Viime vuosina mikrosiruteollisuuden toimitusketjuvaikeudet ja kansainvälinen komponenttipula ovat nostattaneet alan otsikkoihin. Sekä Yhdysvallat että Euroopan unioni ovat  tunnistaneet mikrosirujen taloudellisen merkityksen mutta myös niiden keskeisen roolin kansainvälisen politiikan uusien rajaviivojen piirtämisessä. Yhdysvallat ja EU ovatkin esittäneet massiivisia tukipaketteja alueiden mikrosiruteollisuudelle.

Mikrosirut ovat digitaalisen aikamme keskiössä. Ne pyörittävät kaikkea ”älykästä” aina tietokoneista ja älypuhelimista autoihin ja jääkaappeihin, ja niiden laskentatehon jatkuva kasvu on mullistanut yhteiskuntamme rakenteet internetin ja sosiaalisen median myötä. Kasvava riippuvuutemme mikrosiruihin nojaavasta teknologiasta kantaa kuitenkin mukanaan myös poliittisia seurauksia, jotka ovat maailmanpoliittisen tilanteen kiristyessä alkaneet kuplia pinnalle.

Seuraukset ovat näkyneet muun muassa sirujen monikansallisten tuotantoketjujen valjastamisessa kansainvälisen vaikuttamisen välineeksi. Tästä suora esimerkki näkyi Yhdysvaltojen ja Kiinan välisessä kauppasodassa, jossa Yhdysvallat luokitteli kiinalaisen Huawein ”kansalliseksi turvallisuusuhkaksi” asettaen sen ja sen tytäryhtiön HiSiliconin sekä johtavan mikrosirujen valmistajan SMIC:n pakotelistalleen. Tämä poliittinen räjähdysherkkyys yhdessä globaalin komponenttipulan kanssa on herättänyt päätöksentekijät ympäri maailmaa kehittämään ratkaisuja uusien haavoittuvuuksien tuomiin haasteisiin.

Vain harvat pystyvät kilpailemaan valmistuksen huipulla

Taloudellisen ja strategisen merkityksensä vuoksi mikrosiruja on joissain yhteyksissä nimitetty maailmantalouden ja -politiikan ”uudeksi öljyksi”. Vertaus kuitenkin ontuu, sillä mikrosirut eivät öljystä poiketen ole perinteisesti ymmärrettynä raaka-aine, vaan erillisiä ja moninaisia valmisteita, joiden käyttötarkoitus ja tehokkuus vaihtelevat merkittävästi. Sirujen laskentateho on tyypillisesti kaksinkertaistunut joka toinen vuosi, niin sanotun Mooren lain mukaisesti, joten vanhojen ja uusien sirujen suorituskyvyn välillä on vallinnut jatkuvasti merkittävä kuilu. Tämä antaa niiden kiistattomalle hyödyllisyydelle ajallisen rajoitteen, jota pelkillä raaka-aineilla ei ole: suorituskyvyn huipulla pysyminen vaatii jatkuvia innovaatioita ja investointeja.

Itse mikrosirut, eli teknisesti ilmaistuna mikropiirit tai integroidut piirit, ovat oman tyyppisiään puolijohdekomponentteja eli elektroniikkakomponentteja, joiden toiminta perustuu puolijohdemateriaalien sähköä rajallisesti johtaviin ominaisuuksiin. Tyypillisin elektroniikassa käytetty puolijohdemateriaali on pii, joka on antanut nimensä Kalifornian Piilaaksolle, Yhdysvaltojen teknologiateollisuuden kodille. Tyypillinen siru on kooltaan sormenkynnen kokoinen mutta pitää sisällään miljardeja transistoreja. Tämän vuoksi sirujen tuotantoprosessi on erittäin tarkka ja näin myös äärimmäisen kallis: yhden tehtaan rakennus maksaa arviolta 10–20 miljardia euroa.

Mikrosirujen tuotantoprosessin keskeisimmistä vaiheista voidaan yksinkertaistamisen nimissä erottaa suunnittelu ja itse valmistus. Suunnitteluvaiheessa siru nimenmukaisesti suunnitellaan joko geneeriseksi tai erikoistuneeksi riippuen sirun tulevista käyttötarkoituksista. Suunnitteluyhtiöt tyypillisesti ovat myös tuotantoketjun ”johtavia” yhtiöitä, eli ne myös hallitsevat täysiä oikeuksia lopulliseen tuotteeseen. Yhtiöt, kuten yhdysvaltalaiset Intel, Qualcomm, Broadcom ja NVIDIA, eteläkorealainen Samsung sekä taiwanilainen MediaTek, ovat merkittäviä pelaajia tässä osassa markkinoita. Kiinalaisen Huawein tytäryhtiö HiSilicon oli myös saavuttanut merkittävää jalansijaa ennen kuin se käytännössä suljettiin ulos markkinoilta Yhdysvaltojen sanktioiden seurauksena.

Vaikka osa suunnittelusta vastaavista yhtiöistä, nimellisesti Intel ja Samsung, yhä omistavat omat tuotantolaitoksensa, on paljon tyypillisempää, että valmistus- ja kasausvaiheet on ulkoistettu. Paine ulkoistamiseen johtuu juuri tuotantoprosessin valtavaa erikoistumista ja asiantuntemusta vaativasta luonteesta: hyvin tarkkojen tuotantovaiheisiin erikoistuneet yritykset pystyvät paremmin vastaamaan jatkuvaa innovaatiota vaativien markkinoiden vaateisiin.

Nämä samat paineet ovat myös ajan myötä aiheuttaneet mikrosirujen valmistajien keskuudessa merkittävää horisontaalista integraatiota, eli markkinoiden keskittymistä. Valtavien investointivaatimusten vuoksi vain harvalla yhtiöllä on kykyä kerätä pääomaa jatkuviin innovaatioihin ja samalla tuottaa voittoa. Tästä syystä mikrosirujen valmistusta hallitsee ylivoimaisesti taiwanilainen TSMC, jonka kanssa huippuluokan sirujen valmistuksessa vain omat sirunsa suunnitteleva Samsung kykenee kilpailemaan.

Valmistajien lisäksi myös monet suunnittelu- ja valmistusvaiheita palvelevat toiminnot ovat vahvasti keskittyneitä. Ehkä strategisesti keskeisin näistä toiminnoista on huippuluokan sirujen valmistukseen vaadittujen EUV-litografiakoneiden (extreme ultraviolet) tuottaminen, joka on tällä hetkellä täysin keskittynyt alankomaalaiselle ASML-yhtiölle.

Yhä tehokkaammat mikrosirut muuttavat sodankäyntiä

Valmiita siruja käytetään lukemattomiin käyttötarkoituksiin, mutta tieto- ja viestintäteknologia vastaa merkittävintä osaa niiden kysynnästä. Tämä tarkoittaa, että näitä laitteita valmistavat maat ovat merkittävimmin riippuvaisia sirujen tuonnista. Tällä hetkellä etenkin Kiina erottuu sirujen kotimaiseen tuotantoon nähden suhteettoman suurena markkina-alueena lähes 40 %:n markkinaosuudellaan.

Vaikka ylivoimaisesti suurin osa sirujen käyttötarkoituksista on kaupallisia, on niillä myös tärkeä kaksikäyttötuotteen luonne. Kaksikäyttötuotteella viitataan hyödykkeeseen, jota voi hyödyntää niin siviili- kuin sotilaallisessa käytössä. Tämä tarkoittaa, että mikrosirujen tuotanto ja kehitys on kaupallisten hyötyjen lisäksi myös selvästi strategista, mikä tekee myös aseteknologian jatkuvasta kehityksestä merkittävän riippuvuuden ajurin.

Pelkästään sirujen mahdollistama tehokkaampi laskenta- ja viestintäkyvykkyys voi antaa merkittävää etua aikana, jolloin kybersodankäynnillä on jatkuvasti kasvava rooli. Esimerkiksi nykyaikaiset sotilasajoneuvot ja asejärjestelmät vaativat pelkästään toimiakseen mikrosirujen varassa toimivaa teknologiaa. Mikrosiruteknologian keskeisin sotilaallinen anti tulee kuitenkin nähtäväksi vasta tulevina vuosikymmeninä, kun autonomiset asejärjestelmät ja tekoälyn sotilaallinen käyttö omaksutaan laajemmin. 

Nämä tekijät ovat olleet syynä muun muassa Kiinan kunnianhimoiselle aloitteelle irtautua kansainvälisistä tuotantoketjuista ja tehdä maasta mikrosirujen suhteen autonominen. Se vaatisi Kiinan irrottautumista kansainvälisistä tuotantoverkostoista ja ulkoisten panosten korvaamista kotimaisilla vaihtoehdoille, mikä olisi erittäin haastavaa mutta onnistuessaan merkittävä etulyöntiasema suurvaltakilpailussa.

Keskinäisriippuvuudet voivat kääntyä vallankäytöksi

Kiinan tavoitteiden tiellä on kuitenkin kaksi merkittävää haastetta: kansainvälisten keskinäisriippuvuuksien vahvuus ja Yhdysvaltojen kyky ja halukkuus hyödyntää niitä Kiinan tavoitteiden kampittamiseen. Esimerkiksi tuotantoketjun ehkä merkittävintä solmukohtaa kontrolloivan taiwanilaisen TSMC:n suurvaltapoliittinen asema ei jäänyt huomiotta, kun Yhdysvaltojen edustajainhuoneen puhemies Nancy Pelosi tapasi yhtiön hallituksen puheenjohtajaa Mark Liuta keskustelua herättäneellä vierailullaan saarivaltiossa.

Taloudellista globalisaatiota esimerkillisesti ilmentävä tuotannon pirstaloituminen on johtanut tilanteeseen, jossa sirujen suunnittelijat, valmistajat ja ostajat ovat kaikki vahvasti riippuvaisia toisistaan. Mikään maa ei kontrolloi merkittävää osaa sirujen tuotannon toimitusketjusta, vaan tuotanto on levittäytynyt ympäri maailmaa. Tämä hankaloittaa yrityksiä edistää kotimaista mikrosiruteollisuutta, sillä vaadittavaa pääomaa, teknologiaa ja osaamista näiden tuotannon vaiheiden korvaamiseen ei välttämättä ole.

Kansainvälisten suhteiden tutkimuksessa pitkään vallinnut näkemys on ollut, että valtioiden välisten keskinäisriippuvuuksien etuna on kuitenkin niiden rauhaa edesauttava vaikutus. Tämän taustalla on ajatus siitä, että kaikki kansainväliseen kauppaan osallistuvat toimijat hyötyvät taloudellisen globalisaation mahdollistamista voitoista eivätkä halua uhrata näitä hyötyjä toimimalla tavalla, joka saattaisi katkaista välit kauppakumppaniin.Tai mikä pahempaa, sulkea ne ulos koko globaalista kauppajärjestelmästä. Kiinan ja Yhdysvaltojen välillä tämä teoria viittaisi siihen, että mahdollisuudet suurvaltakamppailun kääntymisestä aseelliseksi ovat häviävän pienet; maat yksinkertaisesti tarvitsevat toisiaan.

Vaikka aseellisen rauhan ja taloudellisen keskinäisriippuvuuden välinen suhde vaikuttaa olevan varsin luotettava, voivat talouden keskinäisriippuvuudet kuitenkin myös kääntyä vallankäytön keinoiksi itsessään. Tunnettu talouden ja politiikan tutkija Albert O. Hirschman nimitti tätä kansainvälisen kaupan ”vaikutusvaltaefektiksi” (eng. influence effect). Hirschmanin mukaan kaupasta vähemmän riippuvaiset maat eli maat, joilla on vaihtoehtoisia tapoja saavuttaa haluamansa tavoite, voivat hyväksikäyttää kauppasuhteitaan enemmän riippuvaisiin maihin.

Kauppasodassaan Kiinaa vastaan Yhdysvallat on onnistuneesti hyödyntänyt juuri Kiinan jatkuvaa riippuvuutta ulkomaisista huippuluokan mikrosiruja valmistavista yhtiöistä. Kaikkein tärkeimmäksi työkaluksi tässä osoittautuivat niin sanotut toissijaiset sanktiot eli kauppasanktiot, joilla pyritään estämään kolmansien osapuolien kaupankäynti sanktion kohteena olevien maiden kanssa. Tässä tilanteessa vaa’ankieliasemassa olevaa TSMC:tä estettiin sanktioiden uhalla käymästä kauppaa kiinalaisen HiSiliconin kanssa, mikä asetti vakavia esteitä Kiinan tavoitteille puolijohdeautonomiasta.

Myöhemmin myös Kiinan puolijohdevalmistajien kärkinimi SMIC asetettiin pakotelistalle, mikä esti maata löytämästä kotimaista korviketta huippuluokan siruvalmistamoille. Tässä Yhdysvaltojen eduksi koitui toisen keskeisen tuotantoketjun solmukohdan hyödyntäminen, kun se sai EUV-litografiakoneita valmistavan ASML:n lopettamaan kaupankäynnin sanktioiden kohteina olevien yhtiöiden kanssa. SMIC on kuitenkin vastikään ilmoittanut kyvystään kehittää huippuluokan siruja sanktioista huolimatta.

Kiinan tavoitteet puolijohdeautonomiasta, ja Yhdysvaltojen laaja-alainen vastareaktio siihen, olivat kuitenkin vain ensimmäiset askeleet teknologisen valtakamppailun tiellä. Tänä vuonna myös presidentti Joe Bidenin hallinto ja Ursula von der Leyenin komissio ovat laatineet omat massiiviset investointipakettinsa kotimaisen mikrosirutuotannon kannustamiseksi. Molemmissa suunnitelmissa korostuu kotimaisen tuotannon kannustamisen lisäksi sirujen erityinen strateginen luonne ja merkitys kansalliselle turvallisuudelle. Tämä kehitys vaikuttaa viittaavan tulevaisuuteen, jossa strategisen teknologian tuotannon kansainvälisyys aletaan nähdä yhä enemmän turvallisuusriskinä ja kriittisenä haavoittuvaisuuden merkkinä.
—

Kirjoittaja: Tomi Kristeri
Editointi: Heta Hassinen, Peppi Heinikainen, Emmi Kivi
Kielenhuolto: Ida Andersson