monien teollisuudenalojen toimitusketjuihin.

Kysyntä seuraa tyypillisesti henkilökohtaisten tietokoneiden, matkapuhelinten ja muiden elektroniikkalaitteiden kysyntää loppumarkkinoilla. Hyvinä aikoina Intelin ja Toshiban kaltaiset yritykset eivät pysty tuottamaan mikrosiruja riittävän nopeasti vastaamaan kysyntään. Kun ajat ovat vaikeat, ne voivat olla suorastaan julmat. Esimerkiksi tietokoneiden hidas myynti voi saada alan ja sen osakekurssit syöksymään syöksykierteeseen.

Myöskään ei ole järkevää puhua ”sirusyklistä” ikään kuin se olisi ainutkertainen tapahtuma. Vaikka puolijohdeala on pohjimmiltaan edelleen hyödyketoimintaa, sen loppumarkkinat ovat niin lukuisat – tietokoneet, viestintäinfrastruktuuri, autoteollisuus, kuluttajatuotteet jne. – että on epätodennäköistä, että ylikapasiteetti jollakin alueella kaataisi koko talon.

Syklisyyden riskit

Yllättävää kyllä, alan syklisyys voi tarjota sijoittajille tietynlaista lohtua. Joillakin muilla teknologia-aloilla, kuten tietoliikennelaitteissa, ei voi koskaan olla täysin varma siitä, ovatko onnet syklisiä vai maallisia. Sitä vastoin sijoittajat voivat olla lähes varmoja siitä, että markkinat kääntyvät jossain vaiheessa lähitulevaisuudessa.
Vaikka syklisyys tarjoaa jonkin verran lohtua, se luo myös riskin sijoittajille. Sirujen valmistajien on osallistuttava rutiininomaisesti korkeiden panosten uhkapeliin. Suuri riski johtuu siitä, että yrityksiltä voi kestää useita kuukausia tai jopa vuosia merkittävän kehityshankkeen jälkeen, ennen kuin ne saavat selville, ovatko ne lyöneet jättipotin vai mokanneet kaiken. Yksi syy viiveeseen on alan kietoutunut mutta hajanainen rakenne: Eri alat ovat huipussaan ja pohjalla eri aikoina. Esimerkiksi valimoiden kohdalla pohjakosketus tulee usein paljon aikaisemmin kuin sirujen suunnittelijoiden kohdalla. Toinen syy on alan pitkä toimitusaika: Piirin kehittäminen tai valimon rakentaminen kestää vuosia, ja vielä pidempään ennen kuin tuotteet tuottavat rahaa.

Puolijohdeyritykset joutuvat kohtaamaan klassisen pulman siitä, ohjaako teknologia markkinoita vai markkinat teknologiaa. Sijoittajien tulisi tunnustaa, että puolijohdeteollisuudessa pätevät molemmat.