Fabbriche automatizzate e miniere di quarzo: da dove viene davvero la capacità produttiva dei chip

Nel 1970 IBM gestiva una linea di fabbricazione di wafer completamente automatizzata, che sfornava circuiti integrati in meno di un giorno. IEEE Spectrum lo ha raccontato in un servizio del dicembre 2024 sul Project SWIFT. Il progetto, guidato da Bill Harding nello stabilimento di East Fishkill, nello stato di New York, impiegava in media 5 ore per completare ogni strato del processo.

Per confronto, le fabbriche moderne più veloci impiegano 19 ore per strato di lavorazione, e la media del settore è di 36 ore, secondo lo stesso articolo. IEEE Spectrum osserva che i chip di oggi usano più strati e wafer più grandi, e che questi fattori non colmano del tutto il divario. Questa storia conta perché gran parte della copertura attuale sulla capacità dei semiconduttori tratta il problema come una questione di soldi e di edifici. Le prove documentate suggeriscono che i vincoli più duri stanno altrove: nella progettazione dei processi, nei materiali e nella velocità con cui i wafer passano da una fase all'altra.

I soldi si muovono, ma non in modo uniforme

Il 15 luglio 2026 l'India ha presentato un Mobile Phone Manufacturing Scheme da 625 miliardi di rupie (circa 6,5 miliardi di dollari), della durata di cinque anni. Offre incentivi dal 2,25% al 5% delle vendite ammissibili e un ulteriore 1,5% per chi acquista i componenti chiave a livello locale, ha riferito TechCrunch. New Delhi ha inoltre stanziato altri 1.280 miliardi di rupie (circa 13,3 miliardi di dollari) per la produzione nazionale di semiconduttori, ampliando un programma di incentivi da 10 miliardi di dollari lanciato nel 2021.

La sfida della scala è netta. Nel 2025 la Cina ha rappresentato il 63% della produzione mondiale di smartphone, contro il 18% dell'India, secondo i dati di Counterpoint Research citati da TechCrunch. Apple produce circa il 25% dei suoi iPhone in India, si legge nel rapporto.

La Malesia segue una strada diversa. Il secondo ministro delle Finanze, Amir Hamzah Azizan, ha dichiarato a CNBC mercoledì, durante le riunioni di primavera del FMI a Washington, che "il settore dei semiconduttori è ora nella fase ascendente del ciclo, e la Malesia ne trarrà beneficio". Il paese non considera la Cina, il suo maggiore partner commerciale, un rivale: "Penso che la realtà sia che c'è crescita sufficiente per tutti". La Malesia detiene il 13% del mercato globale dei servizi di packaging, assemblaggio e test dei chip, secondo un rapporto della Malaysian Investment Development Authority datato 18 febbraio. L'obiettivo dichiarato del governo è risalire la catena del valore a partire da quel lavoro di back-end.

Il problema del quarzo non è sparito

La capacità dipende anche da materiali che nessun programma di incentivi può procurarsi in fretta. Spruce Pine, nella Carolina del Nord, ospita gli unici impianti al mondo che producono quarzo ultra-puro. Tom's Hardware lo ha riferito il 1° ottobre 2024, dopo che l'uragano Helene ha portato sulla cittadina oltre due piedi di pioggia.

Sibelco ha confermato la sospensione delle operazioni, si legge nel rapporto, mentre The Quartz Corp ha detto a The Verge che era troppo presto per stabilire se il suo impianto di produzione di quarzo ad alta purezza fosse stato colpito. Strade e comunicazioni erano interrotte, il che rendeva difficile valutare i danni.

L'analisi di Brian Potter per Construction Physics, pubblicata nel novembre 2024, ridimensiona le versioni più apocalittiche di questa storia. I crogioli di quarzo servono alla maggior parte della produzione di semiconduttori, e Spruce Pine fornisce gran parte di quel quarzo, ma non è proprio un perno insostituibile. Le alternative, per usare le sue parole, non sono ancora sviluppate, non sono altrettanto buone e non sono altrettanto economiche.

I numeri che cita sono precisi. 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 forno Czochralski consuma nell'ordine di 20-25 crogioli all'anno. Uno studio che cita stimava che il 30% del costo di produzione dei lingotti di silicio monocristallino derivasse dai crogioli.

Secondo Potter, Spruce Pine produce da 180.000 a 200.000 tonnellate di quarzo ad alta purezza all'anno, in aumento rispetto alle circa 30.000 tonnellate di produzione totale di quarzo ad alta purezza del 2015. Le due aziende che estraggono sul posto sono Covia, controllata dalla società mineraria belga Sibelco, e la Quartz Corp, società mineraria norvegese.

Anche i produttori di macchinari si stanno espandendo. Il 24 ottobre 2024 Texas Instruments ha dichiarato di aver avviato la produzione di semiconduttori di potenza in GaN nel suo stabilimento di Aizu, in Giappone, quadruplicando la propria capacità interna di GaN nei siti statunitensi e giapponesi. Mohammad Yunus, senior vice president of Technology and Manufacturing di TI, ha detto che l'azienda punta a portare la produzione interna oltre il 95% entro il 2030. TI ha anche annunciato di aver sperimentato con successo i processi di produzione GaN su wafer da 300 mm.

Nulla di tutto questo risolve il divario che IBM aveva colmato nel 1970. Una fabbrica si può costruire e finanziare, una miniera si può riparare. Far passare uno strato in cinque ore è un problema di progettazione, e i documenti mostrano che è stato risolto prima.