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Seminconduttori, come si evolve la guerra Usa-Cina

Singapore

L’approfondimento di Giuseppe Gagliano

 

Dal 2014, la Cina si è posta l’obiettivo di costruire un’industria dei semiconduttori ampia e competitiva a livello globale e ha perseguito questo obiettivo con il programma industriale più ricco della storia.

Sebbene i risultati di questo sforzo siano stati decisamente contrastanti, ha suscitato un contraccolpo da parte degli Stati Uniti, leader mondiale nella maggior parte dei segmenti dei semiconduttori. Gli Stati Uniti hanno bloccato gli investimenti tecnologici transfrontalieri dalla Cina e imposto sanzioni che minacciano di limitare, paralizzare o addirittura distruggere le principali società cinesi di semiconduttori. In risposta, la Cina ha fatto dell’autonomia tecnologica un elemento centrale della sua strategia economica e sta intensificando le misure per migliorare le capacità dei suoi produttori di semiconduttori.

I produttori globali di semiconduttori e apparecchiature di produzione (inclusi gli americani) continuano a considerare il mercato cinese un elemento critico per il loro successo e cercheranno di mantenere una presenza attiva nonostante le pressioni del governo degli Stati Uniti. Si prevede che il prossimo decennio vedrà nuovi e massicci investimenti nella produzione di chip in Cina e un graduale cambiamento nella struttura del mercato globale, con le aziende cinesi che diventeranno più competitive in alcuni segmenti.

Secondo le analisi più recenti:

  • La Cina detiene un’ampia quota (15-22%) della capacità di produzione totale di semiconduttori nel mondo, ma la posizione dei produttori di chip nazionali è debole. Le società internazionali dominano la maggior parte dei segmenti ad alto valore aggiunto e rappresentano la maggior parte dell’industria dei chip con sede in Cina.
  • I produttori cinesi di semiconduttori dipendono anche fortemente dai fornitori internazionali (per lo più americani) di apparecchiature, software e materiali necessari per produrre i chip. Non ci sono prospettive a breve termine di ridurre questa dipendenza.
  • La Cina ha buone possibilità di creare imprese competitive a livello globale nella progettazione di chip e nella produzione di memorie nei prossimi anni. È anche probabile che aumenti notevolmente la sua quota di chip non avanzati, specialmente nelle applicazioni relative al 5G.
  • Una delle principali conseguenze delle sanzioni tecnologiche imposte dagli Stati Uniti è che le società tecnologiche cinesi, che sono sempre state resistenti all’agenda tecno-nazionalista di Pechino, ora vedono i loro interessi commerciali in linea con l’obiettivo dell’autonomia di governo. Questo allineamento accelererà il ritmo del progresso nel settore dei semiconduttori in Cina.
  • La generosa politica industriale della Cina ha spinto gli Stati Uniti e l’Europa a seguire il suo esempio. Il risultato sarà una sovrabbondanza della capacità globale dei chip e persino un rallentamento dell’innovazione.

La rivalità tecnologica tra gli Stati Uniti e la Cina è in gran parte una battaglia per i semiconduttori. I semiconduttori (noti anche come chip o circuiti integrati) sono la base di tutte le tecnologie digitali e si trovano ora in un’ampia varietà di prodotti. Negli ultimi cinque decenni, l’intensità dei chip dell’economia mondiale è cresciuta in modo esponenziale. Il modulo lunare Apollo, durante la missione lunare del 1969, utilizzava decine di migliaia di transistor per un peso totale di 31 kg; oggi, un Apple MacBook (peso totale di 1 chilo ) contiene 16 miliardi di transistor. L’intensità dei chip continuerà ad aumentare insieme alla diffusione dei telefoni cellulari, all’installazione di reti 5G e alla crescita generale della domanda di potenza di calcolo.

La Cina controlla molti prodotti fabbricati, ma non ancora i semiconduttori. Ha sempre importato la maggior parte delle parti di cui aveva bisogno. La Cina ha cercato a lungo di diventare più autosufficiente in questa tecnologia critica, che ha una dimensione di sicurezza nazionale poiché i sistemi militari avanzati richiedono semiconduttori. Il governo attribuisce inoltre importanza alle competenze relative ai chip, poiché consentirebbe alle aziende cinesi di entrare in nicchie a più alto valore aggiunto e ottenere un vantaggio rispetto ai nuovi prodotti.

Nonostante gli alti e bassi delle singole società e nonostante la migrazione di gran parte della produzione di chip in Asia nell’ultimo quarto di secolo, gli Stati Uniti continuano a dominare i nodi chiave del settore. Questa dominazione è alla base della leadership tecnologica e geopolitica globale degli Stati Uniti. Pone anche un problema per la Cina, che aspira alla leadership tecnologica globale e all’aumento del potere geopolitico.

In virtù della sua posizione di hub principale della produzione globale di elettronica, la Cina è il più grande mercato di chip al mondo e probabilmente diventerà presto il più grande produttore di chip in volume. Eppure, nonostante gli sforzi compiuti da due decenni dallo Stato per costruire la capacità interna, la quota di valore aggiunto delle aziende cinesi nella catena di fornitura globale dei semiconduttori è bassa. E la Cina dipende ancora quasi interamente dagli Stati Uniti e dai suoi alleati per le apparecchiature, i materiali e il software di cui ha bisogno per costruire le proprie fabbriche di chip.

A partire dal 2014, la Cina ha intensificato notevolmente i suoi sforzi per raggiungere la sovranità dei semiconduttori con il programma di politica industriale più finanziato della storia. Ciò ha scatenato un contraccolpo da parte degli Stati Uniti, che hanno imposto controlli sulle esportazioni e sugli investimenti che hanno paralizzato le principali aziende tecnologiche cinesi. In risposta, il governo cinese ha intensificato gli sforzi di autosufficienza nei chip e in altre tecnologie chiave, così come molte aziende leader. In passato, le società private erano spesso riluttanti agli editti tecno-nazionalisti di Pechino, ma ora capiscono che il loro successo a lungo termine dipende dalla loro capacità di ridurre la loro dipendenza dalle catene di approvvigionamento statali. Le società di chip e hardware negli Stati Uniti e nei paesi alleati, che devono essere sensibili ai problemi di sicurezza degli Stati Uniti, ma il cui mercato principale è la Cina, sono coinvolte nel fuoco incrociato.

Il primo passo per analizzare il desiderio della Cina di diventare autosufficiente nei semiconduttori è comprendere la sua attuale posizione nel settore. Ci sono due modi per affrontare la domanda: che tipo di prodotti finiti produce la Cina e qual è il posto della Cina nelle varie fasi della catena di produzione?

Le vendite globali di semiconduttori sono state di 440 miliardi di dollari nel 2020, cifra che dovrebbe crescere a un tasso annuo di almeno il 5% nei prossimi cinque anni. In termini di prodotti finiti, queste vendite possono essere suddivise in quattro segmenti principali:

1. Microprocessori e dispositivi logici, che elaborano i dati (188 miliardi di dollari).
2. Dispositivi di memoria, che memorizzano i dati (118 miliardi di dollari).
3. Dispositivi discreti, sensori e optoelettronica, che svolgono funzioni elettriche uniche (79 miliardi di dollari).
4. Dispositivi analogici, che trasformano segnali continui (come luci e suoni) in segnali binari (56 miliardi di dollari).

In ciascuno di questi segmenti principali, gli usi finali sono generalmente suddivisi nelle seguenti categorie: comunicazioni (principalmente telefoni cellulari), computer, prodotti di consumo (come le console di gioco), automobilistico, industriale e governativo (compreso il settore militare).

La Cina è sia un mercato enorme che un grande esportatore di chip di tutti i tipi. Ma i numeri devono essere attentamente suddivisi a causa della complessità delle catene di approvvigionamento: i circuiti integrati vengono scambiati oltre confine in forma finita o incompleta, da soli o integrati in altri dispositivi. Un chip può essere prodotto a Taiwan, confezionato in una struttura di assemblaggio e testato in Malesia e quindi spedito in Cina per essere installato in un dispositivo che verrà poi esportato negli Stati Uniti. Un’altra complicazione è che il luogo fisico di produzione non corrisponde necessariamente alla proprietà del produttore. Le imprese a investimento straniero producono la maggior parte del valore aggiunto della produzione di circuiti integrati in Cina e rappresentano anche la maggior parte delle esportazioni cinesi di chip finiti. Infine, il prezzo dei chip varia notevolmente, da chip economici per microonde a chip costosi per smartphone, quindi le misurazioni del volume e del valore possono divergere notevolmente.

La “domanda di semiconduttori” può quindi essere definita in almeno tre modi. Un iPhone assemblato da Foxconn in Cina e poi spedito in Germania può essere considerata una richiesta di semiconduttori da Apple (la società responsabile del prodotto), dalla fabbrica Foxconn in Cina (l’assemblatore) e dall’acquirente tedesco del prodotto. Comunque la cosa si consideri, la Cina è ora una delle due maggiori fonti mondiali di domanda di semiconduttori, insieme agli Stati Uniti. Rappresenta da un quarto a un terzo del mercato, una quota che aumenterà in quasi tutti gli scenari.

La quota di produzione di semiconduttori detenuta dalle società cinesi è molto inferiore. I produttori stranieri rappresentano oltre il 40% della capacità di produzione in Cina, probabilmente più della metà del volume di produzione di chip e fino al 94% dei ricavi di produzione di chip in Cina. Le più grandi fabbriche controllate dall’estero sono società taiwanesi e sudcoreane tra cui TSMC (a Nanchino), Samsung (Xi’an) e SK Hynix (Wuxi). Secondo gli analisti di Jefferies, circa la metà della capacità globale di SK Hynix di chip DRAM (Dynamic Random Access Memory) è in Cina.

I produttori cinesi sono attori piuttosto importanti in alcuni segmenti di mercato. Definire numeri precisi è una sfida, ma secondo le stime più accreditate i produttori di chip cinesi detengono una quota di mercato nazionale pari o superiore al 20% per i processori di telefoni cellulari e per i processori di immagini per i televisori ad alta definizione; la loro quota di mercato globale è probabilmente molto inferiore. Non sono i principali produttori di chip per memoria, logica o grafica di fascia alta, i tipi di chip più preziosi.

Guardando l’intera catena di produzione dei semiconduttori, le debolezze della Cina diventano più evidenti. Il processo di produzione si compone delle seguenti fasi:

– Il design dell’architettura fondamentale del chip, o “core IP”. Viene svolto da un piccolo gruppo di società, tra cui Intel negli Stati Uniti e ARM nel Regno Unito.
– Progettazione di chip specifici, utilizzando strumenti software che simulano la fisica dei circuiti del chip, chiamati automazione della progettazione elettronica.
– Produzione di wafer di silicio ultra purificato.
– La fabbricazione di chip su questi wafer, un processo che richiede una serie di apparecchiature, prodotti chimici e gas altamente specializzati, denominati collettivamente strumenti di fabbricazione.
– Assemblaggio, collaudo e confezionamento di chip prodotti per eliminare i difetti e imballare chip in custodie di plastica. Richiede anche una serie di strumenti ATP specializzati.

Ebbene gli Stati Uniti sono al primo o al secondo posto in ogni segmento principale, ad eccezione della produzione di wafer, che viene effettuata principalmente in Giappone, Corea del Sud e Taiwan.

La Cina è un attore minore in tutti i segmenti ad eccezione dell’ATP, che è anche il segmento meno avanzato in termini di tecnologia e valore aggiunto. Tuttavia, sta rapidamente guadagnando quote di mercato in alcuni segmenti, in particolare nella progettazione e produzione di chip.

La quota del valore aggiunto totale non corrisponde esattamente al grado di difficoltà tecnologica. L’ATP è un’attività a basso valore aggiunto che rappresenta una parte importante della catena del valore, semplicemente perché i volumi sono molto alti. È anche uno dei segmenti più frammentati, poiché le barriere all’ingresso sono relativamente basse. Al contrario, gli strumenti di produzione rappresentano una quota molto minore del valore totale della catena, ma la loro produzione è una delle attività tecnologicamente più avanzate e la competenza è concentrata in una manciata di aziende che beneficiano di barriere alla concorrenza eccezionalmente elevate. Queste società, con sede negli Stati Uniti, in Giappone e nei Paesi Bassi, producono l’attrezzatura necessaria per incidere circuiti in wafer di silicio per semiconduttori.

I due segmenti più importanti, progettazione e produzione, comprendono ciascuno un’ampia gamma di attività di fascia alta e di fascia bassa e, nell’ultimo quarto di secolo, sono diventati mondi separati ma interdipendenti. Il successo nella produzione è dovuto a un piccolo numero di aziende in grado di raggiungere giganteschi investimenti di capitale necessari per mantenere ininterrotta la legge di Moore, raddoppiando il numero di transistor su un circuito integrato ogni 18-24 mesi. Quasi tutti i processori per computer sono prodotti da due società, Intel e AMD, e AMD esternalizza la maggior parte della sua produzione. Il numero di produttori di DRAM è cresciuto da 20 a 3 dal 2000. Le tre maggiori società di semiconduttori del mondo — Intel, Samsung e TSMC — spendono ciascuna più di 20 miliardi di dollari all’anno in investimenti. Ad aprile, TSMC ha dichiarato che avrebbe investito 100 miliardi di dollari nei prossimi tre anni.
All’inizio degli anni ’90, questo vincolo alla spesa per investimenti ha portato a una segmentazione funzionale e geografica del settore.

Le aziende statunitensi ed europee erano felici di affidare la parte più rischiosa e ad alta intensità di capitale del processo a produttori a contratto (fonderie) di Taiwan e Corea del Sud, in modo che potessero concentrarsi sul segmento redditizio del design. Nel 1990, più dell’80% della produzione globale di circuiti integrati veniva effettuata negli Stati Uniti e in Europa, il resto in Giappone.

Tre decenni dopo, il rapporto si è invertito: circa l’80% della capacità produttiva mondiale di circuiti integrati si trova ora nell’Asia orientale. Ma quasi la metà del valore della progettazione di circuiti integrati è ancora svolta negli Stati Uniti, da società “senza fabbrica” che vanno dai piccoli negozi di design a giganti come Qualcomm e Nvidia.

L’esternalizzazione della produzione di chip a Taiwan e alla Corea del Sud ha causato poca preoccupazione a Washington, in parte perché l’industria statunitense stava incoraggiando questo sviluppo, e in parte perché Taiwan e la Corea del Sud (così come Singapore, Malesia e Israele che hanno sviluppato capacità di nicchia) erano considerati paesi amici. All’inizio degli anni 2000, inoltre, non sembrava esserci alcun problema con Intel che collocava parte del suo ATP e della capacità di memoria in Cina, poiché i primi sforzi della Cina per sviluppare la propria industria dei semiconduttori erano inefficienti. Ma la preoccupazione del governo degli Stati Uniti è cresciuta quando la Cina ha intensificato le sue politiche di supporto ai semiconduttori.

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