La corsa globale ai microchip: il tentativo dell'Europa di recuperare il ritardo

Ai margini di una tranquilla foresta a un'ora di auto da Stoccarda, dove i sentieri serpeggiano tra gli alberi e attraverso dolci colline, si trova una delle armi segrete dell'Europa nella corsa globale allo sviluppo dei semiconduttori più avanzati al mondo.

Oberkochen, una cittadina di appena 8,000 abitanti nello stato sud-occidentale del Baden-Württemberg, è la sede centrale di Carl Zeiss SMT, l'unico produttore di specchi e lenti utilizzati nelle apparecchiature per la produzione di chip più avanzate al mondo. I suoi specchi e lenti ultraprecisi sono così accurati da essere in grado di raggiungere una precisione 200 volte superiore a quella del telescopio spaziale James Webb.

Zeiss ha "una competenza unica", afferma Peter Wennink, amministratore delegato di ASML, la società con sede nei Paesi Bassi che detiene il monopolio globale sulla produzione delle macchine per la litografia ultravioletta estrema (EUV) necessarie per produrre chip all'avanguardia — ed è uno dei suoi clienti più importanti.

Senza l'ottica Zeiss, afferma che ASML non potrebbe realizzare le sue macchine EUV, che utilizzano la luce ultravioletta per scansionare i progetti di chip su wafer di silicio su piccola scala. E senza macchine ASML, sarebbe impossibile realizzare i chip più avanzati necessari per tecnologie future come l'intelligenza artificiale, la guida autonoma e il calcolo quantistico.

Le attrezzature avanzate per la produzione di chip sono uno dei punti di forza nascosti dell'Europa mentre i paesi di tutto il mondo cercano di conquistare una quota di un'industria che è al centro dell'economia moderna e che sta diventando sempre più soggetta a rischi geopolitici. 

Il mercato dei semiconduttori ha superato per la prima volta i 500 miliardi di dollari nel 2021 e si stima che diventerà un'industria da mille miliardi di dollari entro il 2030, secondo McKinsey.

Taiwan è il centro globale per la produzione di chip più avanzata. In termini di semiconduttori al di sotto dei 10 nanometri, le versioni all'avanguardia della tecnologia, Taiwan detiene oltre il 90% della quota di mercato globale.

Ma i crescenti timori su una qualche forma di intervento militare cinese a Taiwan hanno spinto i governi degli Stati Uniti, del Giappone e molti altri in tutta Europa ad affrettarsi a incentivare l'espansione della produzione di chip nei loro paesi, sollevando timori che troppa capacità entrerà in funzione allo stesso tempo. volta.

Per molti paesi, i semiconduttori sono una questione di sicurezza nazionale poiché ampie fasce dell'economia si affidano sempre più alle funzionalità che forniscono. Le gravi carenze durante la pandemia hanno colpito la produzione in un'ampia gamma di settori globali, dagli smartphone e personal computer ai server e alle automobili.

L'Europa è determinata a non restare indietro mentre questa competizione prende ritmo. 

All'inizio di quest'anno la Commissione europea ha presentato un piano per investire 43 miliardi di euro nel tentativo di indurre i maggiori produttori di chip del mondo a creare fabbriche nel blocco. Intel, il colosso statunitense dei chip, ha promesso un investimento iniziale di 33 miliardi di euro nel blocco, inclusi 17 miliardi di euro per un mega-sito in Germania. Anche i produttori di chip europei come STMicroelectronics e Infineon stanno espandendo le loro strutture in Europa. L'UE sta anche cercando di attirare TSMC, il più grande produttore di chip a contratto del mondo, per avviare operazioni su larga scala nel blocco.

Bruxelles spera che gli investimenti raddoppieranno la quota dell'UE nel mercato globale dei semiconduttori da meno del 10% di oggi al 20% entro il 2030. Ma più importante della quota di mercato è ridurre la dipendenza dell'UE dai produttori asiatici come TSMC e Samsung a un momento in cui le tensioni est-ovest potrebbero rappresentare una potenziale minaccia per l'approvvigionamento.

Ci sono almeno 81 nuove strutture di chip da costruire tra il 2021 e il 2025; 10 saranno costruiti in Europa, rispetto ai 14 negli Stati Uniti e ai 21 a Taiwan, secondo i dati più recenti di settembre di SEMI, un'organizzazione dell'industria dei semiconduttori con sede negli Stati Uniti.

Insieme alle solide basi del continente nei prodotti chimici e nei materiali, aziende come Carl Zeiss SMT e ASML e le loro catene di approvvigionamento saranno fondamentali per l'ambizione dell'Europa di diventare uno dei fornitori più importanti al mondo di chip di fascia alta.

Ma rimangono importanti lacune nella spinta dei semiconduttori in Europa. Gli importi del capitale richiesto sono formidabili. E le aziende che stanno cercando di rifornire le fabbriche di chip avvertono che non ci sono abbastanza lavoratori qualificati per far funzionare i loro impianti.

"Se riusciremo a raggiungere il 20% di quota di mercato entro il 2030 è un punto interrogativo, ma c'è una crescente pressione perché non fare nulla peggiorerà ulteriormente la situazione", afferma Lars Reger, chief technology officer di NXP Semiconductor, l'azienda con sede nei Paesi Bassi .

"È tutta una questione di pertinenza", ha detto Wennink all'ASML. "Devi rimanere rilevante nel contesto geopolitico". 

Ha senso?

L'ambizioso piano europeo per i microchip, costruito attorno all'European Chips Act, non ha ricevuto l'approvazione universale.

Alcuni critici, compresi i dirigenti del settore, hanno suggerito che l'Europa stesse sprecando denaro dei contribuenti. Molto meglio, sostengono, sarebbe spendere i soldi per espandere la capacità delle tecnologie di chip mature che sono consumate dalle stesse industrie europee - come le applicazioni automobilistiche e industriali - piuttosto che affrontare gli enormi costi del tentativo di sviluppare i chip più recenti. Il declino dell'industria europea della telefonia mobile aveva lasciato il continente senza clienti evidenti per i chip avanzati.

Poiché il costo della produzione di chip sempre più complessi è aumentato, "meno aziende sono state in grado di tenere il passo", afferma un dirigente di un'azienda di chip. "Molti di quelli che hanno abbandonato la gara erano in Europa".

Ciò ha lasciato la catena di approvvigionamento europea priva di alcune delle capacità chiave necessarie per la produzione avanzata di semiconduttori.

Yang Wang, analista senior a Londra con la società di consulenza Counterpoint Research, sottolinea che non ci sono progettisti di chip in Europa che lavorano nelle versioni a 7 nanometri e sotto i nodi della tecnologia.

"Nessuno dei primi 10 progettisti di chip al mondo ha sede in Europa, mentre gli Stati Uniti sono leader mondiali nella progettazione di semiconduttori", afferma.

L'UE dispone di cluster esistenti di catene di fornitura di semiconduttori, come Leuven in Belgio, Dresda in Germania e Grenoble in Francia, ma l'Europa dovrà potenziare le capacità di progettazione di chip e investire nell'ecosistema per la produzione di chip avanzati, nonché investire in chip produzione stessa, dicono gli esperti del settore.

Anche il finanziamento è un fattore cruciale. Più avanzato è il chip prodotto, più il processo è ad alta intensità di capitale. Ad esempio, la spesa in conto capitale di TSMC per il 2022 sarà di $ 36 miliardi e questo mese la società ha annunciato l'intenzione di triplicare il suo investimento in Arizona da $ 12 miliardi a $ 40 miliardi nei prossimi anni, dove porterà anche la più avanzata tecnologia a 3 nm entro il 2026.

Gli Stati Uniti quest'anno hanno approvato il proprio Chips and Science Act, un pacchetto di incentivi e agevolazioni fiscali da 52.7 miliardi di dollari.

Costruire una catena di approvvigionamento complicata come quella richiesta per la tecnologia dei chip più avanzata richiederà anni per essere costruita e richiederà ancora più sostegno da parte dei contribuenti, affermano i dirigenti del settore. Paesi come Cina, Taiwan e Corea del Sud hanno investito miliardi nel corso di decenni per supportare i loro produttori di chip.

"L'European Chips Act è un ottimo strumento, perché ci mette allo stesso livello di incentivi in ​​tutto il mondo", afferma Jean-Marc Chery, amministratore delegato di STMicroelectronics, un'azienda con sede a Ginevra che fornisce chip per i mercati automobilistico e industriale principalmente con tecnologie mature. “Ma se dobbiamo costruire [tecnologia avanzata] ed enormi fabbriche . . . quindi non è molto competitivo. 

Ma l'Europa non parte da zero.

La presa dell'UE sulle apparecchiature per chip avanzate è un vantaggio importante. Con le macchine EUV di ASML, i più grandi produttori di chip del mondo come TSMC, Samsung e Intel sono in grado di sfidare i limiti della fisica, impacchettando sempre più transistor di elaborazione su chip sempre più piccoli. Oggi il più all'avanguardia nella produzione di massa è 3 nm - un riferimento alla dimensione di ciascun transistor su un chip - ma la tecnologia lo sta portando a 2 nm e al di sotto.

"Senza EUV, non saresti in grado di raggiungere queste grandi densità di transistor in un chip", afferma Thomas Stammler, Chief Technology Officer di Zeiss. “Poiché siamo l'unico fornitore di EUV, consideriamo questo anche un obbligo per espandere e supportare l'industria dei chip. . . e stiamo già lavorando alla prossima generazione di EUV”. 

Oltre ad ASML e Zeiss, in cui ASML detiene una quota del 25%, la tedesca Trumpf è leader mondiale nei laser utilizzati dalle macchine EUV. A 220,000°C, il plasma creato dai laser di Trumpf, utilizzato per generare luce EUV, è quasi 40 volte più caldo della superficie del Sole.

Tale tecnologia avanzata consente agli EUV di aiutare aziende come Apple a spremere fino a 16 miliardi di transistor sull'unità di elaborazione centrale del suo MacBook oggi, rispetto ai 1,000 transistor nei dispositivi elettronici negli anni '1970. 

L'Europa ha anche un forte vantaggio nella sua capacità di produrre materiali e prodotti chimici altamente personalizzati e complessi utilizzati nella produzione avanzata di chip. Questi provengono principalmente da una manciata di società europee come Merck, BASF e Solvay, e da società giapponesi come JSR e Shin-Etsu Chemical.

Ha anche uno dei centri di ricerca più importanti al mondo nell'IMEC, il centro di ricerca sulla nanotecnologia fuori Bruxelles che viene utilizzato dai produttori di chip più avanzati per costruire prototipi. Altri centri di ricerca di fama mondiale includono gli istituti Fraunhofer in Germania e il CEA-Leti in Francia.

Ma ci sono ancora sfide. Altri paesi stanno investendo molto più di quelli europei per sviluppare le proprie capacità di produzione di chip e gli ecosistemi stanno già iniziando a svilupparsi attorno a nuovi impianti.

In Europa i fornitori di prodotti chimici e materiali critici sono stati più lenti a investire rispetto a quelli negli Stati Uniti ea Taiwan. Alcuni nel settore suggeriscono che ciò sia dovuto al fatto che l'European Chips Act non copre sufficientemente gli investimenti oltre alla produzione di chip, o perché le normative ambientali europee rendono più difficile l'espansione degli impianti chimici. E, naturalmente, la crisi del gas in Europa ha fatto salire i prezzi dell'energia già elevati, costringendo l'industria chimica ad alta intensità energetica del blocco a chiudere o sospendere la produzione di alcuni prodotti. L'espansione in Europa in questo momento non è allettante senza forti incentivi, affermano i dirigenti del settore.

“La fornitura di prodotti chimici alle nuove fabbriche di semiconduttori richiede investimenti in risorse dedicate. Pertanto, la mancanza di sostegno statale rappresenterebbe sicuramente un ostacolo per i fornitori di prodotti chimici", ha dichiarato al Financial Times il presidente di Solvay, Rodrigo Elizondo. "A nostro avviso, l'assenza di una solida fornitura regionale di prodotti chimici metterà sicuramente a repentaglio le operazioni delle fabbriche europee di semiconduttori".

BASF e Solvay prevedono carenze di sostanze chimiche e materiali nei prossimi anni, quando le capacità dei nuovi chip aumenteranno, a meno che non vengano effettuati investimenti in queste aree.

"Tutti parlano di produzione di semiconduttori, ma non viene prestata sufficiente attenzione alle sostanze chimiche necessarie per produrre questi microchip", afferma Lothar Laupichler, vicepresidente senior per i materiali elettronici di BASF. "Sembra quasi che i prodotti chimici siano visti come acqua o elettricità, apri il rubinetto e ne esce fuori, ma questo è un malinteso." 

Kai Beckmann, membro del consiglio esecutivo di Merck e amministratore delegato della sua divisione elettronica, aggiunge: "Dobbiamo esaminare la questione insieme all'Unione Europea, perché stiamo parlando di materiale altamente specializzato che potrebbe non essere ben catturato nel Ambizioni europee”.

Trovare il personale

L'Europa deve affrontare un problema ancora più fondamentale: trovare un numero sufficiente di lavoratori qualificati. Un'indagine dell'Autorità europea del lavoro sulle maggiori carenze di manodopera nell'UE ha rilevato che ingegneri e tecnici, i pilastri dell'industria dei chip, erano tra le prime quattro carenze di talenti in 10 paesi.

Aziende come la tedesca Infineon, la britannica Edwards Vacuum, fornitore fondamentale di componenti e sottosistemi per ASML, e l'austriaca AT&S, uno dei principali fornitori di substrati per chip di fascia alta su cui sono montati i semiconduttori, hanno tutte avvertito che i talenti stranieri saranno fondamentali per l'ulteriore sviluppo e la sostenibilità dell'industria europea dei semiconduttori.

Andreas Gerstenmayer, amministratore delegato di AT&S, afferma che la sua azienda sta lottando per trovare gli 800 lavoratori qualificati di cui ha bisogno per il suo nuovo centro di ricerca e sviluppo in Austria. "Dobbiamo rivolgerci a livello globale per assumere talenti, perché l'esperienza e la tecnologia [dei substrati dei chip] non sono ancora disponibili qui".

Martin Stöckl, capo delle risorse umane di Infineon, afferma che l'intera catena di approvvigionamento inseguirà lo stesso talento, peggiorando le cose. "Il problema della carenza di talenti è grave in Europa", afferma. “Se fai un rapido calcolo, noi [Infineon] costruiremo una nuova fab, anche STMicroelectronics e Intel si stanno espandendo. Noi [aziende] avremo bisogno di almeno altre migliaia di ingegneri e tecnici nei prossimi anni”. 

Eppure la battaglia è tutt'altro che persa, affermano i dirigenti del settore.

Nonostante tutte le sfide, i dirigenti del settore sono ottimisti riguardo alle prospettive dell'Europa in questo settore critico. Avere aziende come ASML, Zeiss e Trumpf non è un brutto punto di partenza.

"Negli anni l'Europa ha mantenuto una vera forza nelle apparecchiature per la produzione di semiconduttori", afferma un dirigente senior di Intel. “Questo gli ha davvero dato una possibilità di rientrare nel mercato che altrimenti non avrebbe avuto. Senza quelle teste di ponte, sarebbe stato molto, molto difficile per l'Europa tornare indietro".

Segnalazione aggiuntiva di Peggy Hollinger e Joe Miller

Cartografia e visualizzazione dei dati di Liz Faunce ed Alan Smith

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