L'industria globale dei semiconduttori sta attraversando un periodo critico di continui aggiornamenti. Nuove tecnologie e nuovi settori accelerano costantemente l'espansione. Fattori chiave come la domanda e l'offerta promuovono ulteriormente la ristrutturazione della catena industriale. Rischi e opportunità coesistono nel mercato globale.

Lo sviluppo di qualsiasi settore industriale è inscindibile dall'innovazione. Si può affermare che l'innovazione sia la forza trainante di tutte le nuove tecnologie. Grazie alla continua innovazione e al costante perfezionamento della tecnologia, l'industria dei semiconduttori è gradualmente diventata un settore strategico e leader, con la più alta penetrazione applicativa e la più ampia influenza sul mercato.

Dal 9 all'11 giugno 2021, presso il Nanjing International Expo Center si sono tenuti la World Semiconductor Conference e la Nanjing International Semiconductor Expo. Con il tema "Innovazione e cambiamento, vantaggio reciproco con il nucleo centrale", discuteremo insieme di innovazione e cooperazione, sviluppo e vantaggio reciproco nell'industria mondiale dei semiconduttori. (Suggerimento: la risposta di sfondo "Forum dell'innovazione"Il materiale di presentazione per l'Innovation Forum di questa Conferenza Mondiale sui Semiconduttori è disponibile; i dettagli sono riportati alla fine dell'articolo."

Con la continua integrazione e lo sviluppo di tecnologie emergenti come l'intelligenza artificiale, il 5G e l'Internet delle cose, la trasformazione digitale globale sta accelerando, dando impulso allo sviluppo dell'industria dei semiconduttori. In quanto pilastro dell'economia del futuro, la tecnologia del settore dei semiconduttori ha registrato una serie di importanti progressi.

Nuove direzioni nell'era post-Moore

Dalla formulazione della Legge di Moore, si è raggiunto il limite fisico e le prestazioni e il consumo energetico dei chip hanno incontrato delle strozzature. D'altra parte, anche i mezzi tecnici e i costi economici sono fattori che limitano lo sviluppo della Legge di Moore. Wu Hanming, accademico dell'Accademia cinese di ingegneria e preside della Facoltà di Micro-Nanoelettronica dell'Università di Zhejiang, ha affermato che nell'era post-Moore, lo sviluppo tecnologico dell'industria dei semiconduttori ha subito un rallentamento e, al contempo, si sono ampliati gli spazi per l'innovazione e le opportunità di recupero. Il calcolo ad alte prestazioni, il mobile computing e il rilevamento autonomo sono diventati le direzioni trainanti per lo sviluppo della tecnologia dei chip. Per migliorare le prestazioni, il consumo energetico, l'area e il costo (PPAC) di un chip, il processo di produzione dovrà affrontare tre sfide principali.

Il primo è la grafica di precisione. Un processo che utilizza una macchina per fotolitografia come apparecchiatura principale, attualmente impiega principalmente una lunghezza d'onda di 193 nanometri per formare motivi di 20 e 30 nanometri, il che è tecnicamente molto difficile.

Il secondo aspetto riguarda i nuovi materiali. Il miglioramento delle prestazioni derivante dalla miniaturizzazione è limitato, pertanto è necessario ricercare nuovi materiali per soddisfare i crescenti requisiti prestazionali. Nuovi materiali e nuovi processi sono i temi principali della produzione di chip per circuiti integrati.

Il terzo obiettivo è migliorare il tasso di resa. La resa è il parametro di riferimento per verificare se un processo è realmente maturo, ed è anche la sfida più difficile che le aziende produttrici di chip si trovano ad affrontare.

Secondo Mao Junfa, accademico dell'Accademia cinese delle scienze, membro del Comitato permanente del Comitato del Partito e vicepresidente dell'Università Jiao Tong di Shanghai, esistono due possibili percorsi di sviluppo per i chip a semiconduttore. Il primo consiste nel proseguire la Legge di Moore, il secondo nel superarla. Esistono molti modi per superare la Legge di Moore, e l'integrazione eterogenea è uno di questi.

L'integrazione eterogenea può combinare i vantaggi di diversi materiali semiconduttori, processi, strutture e componenti o chip, consentendo di realizzare funzioni potenti e complesse con eccellenti prestazioni complessive, superando i limiti prestazionali di un singolo processo semiconduttore e offrendo i vantaggi di grande flessibilità, elevata affidabilità e cicli di ricerca e sviluppo brevi. Mao Junfa ha affermato che la ricerca sull'integrazione eterogenea riveste grande importanza. Lo sviluppo dei circuiti integrati si è spostato da un singolo processo omogeneo all'integrazione di molteplici processi eterogenei, dall'integrazione planare bidimensionale all'integrazione tridimensionale e da un approccio TOP-DOWN a un approccio BOTTOM-UP.

Zheng Li, vicepresidente dell'Associazione cinese dell'industria dei semiconduttori e direttore e CEO di Changdian Technology, ha affermato che nell'era post-Moore, la densità e l'integrazione dei chip sono diventate sempre più complesse e il packaging avanzato non si limita più alla "sigillatura" e all'"installazione", ma si sta evolvendo verso l'"integrazione" e la "connessione". Colossi internazionali come AMD, TSMC e Intel stanno attivamente implementando l'integrazione eterogenea e sviluppando tecnologie back-end per semiconduttori al fine di raggiungere un'elevata integrazione e interconnessione dei chip.

Tuttavia, i processi di produzione e di integrazione ad alta densità da soli non bastano. La produzione dei wafer e la successiva produzione del prodotto finito devono essere collegate fin dalle prime fasi di pianificazione e progettazione del chip per garantire la resa e migliorare le prestazioni.

L'industria dei semiconduttori in crisi

La legge di Moore è in declino e la tecnologia dei chip a semiconduttore necessita urgentemente di innovazione. Tuttavia, il mercato dei semiconduttori sta affrontando cambiamenti epocali, senza precedenti da un secolo. All'inizio del 2020, lo scoppio della pandemia ha causato una grave carenza di chip nel mercato globale dei semiconduttori, con il settore dell'elettronica automobilistica particolarmente colpito. Ad oggi, case automobilistiche come Hyundai, Kia, General Motors e Ford hanno sospeso la produzione a causa dell'insufficiente fornitura di chip, subendo ingenti perdite.

Secondo un rapporto di ricerca di Goldman Sachs, ben 169 settori in tutto il mondo sono stati colpiti in qualche misura dalla carenza di chip, dall'elettronica automobilistica all'elettronica di consumo, fino alla produzione di sapone alla birra. L'impatto della carenza di chip non si è attenuato, ma si è intensificato.

Li Ke, vicepresidente di CCID Consulting Co., Ltd., ritiene che le cause della carenza di chip siano principalmente tre: fattori legati alla domanda di mercato, problemi di offerta e difficoltà nel collegamento tra domanda e offerta. Secondo le statistiche di mercato, il tasso di crescita del mercato dei semiconduttori ha raggiunto il 31.9% e il 22% rispettivamente nel 2010 e nel 2017, anni in cui non si è registrata alcuna carenza di componenti di base. È evidente che la carenza di componenti di base nel 2020 non è dovuta a un'improvvisa crescita esponenziale del mercato e a un'amplificazione della domanda, bensì a un problema di offerta e di collegamento tra domanda e offerta.

Ju Long, vicepresidente globale di SEMI e presidente per la Cina, ha affermato che la carenza di core è il riflesso di una capacità produttiva insufficiente, e che tale insufficiente capacità produttiva è un problema diffuso. Dai nodi più avanzati ai materiali, fino ai substrati critici per il packaging e il collaudo, si è diffuso il panico per la carenza di core. Parlando specificamente della carenza di core nel settore automobilistico, oltre alla forte domanda e all'insufficiente capacità produttiva, anche la mancanza di capacità di gestione della catena di approvvigionamento da parte delle case automobilistiche è una delle cause dell'attuale situazione di "carenza di core".

I produttori a monte e a valle dell'intera catena industriale, dalla produzione, confezionamento e collaudo dei chip, alla progettazione, fino ad arrivare ad automobili, reti, elettronica di consumo, ecc., sono stati colpiti dalla carenza di chip e hanno adottato misure. I principali produttori come TSMC, Samsung, Texas Instruments e SMIC stanno espandendo attivamente la capacità produttiva e ricercando nuove soluzioni innovative. Anche AMD e altre fabbriche fabless, così come le case automobilistiche a valle, stanno attivamente cercando collaborazioni per garantire l'approvvigionamento della capacità produttiva.

Secondo numerose osservazioni del settore, la carenza di chip si protrarrà per uno o due anni. I mercati a monte e a valle stanno spingendo al rialzo i prezzi, e i chip rimangono commerciabili ma privi di valore intrinseco. Per le piccole e medie imprese, il 2020 si preannuncia un anno difficile. Anche i principali produttori devono urgentemente apportare modifiche per adattarsi alle nuove tendenze di sviluppo del mercato.

Ricerca dello sviluppo attraverso l'innovazione e il cambiamento.

Secondo le previsioni di diverse istituzioni, le dimensioni del mercato dei semiconduttori nel 2021 "cresceranno, cresceranno, cresceranno". Si prevede un tasso di crescita del 15-20% nel 2021 e il valore del mercato supererà i 500 miliardi di dollari, raggiungendo un nuovo traguardo.

Dal 2020, in base alla domanda di mercato, le aziende della filiera globale dei semiconduttori hanno intensificato i propri investimenti per far fronte ai cambiamenti e perseguire lo sviluppo. Gli impianti di produzione di wafer da 12 pollici, guidati da Taiwan e Corea del Sud, sono in continua espansione, e anche la capacità produttiva di wafer da 8 pollici in Cina continua ad aumentare. I produttori di dispositivi a semiconduttore continuano a incrementare gli investimenti e i capitali destinati alla ricerca e sviluppo. Samsung, Intel e altri produttori stanno aumentando gli investimenti e ampliando gli stabilimenti di produzione di chip in tutto il mondo.

Di fronte all'attuale situazione di mercato, si presenta al contempo un'opportunità e una sfida per i produttori nazionali. Nel 2020, il mercato cinese della produzione di chip ha raggiunto i 256 miliardi di dollari, mentre quello del packaging e del collaudo si è attestato a 250.9 miliardi di dollari. Ciò significa che, per la prima volta nella storia, l'industria cinese della produzione di chip ha superato quella del packaging e del collaudo, e che la struttura dell'industria nazionale dei semiconduttori continua a essere ottimizzata. Il rapido sviluppo dell'industria della produzione di chip ha fortemente sostenuto lo sviluppo dell'industria cinese dei circuiti integrati, fornendo al contempo una solida garanzia per la sicurezza della catena di approvvigionamento e della filiera industriale.

Nuove tecnologie come il 5G, l'intelligenza artificiale e la guida autonoma si stanno integrando nel mercato. Anche i materiali, le tecnologie e i processi dei semiconduttori vengono rapidamente aggiornati e perfezionati. In futuro, la struttura del mercato subirà una reintegrazione. Li Ke ha affermato che le imprese lungo l'intera filiera industriale dovrebbero avere una chiara comprensione delle future tendenze di mercato e ricercare proattivamente nuove opportunità.

Riassumere

L'industria globale dei semiconduttori sta attraversando un periodo critico di continui aggiornamenti. Nuove tecnologie e nuovi settori stanno accelerando costantemente l'espansione. Fattori chiave come la domanda e l'offerta stanno ulteriormente promuovendo la ristrutturazione della catena industriale. Rischi e opportunità coesistono nel mercato globale. Negli ultimi anni, il tema della sostituzione della produzione locale è rimasto di grande attualità. Il 2021 segna l'inizio del 14° Piano quinquennale. Ogni impresa dovrebbe porsi come protagonista nell'ottimizzazione del layout industriale, nell'innovazione tecnologica iterativa, nel consolidamento delle competenze tecniche e nel supporto all'implementazione di applicazioni nazionali.

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