Semiconduttori: la ricerca della sovranità (3/5)

I semiconduttori rappresentano la principale sfida tecnologica per gli anni a venire. Sono essenziali per lo sviluppo della tecnologia e dell’industria digitali, e quindi dell’economia. La Cina è in ritardo rispetto a Stati Uniti e Taiwan. La conquista del mercato dei semiconduttori è quindi una sfida importante per la sovranità dei paesi. 

 

Conflits nella traduzione di un articolo di Dan Wang originariamente pubblicato sul sito di Gavekal

 

3. Successi e insuccessi

 

La grande domanda, ovviamente, è quali saranno i risultati di questo gigantesco sforzo di politica industriale. Una conseguenza evidente è la massiccia espansione della capacità di produzione di chip, che è triplicata tra il 2012 e il 2020. Secondo varie stime, la quota della Cina della capacità di produzione globale di semiconduttori è compresa tra il 15% e il 22%. (La stima più alta include la capacità di chip di fascia molto bassa prodotti da wafer di otto pollici o meno, che la Cina ha in grandi quantità. Le fabbriche moderne lavorano tipicamente con wafer di 300 mm). Le società nazionali controllano più della metà di questa capacità.

 

Il modo in cui questo si traduce in termini di vendite (in volume o in valore) è molto meno chiaro, poiché i produttori di chip tradizionali cinesi sono presenti principalmente nei segmenti di fascia bassa e nuovi entranti stanno appena iniziando ad emergere. Secondo la società di ricerche di mercato IC Insights, le società di circuiti integrati con sede in Cina hanno registrato vendite per 8,3 miliardi di dollari nel 2020, pari al 6% del mercato interno e meno del 2% del mercato globale. Nella maggior parte delle categorie, l’autonomia rimane un sogno lontano e le società tecnologiche cinesi sono ancora vulnerabili alle restrizioni tecnologiche statunitensi.

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A livello di segmento, ci sono alcuni punti positivi. A parte un’abilità ormai consolidata nel segmento ATP di basso valore, l’industria cinese della progettazione di chip è dinamica. I brief – l’obiettivo principale degli investimenti del National IC Fund – hanno appena iniziato a prendere slancio e almeno due società cinesi potrebbero entrare a far parte dei ranghi dei produttori di livello mondiale nei prossimi anni. Le fonderie logiche (anche beneficiarie della generosità del Fondo IC) sono più difficili. Non ci sono prove che la Cina possa colmare il divario tecnologico tra essa ei leader del settore, e il campione nazionale del salario minimo è ora ostacolato dalle sanzioni del governo degli Stati Uniti.

 

Design

 

Dopo un avvio secco meno di vent’anni fa, le società cinesi di progettazione di chip hanno compiuto progressi impressionanti. Rappresentano circa il 15% del mercato globale per le società di progettazione di circuiti integrati (senza fabbrica). Nell’intero universo di progettazione di chip, che include anche produttori integrati come Intel che progettano e producono chip, nonché società di prodotti finali che hanno team di progettazione interni, la Cina ha una quota di circa il 5%.

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Le società di design cinesi lavorano principalmente nelle aree delle comunicazioni mobili, dell’elettronica di consumo e dell’inferenza AI. Le aziende favolose, tra cui Cambricon e Horizon Robotics, si sono ritagliate una nicchia per i chip ottimizzati per le applicazioni di intelligenza artificiale. Come negli Stati Uniti, gran parte dell’azione è nelle aziende industriali o di consumo che hanno iniziato a progettare chip per i propri prodotti. Alibaba, il produttore di veicoli elettrici BYD e la società di elettrodomestici Gree sono tutti entrati in questo gioco.

 

Il gigante del design cinese è HiSilicon, una sussidiaria di Huawei che progetta chip per telefoni cellulari e server, nello stesso modo in cui Apple progetta processori per i propri telefoni. HiSilicon è l’unica azienda cinese che è riuscita a entrare nelle prime 10 società di semiconduttori per fatturato, ma solo per pochi mesi nel 2020, quando le vendite di telefoni Huawei hanno raggiunto il picco.

 

La progettazione di circuiti integrati è sicuramente un’area in crescita, ma le aziende cinesi partono da una base debole. Si basano principalmente sulla proprietà intellettuale di base di ARM, una società britannica e giapponese. E si concentrano principalmente su nicchie che le grandi aziende come Intel, AMD e Nvidia hanno ignorato. Quando si tratta di chip di fascia alta che alimentano la maggior parte dei computer e dei sistemi elettronici avanzati, le aziende cinesi si trovano in una posizione trascurabile.

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Produzione: memoria

 

L’industria cinese dei chip di memoria sta iniziando a decollare, in gran parte grazie al massiccio sostegno del governo per la costruzione di fabbriche. I due tipi principali di memoria sono la memoria volatile DRAM, per l’elaborazione dei dati in tempo reale, e la memoria non volatile NAND, per l’archiviazione a lungo termine. La DRAM è fortemente consolidata, con solo tre attori principali: Samsung, SK Hynix e Micron. Il mercato NAND è più frammentato. È più facile entrare nel settore della memoria rispetto al settore dei chip logici o della fonderia: le barriere all’ingresso sono più basse e la necessità di volumi elevati e cicli di produzione veloci favorisce i cinesi.

 

Il leader del mercato NAND cinese è Yangtze Memory Technologies Co., fondata a Wuhan nel 2016 con 24 miliardi di dollari di finanziamenti dal National Integrated Circuit Fund, dal governo provinciale di Hubei e dalla holding Tsinghua Unigroup, che ha agito come una sorta di agente principale per il politica industriale del governo sui circuiti integrati. YMTC produce piccoli volumi di chip NAND da tre anni. Afferma di avere prodotti che sono quasi competitivi con quelli di Samsung e, sebbene l’industria sia scettica al riguardo, c’è un ampio consenso sul fatto che YMTC sia un attore credibile.

 

Il campione cinese di DRAM è Changxin Memory Technologies,con sede a Hefei, di cui si sa meno. È stata fondata nel 2016 come uno dei tre produttori di DRAM sostenuti dallo stato, uno dei quali (Fujian Jinhua) è già stato disattivato dalle sanzioni statunitensi. CXMT ha acquisito la sua tecnologia concedendo in licenza i brevetti a Qimonda, un produttore tedesco di DRAM in bancarotta. Secondo la società di ricerche di mercato TrendForce, CXMT e YMTC avevano entrambe una quota di mercato di circa il 3% nei loro segmenti nel quarto trimestre del 2020. Le due società hanno assunto un gran numero di ingegneri coreani, che costituiscono il principale talento globale nel campo di chip di memoria. La maggior parte degli operatori del settore oggi si aspetta che YMTC diventi uno dei principali attori globali entro tre o cinque anni. CXMT potrebbe anche avere successo, ma come giovane azienda,

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Produzione: fonderie

 

La posizione della Cina nelle fonderie è più debole. Il leader è SMIC, con sede a Shanghai, seguito da Hua Hong Semiconductor, un’altra società di Shanghai. SMIC può produrre chip in un nodo di processo a 14 nanometri. (Il nodo di processo è un indice del livello tecnologico: più piccolo è il numero, più avanzato è il processo. Questi nodi non si riferiscono più alla dimensione dei circuiti, sono definiti in modo un po ‘soggettivo e servono principalmente come regole di marketing.) . SMIC è quindi in ritardo di circa cinque anni rispetto al leader di mercato, TSMC, che ha prodotto in modalità 14 nm nel 2016.

 

Essere indietro di cinque anni potrebbe non sembrare così male, ma SMIC è rimasta indietro di cinque anni rispetto a TSMC dalla sua fondazione, vent’anni fa, e ha costantemente registrato ricavi pari a circa un decimo di quelli di TSMC. È essenzialmente un’impresa statale mal gestita, con problemi di tecnologia e risorse umane persistenti, ma è riuscita a mantenere una nicchia stabile. Con un fatturato di 3,9 miliardi di dollari, si colloca al quinto posto dietro TSMC (46 miliardi di dollari), UMC, Samsung e GlobalFoundries; Samsung è cresciuta molto più velocemente negli ultimi cinque anni. SMIC non è in grado di gestire i chip più sofisticati progettati da aziende cinesi come HiSilicon e, dal 2010,

 

Attrezzature e materiali

 

Per avvicinarsi all’autonomia dei semiconduttori, la Cina dovrà trovare un modo per produrre le apparecchiature e i materiali necessari per realizzare i chip. Questo cestino include il software EDA necessario per progettare i chip, l’attrezzatura specializzata che esegue le fasi di deposizione, litografia, incisione, impianto ionico e controllo del processo che trasformano un wafer di silicio in chip utilizzabili, oltre a prodotti chimici speciali, gas e altri materiali utilizzato in diverse fasi del processo.

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Le barriere all’ingresso in tutti questi segmenti sono elevate e la concentrazione del mercato è estrema. L’EDA è completamente controllata da tre società americane: questo software deve essere perfetto simulatore della fisica dei semiconduttori, altrimenti il ​​prodotto fabbricato non assomiglierà ai progetti. I beni capitali che consentono di incidere i chip sui wafer sono appannaggio di poche aziende, le più importanti delle quali sono Lam Research, Applied Materials e KLA-Tencor negli Stati Uniti, ASML nei Paesi Bassi e Tokyo Electron negli Stati Uniti Giappone. La macchina più avanzata di ASML è uno strumento di litografia ultravioletta estrema da $ 200 milioni, che proietta i laser su goccioline di stagno fuso per creare un plasma che rilascia luce di lunghezza d’onda straordinariamente corta, l’intero processo è controllato da un software personalizzato. I prodotti chimici e i materiali sono prodotti da un piccolo gruppo di aziende altamente specializzate, molte delle quali in Giappone. Le aziende cinesi occupano minuscole nicchie nel software, nelle apparecchiature e nei materiali, rappresentando l’1-5% del mercato globale, ma sono quasi esclusivamente nella fascia bassa e non vi sono ancora indicazioni di un serio sforzo per recuperare. molti di loro in Giappone. Le aziende cinesi occupano minuscole nicchie nel software, nelle apparecchiature e nei materiali, rappresentando l’1-5% del mercato globale, ma sono quasi esclusivamente nella fascia bassa e non vi sono ancora indicazioni di un serio sforzo per recuperare. molti di loro in Giappone. Le aziende cinesi occupano minuscole nicchie nel software, nell’hardware e nei materiali, rappresentando l’1-5% del mercato globale, ma sono quasi esclusivamente nella fascia bassa e non vi sono ancora indicazioni di un serio sforzo per recuperare.

 

Lezioni di scacchi

 

Finora la campagna cinese sui semiconduttori ha prodotto grandi successi (in particolare HiSilicon) e fallimenti più interessanti. Le battute d’arresto sono un utile promemoria che anche in Cina l’ambizione tecnologica alimentata da grandi somme di denaro non garantisce risultati.

 

Il fallimento più spettacolare è quello della Wuhan Hongxin Semiconductor Manufacturing Co., che era essenzialmente una frode sostenuta da sussidi. Nonostante la sua mancanza di esperienza nel settore, il fondatore ha attirato quasi $ 20 miliardi di investimenti ed è riuscito ad assumere un ex dirigente senior di TSMC, che si è dimesso nel giugno 2020 dopo aver denunciato il tempo che era passato come un “incubo”. Un altro spettacolare fallimento è stato quello di Fujian Jinhua, un corteggiatore DRAM che è stato oggetto di un procedimento penale statunitense dopo aver presumibilmente dirottato segreti commerciali dalla società statunitense Micron. Gli Stati Uniti hanno imposto controlli sulle esportazioni che hanno privato l’azienda di strumenti di produzione da fornitori americani e ASML, e Fujian Jinhua hanno sospeso le operazioni nel 2018. Le joint venture lanciate da TowerJazz, GlobalFoundries e Qualcomm a Nanchino, Chengdu e Guizhou hanno tutte dichiarato bancarotta. Tsinghua Unigroup, una holding sostenuta dallo stato che ha partecipazioni in YMTC e altre importanti società di chip, è inadempiente su alcune delle sue obbligazioni, sebbene le operazioni delle sue sussidiarie non sembrino essere influenzate.

 

Questi fallimenti illustrano diversi ostacoli alle ambizioni dei semiconduttori della Cina. Il crollo di Hongxin mostra il rischio di programmi di sovvenzione pesantemente finanziati ma scarsamente regolamentati. Dopo la debacle, la Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma ha annunciato che avrebbe rafforzato la supervisione e un portavoce dell’NDRC ha detto che troppi progetti sono stati avviati da “intrusi non qualificati”. Il caso Fujian Jinhua rivela la difficoltà di ottenere o sviluppare proprietà intellettuale competitiva su scala globale, nonché la vulnerabilità delle aziende cinesi alle sanzioni statunitensi.

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I fallimenti che non implicano la criminalità mettono in luce problemi strutturali più prosaici. Innanzitutto, la fabbricazione dei trucioli è complessa. La creazione di un circuito integrato richiede circa 700 passaggi. Se la percentuale di successo è del 99,9% in ogni passaggio, sarà utilizzabile solo la metà del prodotto finale. In secondo luogo, la Cina è in ritardo: ha iniziato a interessarsi seriamente ai semiconduttori solo alla fine degli anni ’90, quando potenti operatori storici erano già presenti in molti segmenti. Le aziende cinesi devono affrontare una sfida enorme per raggiungere la frontiera tecnologica, per non parlare di portarla avanti. E la natura frammentata del sostegno statale crea una struttura industriale inefficiente. In altri paesi, le industrie nascenti nel settore della tecnologia dell’informazione sono state avviate in cluster ristretti come la Silicon Valley o il parco scientifico Hsinchu di Taiwan. In Cina le start-up sono sparse in tutto il Paese grazie agli incentivi dei governi locali. Infine, per decenni, gli Stati Uniti hanno mantenuto una politica di controllo delle esportazioni informale (e non sempre coerente) al fine di mantenere le aziende cinesi indietro di due generazioni sulle tecnologie avanzate.

 

I principali problemi della Cina sono le spese e il personale. Per quanto enorme possa sembrare il sostegno finanziario della Cina per la sua industria dei circuiti integrati, potrebbe non essere sufficiente. Costruire fabbriche è una cosa, spendere soldi anno dopo anno in ricerca e sviluppo, miglioramento dei processi e nuove attrezzature necessarie per aumentare la produttività e le prestazioni e ridurre il costo dei chip finiti è un’altra. Ogni anno, le aziende cinesi di semiconduttori vengono brutalmente superate dai leader del settore. Le società cinesi produttrici di chip rappresentano meno del 5% della R&S del settore privato globale in questo settore. Il totale dei fondi raccolti dal National IC Fund in cinque anni equivale a un anno del budget di investimento combinato di Samsung e TSMC. TSMC prevede ora di spendere 100 miliardi di dollari nei prossimi tre anni per espandere la propria posizione dominante nel settore manifatturiero e il nuovo CEO di Intel ha annunciato investimenti per 20 miliardi di dollari in nuovi stabilimenti. A causa dei costi, è difficile per la Cina raggiungere la frontiera tecnologica, per non parlare di portarla avanti.

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Anche con finanziamenti abbondanti, le aziende cinesi produttrici di chip sarebbero ancora a corto di talenti. A causa della loro inesperienza nella produzione, i loro ingegneri non hanno la stessa conoscenza dei processi delle loro controparti estere. Gran parte della conoscenza richiesta per creare elenchi puntati non è incorporata negli strumenti e non può essere acquisita in istruzioni esplicite. Il Ministero dell’Industria e dell’Information Technology stima che l’industria cinese dei chip stia affrontando una carenza di 320.000 ingegneri e che le università cinesi formino solo circa 30.000 ingegneri qualificati all’anno. La carenza di dirigenti senior che sanno come gestire aziende di chip di successo è ancora più acuta. Una delle soluzioni è cacciare ingegneri e dirigenti di aziende leader di Taiwan e della Corea del Sud, attirandoli con enormi stipendi e grandi prospettive di crescita. Ci sono stati acquirenti, ma secondo una società di reclutamento di Taipei, solo un migliaio di ingegneri senior taiwanesi hanno lasciato la terraferma dal 2014 e molti sono tornati a Taiwan dopo un breve periodo. Il processo di formazione di un pool di talenti nazionale sarà lungo. e molti sono tornati a Taiwan dopo poco tempo. Il processo di formazione di un pool di talenti nazionale sarà lungo. e molti sono tornati a Taiwan dopo poco tempo. Il processo di formazione di un pool di talenti nazionale sarà lungo.