Guerra tecnologica: i semiconduttori in 10 punti

1. Che cosa sono i semiconduttori?

I semiconduttori (chiamati anche circuiti integrati o microchip) sono alla base della microelettronica. Si dividono in due grandi categorie: chip analogici (prodotti più semplici come sensori, attuatori e oscillatori) e chip digitali. Questi ultimi comprendono i processori, che consentono il funzionamento di un dispositivo elettronico e della memoria. I semiconduttori sono presenti in molti prodotti elettronici di uso quotidiano, come smartphone, computer e automobili. Sono inoltre presenti in molti settori cruciali per la difesa e la sicurezza, tra cui i sistemi di armamento e la tecnologia aerospaziale.

Oggi i principali mercati di consumo per i semiconduttori sono l’informatica (computer e server) e le telecomunicazioni (smartphone), che nel 2021 avevano un valore rispettivamente di 225 e 170 miliardi di dollari (quasi ⅔ del mercato globale dei semiconduttori). Le proiezioni per il 2030 prevedono che questi due mercati varranno rispettivamente 350 e 280 miliardi di dollari. Allo stesso modo, le previsioni sulle dimensioni del mercato globale dei semiconduttori prevedono un aumento di quasi il 60% nel 2030 rispetto al 2021.

2. Perché sono importanti?

La produzione di un microchip comporta una serie di fasi che definiscono la catena del valore dei semiconduttori, che si concentra su sei attori chiave interdipendenti: Cina, Corea del Sud, Giappone, Stati Uniti, Taiwan ed Europa.

Secondo la legge di Moore, il numero di transistor nei semiconduttori raddoppia ogni due anni. Questi continui sforzi per mantenere questa tendenza allo sviluppo tecnologico esponenziale e generare “more Moore” sono stati il principale motore della crescita dell’industria microelettronica e del mercato dei semiconduttori negli ultimi anni. Possibile grazie alla riduzione della distanza tra due transistor attraverso processi di incisione che hanno coinvolto la tecnologia a 13 micrometri negli anni 2000 (13,10-6), a 20 nanometri nel 2012 e a 5 nanometri (5,10-9) oggi. La tecnologia della litografia ultravioletta estrema ha reso possibile la riduzione delle dimensioni dell’incisione negli ultimi 15 anni.

La logica della legge di Moore ha portato a un forte aumento dei costi di progettazione dei chip per renderli più potenti ed efficienti. Inoltre, il costo delle fabbriche di semiconduttori (fabs) è aumentato notevolmente con ogni nuova generazione di chip. Questo ha portato, a partire dai primi anni ’90, a una crescente specializzazione degli attori. Mentre alcune aziende continuano a progettare, produrre e commercializzare chip internamente (produttori di dispositivi integrati come Intel o Samsung), altre si sono specializzate in attività di progettazione ad alta intensità di ricerca e sviluppo (aziende senza fabbrica come Nvidia o Qualcomm) e subappaltano la produzione alle fonderie (la più grande delle quali è TSMC), prima di commercializzare i chip.

3. La catena del valore e l’interdipendenza degli attori chiave

La catena del valore dei semiconduttori è caratterizzata dalla coesistenza di effetti di interdipendenza e delle cosiddette “tecnologie collo di bottiglia”. Chi controlla queste tecnologie ottiene un grande vantaggio strategico. Oltre a Stati Uniti e Cina, gli altri principali attori del settore sono Europa, Giappone, Corea del Sud e Taiwan.

Chi controlla le tecnologie “collo di bottiglia” ottiene un grande vantaggio strategico.

Stati Uniti

Gli Stati Uniti svolgono un ruolo di dominio quasi-assoluto nelle fasi a monte della catena del valore (R&S, progettazione, produzione di software di progettazione) e nella commercializzazione (il 47% dei chip venduti nel 2020 è stato venduto da aziende statunitensi), il che consente loro di produrre il 38% del valore aggiunto globale del settore. Tuttavia, gli Stati Uniti ospitano oggi solo il 13% della produzione globale di chip, rispetto al 37% del 1990. Questo perché molte aziende statunitensi del settore si sono specializzate nella progettazione e nella commercializzazione di chip, esternalizzando la produzione a fonderie straniere, al punto che le IDM e le fonderie statunitensi hanno spostato la produzione in Asia orientale.

Molte grandi aziende americane dipendono oggi fortemente da TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, la principale fonderia di semiconduttori al mondo). I chip progettati da Apple per equipaggiare iPhone, iPad e vari elettrodomestici sono prodotti dall’azienda taiwanese. Il ruolo chiave di TSMC nel rifornimento degli Stati Uniti è stato evidenziato durante il viaggio di agosto di Nancy Pelosi; durante una visita di 19 ore a Taiwan, la speaker della Camera ha trovato il tempo di incontrare i dirigenti di TSMC.

Gli Stati Uniti sono quindi un attore chiave nella catena del valore dei chip, anche se stanno perdendo terreno nell’importante fase di produzione. Se invece consideriamo il consumo finale di chip, risulta che gli Stati Uniti sono ancora il primo mercato al mondo, appena davanti alla Cina.

Cina 

La Cina, d’altra parte, ha compiuto progressi impressionanti negli ultimi due decenni, diventando uno dei primi sei operatori mondiali nel settore dei semiconduttori. Questo successo si basa sull’interdipendenza globale che ha caratterizzato la catena del valore fino all’intensificazione dei controlli sul trasferimento tecnologico.

Date le immense dimensioni della sua industria elettronica, la Cina è il più grande importatore di semiconduttori al mondo. Nel 2021, il Paese ha acquistato oltre 430 miliardi di dollari di semiconduttori, il 36% dei quali provenienti da Taiwan. Solo il 15,7% della sua domanda è stato prodotto in territorio cinese. Nel 2020, la bilancia commerciale cinese dei semiconduttori ha registrato un deficit di 233,4 miliardi di dollari, superiore al petrolio e alle importazioni totali del suo principale partner commerciale, l’Unione Europea.

Va notato, tuttavia, che una parte significativa di questi semiconduttori viene utilizzata come input per prodotti elettronici destinati all’esportazione. Vengono quindi riesportati in computer, smartphone, ecc. Questo spiega perché la Cina rappresenta solo il 24% della domanda finale di chip (vedi grafico sopra).

Tuttavia, l’industria dei semiconduttori è cresciuta in Cina, inizialmente grazie agli investimenti stranieri. Più recentemente, l’industria cinese sta facendo la sua comparsa. Le vendite delle aziende cinesi di semiconduttori, che nel 2015 ammontavano a soli 13 miliardi di dollari (3,8% del mercato mondiale), saliranno a 39,8 miliardi di dollari nel 2020, con un tasso di crescita annuale senza precedenti del 30,6% (9% del mercato mondiale). Ciò è dovuto allo sviluppo di un ecosistema di aziende fabless specializzate nella progettazione (la filiale di Huawei, HiSilicon, ma anche ZTE o Omnivision) ma anche di fonderie (principalmente SMIC).

Europa

La specializzazione dell’industria europea dei semiconduttori è strettamente legata alle specificità dell’industria europea. I produttori europei, STMicroelectronics, NXP e Infineon, sono in larga misura importanti produttori di chip analogici, che soddisfano le esigenze delle industrie europee (automobili, sensori per macchine utensili, ecc.). Infatti, in assenza di un’industria delle apparecchiature IT (computer, server, smartphone), la domanda di processori o chip di memoria rimane limitata. Si può quindi osservare che la percentuale di investimenti europei nei settori della robotica (28%), dell’automotive (30%) e dell’aerospaziale (14%) è molto più alta rispetto al resto del mondo. Al contrario, l’Europa è in ritardo in termini di investimenti nelle telecomunicazioni (4,8%) e nei computer (7%).

Tuttavia, l’Europa ha un asset ultra-strategico: ASML. Questa società olandese detiene il monopolio della produzione e della commercializzazione di macchine per la litografia a ultravioletti estremi, necessarie per incidere le ultime generazioni di chip. Questa apparecchiatura altamente complessa, che costa più di cento milioni di euro a unità, è al centro dell’attenzione dei servizi di controllo delle esportazioni dell’amministrazione americana. L’azienda ha bloccato le esportazioni verso la Cina su richiesta del governo statunitense.

Taïwan e la Corea del Sud

Il peso di Taiwan nell’industria dei semiconduttori e la dipendenza degli Stati Uniti dall’isola dei chip sono diventati sinonimo di quattro lettere: TSMC – Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. L’azienda taiwanese è uno dei pesi massimi dei semiconduttori, dato che rappresenta il 53% del mercato globale della produzione delle fonderie di semiconduttori. A dimostrazione del suo dominio sul mercato, TSMC ha fornito il 92% dei chip più avanzati nel 2019, secondo un rapporto del Boston Consulting Group. ¹.

Il peso di Taiwan nell’industria dei semiconduttori e la dipendenza degli Stati Uniti dall’isola dei chip sono diventati sinonimo di quattro lettere: TSMC – Taiwan Semiconductor Manufacturing Company.

La Corea del Sud, con Samsung e SK Hynix, detiene il monopolio virtuale del segmento dei chip di memoria. In effetti, Samsung svolge un ruolo strategico nell’industria dei semiconduttori come secondo produttore mondiale: insieme alla connazionale e concorrente SK Hynix, detiene una posizione dominante nel segmento delle schede di memoria, con la Corea che rappresenta il 62% delle vendite globali nel 2018.

Ad oggi, solo TSMC (Taiwan) e Samsung (Corea del Sud) producono semiconduttori basati sulla tecnologia a meno di 7 nanometri. Gli smartphone di fascia alta richiedono almeno un processo produttivo a 7 nanometri per i loro microprocessori, il che significa che l’economia digitale globale, compresa la Cina, dipende da Taiwan e dalla Corea del Sud.

4. Perché Taiwan?

Quest’estate, la marina cinese si è esercitata in un blocco navale di Taiwan, simulando uno scenario che preoccupa i leader politici di tutto il mondo: non una guerra aperta, ma un blocco delle catene di approvvigionamento elettronico. ²

Una personalità in particolare ha svolto un ruolo fondamentale nel rendere Taiwan un attore chiave nella catena di produzione dei semiconduttori: l’imprenditore Morris Chang. Presente alla cena con Nancy Pelosi durante la visita della Speaker, il fondatore di TSMC è stato determinante per lo sviluppo dell’industria a Taiwan negli ultimi 30 anni.

Riconoscendo la grande complessità della catena di approvvigionamento dell’industria e la sua configurazione, Chang ha fatto dello Stretto di Formosa un collo di bottiglia fondamentale nella produzione di semiconduttori. ³

5. I semiconduttori al centro della rivalità geopolitica globale

Di recente, l’amministrazione Biden ha emesso una serie di sanzioni che portano il confronto globale in questo settore a un altro livello, impedendo alle aziende di inviare in Cina i processori avanzati necessari per eseguire complessi algoritmi di intelligenza artificiale. Le sanzioni si applicano non solo alle aziende statunitensi, ma anche a tutte quelle che utilizzano input statunitensi nei loro processi produttivi (proprietà intellettuale, software di progettazione, ecc.). Questa decisione segue una serie di decisioni che hanno già iniziato a rafforzare i controlli sulle esportazioni di semiconduttori in Cina.

Sebbene alcuni vi vedano applicati gli stessi schemi mentali della Guerra Fredda, queste azioni sono emblematiche della centralità dei semiconduttori nella politica globale. Abbiamo già visto come gli attori coinvolti siano anche importanti attori geopolitici, ma una serie di fattori sta contribuendo a sottolineare ulteriormente l’importanza dei semiconduttori: la trasformazione digitale globale in corso, la pandemia di covid con i suoi effetti disgreganti sulle catene di approvvigionamento e la guerra in Ucraina che sta avendo un impatto sulle forniture di materie prime.

Sebbene alcuni vi vedano applicati gli stessi schemi mentali della Guerra Fredda, queste azioni sono emblematiche della centralità dei semiconduttori nella politica globale.

6. Che posizione stanno adottando gli Stati Uniti?

La forte riduzione della quota statunitense della produzione totale di semiconduttori, passata dal 37% del 1990 al 12% del 2020, è ora considerata un rischio. La crisi del Covid e i problemi della catena di approvvigionamento hanno avuto un forte impatto sui settori derivati, in particolare sul settore automobilistico, destabilizzando la produzione e alimentando l’inflazione. Anche le tensioni intorno a Taiwan rafforzano il desiderio di autosufficienza degli Stati Uniti. 

Nel luglio 2022, il Congresso degli Stati Uniti ha quindi approvato il finanziamento dei programmi CHIPS for America Act nel Chips and Science Act, con l’obiettivo di difendere la sovranità degli Stati Uniti in termini di produzione di semiconduttori, la loro competitività e la loro sicurezza nazionale. L’assistenza finanziaria è il fulcro di questo programma, con fondi per oltre 50 miliardi di dollari, di cui 39 miliardi in sovvenzioni per investimenti volti a costruire, espandere o aggiornare strutture e attrezzature nazionali per la produzione di chip, l’assemblaggio, il collaudo e l’imballaggio avanzato. 13 miliardi di euro sono previsti per sostenere la ricerca e lo sviluppo. La legge prevede anche un nuovo credito d’imposta dedicato.

Per garantire l’obiettivo del Congresso di promuovere la competitività nazionale, la legge prevede misure di salvaguardia per assicurare che i beneficiari dei fondi federali non possano produrre semiconduttori in Paesi che rappresentano un rischio per la sicurezza nazionale, tra cui la Cina o la Russia. Uno dei principali obiettivi degli Stati Uniti è limitare il coinvolgimento globale delle società di telecomunicazioni con stretti legami con il PCC, tra cui Huawei.

7. Qual è la posizione dell’Unione europea?

Negli ultimi due decenni, l’UE ha visto diminuire il proprio ruolo nella costruzione di una catena di approvvigionamento sempre più incentrata sul Pacifico. Rispetto al suo peso economico (quasi il 23% del PIL mondiale), la quota dell’UE nel fatturato globale dei semiconduttori è di circa il 10%, e solo del 6% per i segmenti dell’informatica e delle comunicazioni. La limitata capacità produttiva per soddisfare la domanda futura, gli elevati costi di ingresso, l’inadeguato accesso ai finanziamenti e le diverse normative rispetto ad altre regioni minacciano la capacità delle aziende europee di rimanere competitive in questo mercato. 
La strategia europea per riconquistare una forma di leadership in questo settore è l’adozione dell’European Chips Act. Proposto a febbraio, è il primo strumento dell’Unione Europea per entrare nel grande gioco dei semiconduttori – la Commissione Europea ha dichiarato che l’Unione mira a raggiungere il 20% della produzione globale entro il 2030. ⁴

Gli obiettivi principali del Chips Act sono il sostegno all’innovazione nell’ecosistema europeo dei semiconduttori e la sicurezza della catena di approvvigionamento. Il primo strumento del Chips Act è l’iniziativa “Chips for Europe”, che servirà da linea guida per le aziende e i centri di ricerca che cercano finanziamenti europei e nazionali. La vera novità di questa iniziativa è la creazione di un Chips Fund, destinato a riunire diverse istituzioni e meccanismi europei esistenti in risposta alle richieste dell’industria.

Un altro obiettivo del Chips Act è quello di sostenere lo sviluppo di fabbriche europee in grado di produrre i semiconduttori più avanzati in grandi volumi. La legge sui chip fornisce all’UE lo spazio giuridico per approvare gli aiuti di Stato a questo scopo. Lo scorso luglio, Emmanuel Macron ha annunciato la costruzione di un impianto di semiconduttori in Francia, il cui progetto di fonderia rientra nella legge europea sui chip. 

Tuttavia, se gli obiettivi della Commissione sono ambiziosi e il Chips Act è solo il primo passo, la posizione dell’Unione europea rimane molto meno ambiziosa di quella di altri attori. In effetti, l’Europa ha fatto principalmente delle eccezioni al suo divieto di aiuti di Stato, ma non ha mobilitato nuovi fondi per sostenere l’industria. Spetta agli Stati membri assumersi il costo di tali sussidi. 

Soprattutto, l’Europa rimane fortemente dipendente dagli Stati Uniti per gli strumenti di progettazione e dall’Asia per la produzione di chip avanzati. Inoltre, rispetto agli Stati Uniti, la debolezza dell’Europa nella produzione non è compensata da una maggiore forza nelle attività a monte e a valle della catena.

8. Che misure vengono messe in atto per far fronte alla scarsità di semiconduttori?

Gli Stati Uniti e l’Unione Europea non sono stati gli unici a pianificare forti investimenti per contrastare i fattori strutturali e ciclici sopra descritti e per incoraggiare la ricerca e la produzione di semiconduttori. Tra questi, gli investimenti pubblici, come quelli previsti – e in alcuni casi già attivati – da Cina, India, Giappone e Taiwan per diverse centinaia di miliardi di dollari (tra il 2014 e il 2018, il governo taiwanese ha fornito a TSMC un sostegno di bilancio pari al 3% dei ricavi del gruppo).

Si tratta anche di investimenti privati, come quelli previsti nei piani industriali delle principali aziende del settore: tra queste, Intel (che prevede di investire 80 miliardi in un decennio solo in Europa) e la taiwanese TSMC (che prevede di investire tra i 40 e i 44 miliardi di dollari nei prossimi cinque anni, in parte in Europa). In Estremo Oriente soprattutto – ma non solo – gli investimenti pubblici e privati non si sovrappongono e non competono tra loro, ma concorrono alla realizzazione di programmi sinergici.

In Estremo Oriente soprattutto – ma non solo – gli investimenti pubblici e privati non si sovrappongono e non competono tra loro, ma concorrono alla realizzazione di programmi sinergici.

Ma ci sono anche ragioni e motivazioni, non meno importanti, legate agli imperativi della sicurezza e della difesa nazionale, esacerbati dalle forti tensioni attualmente esistenti nel contesto geopolitico. Si può giustamente parlare di investimenti strategici perché contribuiscono a questo processo di ristrutturazione delle catene globali del valore che tende a garantire “l’autonomia strategica“. Gli attori interessati sono innanzitutto gli Stati (e, in Europa, l’Unione Europea), ma anche le aziende, e in particolare le Big Tech, come dimostra la scelta di Apple di progettare internamente i chip di cui ha bisogno.

9. L’impatto delle nuove sanzioni americane sul mercato globale dei semiconduttori

Le misure recentemente annunciate dal governo statunitense avranno un impatto sulla configurazione del mercato globale dei semiconduttori. Queste nuove misure di controllo delle esportazioni mirano a limitare le aziende che inviano chip e apparecchiature per semiconduttori in Cina. Queste sono le misure più significative che gli Stati Uniti hanno adottato contro l’industria cinese dei semiconduttori, mentre le misure precedenti hanno più spesso preso di mira singole aziende e un insieme più ristretto di tecnologie. In particolare, i fornitori statunitensi hanno smesso di supportare le apparecchiature già installate presso YMTC (Yangtze Memory Technologies, un produttore cinese di semiconduttori), hanno smesso di installare nuovi strumenti e hanno rimosso il personale statunitense di stanza presso YMTC.

L’obiettivo di questa mossa è ostacolare la capacità della Cina di sviluppare autonomamente i chip più avanzati e di equipaggiare le proprie forze armate, e soprattutto evitare un’escalation in una nuova guerra fredda.

Ciò avrà un ovvio impatto commerciale per gli Stati Uniti. Applied Materials Inc, azienda leader nella produzione di apparecchiature per la fabbricazione di chip, ha tagliato mercoledì le previsioni per il quarto trimestre, avvertendo che le nuove norme sulle esportazioni ridurranno le vendite di circa 400 milioni di dollari in quel periodo. Nel secondo trimestre l’azienda ha realizzato oltre il 27% delle vendite in Cina, pari a circa 1,8 miliardi di dollari. Da parte cinese, YMTC sta affrontando il congelamento del supporto da parte dei suoi principali fornitori.

La Cina sta spendendo miliardi di dollari per sviluppare un’industria nazionale dei semiconduttori meno dipendente dal resto del mondo, ma questi produttori di chip devono ancora acquistare attrezzature altamente specializzate da fornitori negli Stati Uniti, in Europa e in altre parti dell’Asia. Gli Stati Uniti ne sono consapevoli e stanno intensificando la loro strategia per soffocare lo sviluppo di un’industria dei semiconduttori indipendente in Cina. 

10. Cosa succede quando non si dispone più di semiconduttori?

I semiconduttori sono centrali nello sforzo bellico della Russia. L’Occidente è consapevole che l’esito della guerra dipenderà in parte dal fatto che la Russia trovi un modo per riottenere l’accesso a questi chip, e vuole assicurarsi che non lo faccia. La Russia è alla ricerca di semiconduttori, trasformatori, connettori, pacchetti, transistor, isolanti e altri componenti di cui il Paese ha bisogno per alimentare il proprio sforzo bellico. La maggior parte di questi sono prodotti da giganti dell’elettronica statunitensi (Marvell, Intel, Holt tra gli altri).

Sulla lista delle priorità della Russia c’è il 10M04DCF256I7G Field-Programmable Gate Array (FGPA), prodotto da Intel, che può essere acquistato per 66.000 rubli, ovvero più di 1.100 euro al pezzo. Prima della carenza di chip, sarebbe costato meno di 20 euro.

I fornitori delle forze armate russe hanno diversi modi per acquisire questi semiconduttori, dall’acquisto su mercati online non regolamentati all’utilizzo di caselle postali per contrabbandare componenti tecnologici nel Paese. Non si può nemmeno escludere la creazione di canali e intermediari con l’Iran, la Corea del Nord o la Cina. Tuttavia, la strategia occidentale delle sanzioni sembra funzionare per il momento, dato che le forniture russe continuano a diminuire.

La sfida per l’Occidente è quella di sfruttare il deficit tecnologico della Russia e la sua mancanza di semiconduttori, necessari per far funzionare i moderni sistemi di combattimento e le apparecchiature di sorveglianza e di imaging satellitare. Di conseguenza, la Russia è ora alla disperata ricerca dei semiconduttori più sofisticati per sostenere la sua industria degli armamenti. 

In un certo senso, l’inasprimento da parte degli Stati Uniti delle sanzioni sui semiconduttori contro la Cina – reso evidente dal nuovo ciclo di sanzioni imposte dagli Stati Uniti il 7 ottobre – ha uno scopo simile. Inserendo nell’ elenco delle norme dirette sui prodotti esteri (foreign product direct rules) i nuovi beni necessari per il supercomputing, queste misure mirano principalmente a impedire l’importazione e lo sviluppo di chip avanzati, particolarmente utili per le applicazioni di intelligenza artificiale.

In un discorso chiave pronunciato il 16 settembre in occasione della pubblicazione del rapporto dello Special Competitive Studies Project, il consigliere per la sicurezza nazionale del Presidente degli Stati Uniti, Jake Sullivan, ha inserito la competizione tecnologica tra Washington e Pechino nella dottrina cinese dell’amministrazione Biden e, più in generale, nella politica estera degli Stati Uniti. In questa dottrina, la logica difensiva sta cedendo il passo a una più esplicita volontà di rallentare il progresso economico e tecnologico di alcune potenze straniere ritenute minacciose – e la Cina è in cima alla lista.