La capacità dei semiconduttori è fatta di colli di bottiglia, non solo di annunci di fabbriche

Ogni pochi mesi un governo annuncia un pacchetto per i semiconduttori. Un'azienda posa la prima pietra di una fabbrica e il numero che finisce nei titoli è in miliardi di dollari. La storia più difficile sta sotto: che cosa limita davvero quanti chip il mondo può produrre, e con quale velocità. Tre dettagli della filiera pubblicati negli ultimi due anni indicano che la risposta non è soltanto il numero di fabbriche.

Partiamo dalla storia del settore. Il servizio di IEEE Spectrum del dicembre 2024, "The Forgotten Story of How IBM Invented the Automated Fab", racconta il Progetto SWIFT. A guidare quel programma di ricerca produttiva fu Bill Harding, manager IBM a East Fishkill, nello stato di New York, nel 1970. Harding puntava a una linea di fabbricazione di wafer completamente automatizzata, capace di produrre circuiti integrati in meno di un giorno. All'epoca i circuiti integrati, come i chip RAM, passavano di norma attraverso decine di postazioni manuali nell'arco di circa un mese.

SWIFT impiegava in media 5 ore per completare ogni strato del processo di fabbricazione, mentre le fabbriche moderne più veloci richiedono 19 ore per strato di lavorazione, e la media del settore è di 36 ore.

Il confronto viene direttamente da IEEE Spectrum. L'articolo osserva che i chip di oggi sono costruiti con più strati su wafer più grandi e con lavorazioni più complesse. Questi fattori non colmano il divario, sostiene. Molte innovazioni di SWIFT sono ormai standard negli impianti automatizzati, ma i suoi tempi di attraversamento non sono mai stati eguagliati. La lezione per chi pianifica la capacità è scomoda: la produttività per metro quadrato di camera bianca è un problema di progettazione, non solo di capitali.

Da dove arriva la materia prima

Poi c'è Spruce Pine, nella Carolina del Nord. Il 1 ottobre 2024 Tom's Hardware ha riferito che l'uragano Helene ha portato sulla cittadina più di due piedi di pioggia. La tempesta ha tagliato strade e corrente e ha lasciato incerto lo stato delle miniere locali di quarzo ad alta purezza. Due aziende estraggono quarzo ultrapuro in quella zona: Sibelco North America e The Quartz Corp. Tom's Hardware ha scritto che un portavoce di Quartz Corp ha detto a The Verge che era troppo presto per dire se la produzione fosse stata compromessa. Sibelco avrebbe confermato una sospensione delle attività. I tentativi ripetuti di contattare Sibelco sono falliti per l'assenza di servizio telefonico nella zona.

Perché una cittadina così piccola conta? I crogioli di quarzo contengono il silicio fuso durante il processo Czochralski. Quel processo trasforma il polisilicio in lingotti monocristallini, che vengono poi tagliati in wafer. Le impurità del crogiolo migrano nella massa fusa e i semiconduttori sono estremamente sensibili alla contaminazione. L'analisi di Brian Potter per Construction Physics, pubblicata l'8 novembre 2024, mette il commercio in prospettiva. Si stima che Spruce Pine produca da 180.000 a 200.000 tonnellate di quarzo ad alta purezza all'anno, e il quarzo ad alta purezza costa nell'ordine di 10.000 dollari alla tonnellata. I crogioli costano diverse migliaia di dollari ciascuno e durano circa 400 ore di funzionamento. Un singolo forno CZ consuma da 20 a 25 crogioli all'anno. Uno studio ha stimato che i crogioli rappresentano il 30% del costo di produzione dei lingotti di silicio monocristallino.

Potter è prudente sulla versione apocalittica della storia. Tagliare fuori Spruce Pine probabilmente non fermerebbe del tutto la produzione di semiconduttori, scrive. Significherebbe rese più basse e costi più alti. Esistono alternative, ma non sono ancora sviluppate, non sono altrettanto buone o non sono altrettanto economiche. Osserva anche che il settore del quarzo ad alta purezza è estremamente riservato e che i numeri precisi sono difficili da ottenere. Vale la pena ricordarlo la prossima volta che una singola miniera viene descritta come il fondamento dell'economia moderna.

Aggiungere capacità in luoghi diversi

Intanto la capacità cresce in forme che non assomigliano a una fabbrica di logica all'avanguardia. Il 24 ottobre 2024 Texas Instruments ha annunciato di aver avviato la produzione di semiconduttori di potenza al nitruro di gallio nel suo stabilimento di Aizu, in Giappone. Insieme alla produzione GaN già attiva a Dallas, in Texas, TI ha dichiarato che produrrà internamente quattro volte più semiconduttori di potenza al GaN man mano che Aizu sale a regime. L'azienda ha detto di aver qualificato la tecnologia GaN su wafer da 200 mm per la produzione di massa.

Il comunicato di TI cita Mohammad Yunus, vicepresidente senior per la tecnologia e la produzione. Ha detto che il traguardo sostiene un piano per portare la produzione interna a oltre il 95% entro il 2030, approvvigionandosi da più siti TI. TI ha anche detto di aver sperimentato processi di produzione GaN su wafer da 300 mm. I suoi processi ampliati sono completamente trasferibili ai 300 mm. Il GaN è un'alternativa al silicio per la conversione di potenza. Si usa negli alimentatori di laptop e telefoni, nei motori di riscaldamento e condizionamento e negli alimentatori dei server. Non compete con la logica all'avanguardia, ma fa parte del quadro più ampio della capacità dei semiconduttori.

La spinta governativa più esplicita arriva dall'India. Il 15 luglio 2026 TechCrunch ha riferito che New Delhi ha presentato un Mobile Phone Manufacturing Scheme da 625.000.000.000 ₹, circa 6.500.000.000 dollari, della durata di cinque anni. Offre incentivi dal 2,25% al 5% delle vendite ammissibili e un extra dell'1,5% per chi si rifornisce localmente di componenti e sottosistemi chiave. Il governo ha anche stanziato altri 1.280.000.000.000 ₹, circa 13.300.000.000 dollari, per la produzione nazionale di semiconduttori. Questo amplia un programma di incentivi da 10.000.000.000 dollari lanciato nel 2021, con un sostegno maggiore per macchinari, materiali, progettazione e ricerca.

La dimensione del divario è nello stesso articolo. Nel 2025 la Cina ha rappresentato il 63% della produzione mondiale di smartphone, contro il 18% dell'India, secondo Counterpoint Research. Apple ha iniziato ad assemblare iPhone in India nel 2017 e oggi circa il 25% dei suoi iPhone è prodotto lì, riferisce TechCrunch. Il programma per gli smartphone durerà fino a marzo 2031. Il governo prevede che la produzione di telefoni cellulari in quel periodo arrivi a circa 39.000.000.000.000 ₹, all'incirca 405.000.000.000 dollari. Si aspetta che il programma crei circa 60.000 posti di lavoro diretti. Navkendar Singh di IDC dice a TechCrunch che il programma segna un passaggio da "assemblare di più" verso profondità, ricerca e sviluppo e cattura di valore locale. Secondo lui l'India è stata eccellente nell'assemblaggio finale, restando dipendente dai componenti importati.

La Malesia offre un terzo modello. Il 18 aprile 2024 CNBC ha riferito che il vice ministro delle Finanze Amir Hamzah Azizan ha detto che il paese non si lascia intimidire dalla concorrenza di Cina o Stati Uniti mentre si sposta verso la produzione di semiconduttori di fascia alta. "Lo spazio dei semiconduttori è ora in una fase di crescita e la Malesia ne trarrà beneficio", ha detto a Karen Tso di CNBC alle riunioni di primavera del FMI a Washington. Secondo un rapporto del 18 febbraio della Malaysian Investment Development Authority citato da CNBC, la Malesia detiene il 13% del mercato globale dei servizi di imballaggio, assemblaggio e test dei chip. Il ministro ha detto che la Malesia non competerebbe frontalmente nella fascia alta. Ha inquadrato l'opportunità come diversificazione della filiera da parte degli utenti finali.

Che cosa significa davvero capacità

Mettendo insieme questi elementi, la questione della capacità assomiglia meno a una corsa unica e più a un insieme di vincoli collegati. La costruzione di fabbriche all'avanguardia si prende gli annunci. Ma i wafer avviati dipendono anche dall'approvvigionamento di crogioli da una manciata di miniere. Dipendono da quante ore richiede ogni strato di lavorazione. Dipendono dall'esistenza di capacità di assemblaggio e test in luoghi come la Malesia. E dipendono dalla capacità di paesi come l'India di andare oltre l'assemblaggio finale verso componenti e progettazione.

Niente di tutto questo rende sbagliati i numeri delle fabbriche da miliardi di dollari. Li rende incompleti. La domanda utile non è quanti soldi vengono impegnati. È quale di questi colli di bottiglia i soldi allentano davvero.