I semiconduttori sono giù di corda,

di Edoardo Campanella

CAMBRIDGE – “Patatine, sfogliatine per computer, che differenza c’è?” [1], si dice che un consigliere economico del Presidente degli Stati Uniti George H. W. Bush se lo chiedesse agli inizi degli anni ’90. “Un centinaio di dollari dell’uno o un centinaio di dollari dell’altro sono sempre un centinaio di dollari”. A quel tempo, le imprese giapponesi stavano spingendo fuori dal mercato dei semiconduttori di memoria i loro competitori americani, ma le elite del libero mercato di Washington, DC, si opposero energicamente ad ogni forma di politica industriale per proteggere l’industria nazionale dei semiconduttori. Se le società straniere potevano produrre semiconduttori a un prezzo più basso, essi sostenevano, i consumatori americani avrebbero incassato i risparmi sul costo e indirizzato le loro spese su altri settori.

I costruttori di semiconduttori nella Silicon Valley rimasero comprensibilmente costernati. Ma essi non erano certo l’unica industria a soffrire della competizione giapponese, e il Governo americano non si poteva permettere di proteggerle tutte (né poteva rischiare il contraccolpo politico di salvarne alcune e non altre). Negli anni che seguirono, la struttura e la composizione dell’economia statunitense si sviuppò di conseguenza. La quota americana della produzione globale dei semiconduttori scese da 37% nel 1990 al 12% di oggi. Adesso l’Asia realizza più del 70% della produzione di semiconduttori, ma i più avanzati tra essi vengono prodotti esclusivamente a Taiwan e nella Corea del Sud.

Tuttavia, fino alla pandemia del Covid-19 pare che gli Stati Uniti (e il resto del mondo) davvero non comprendessero che i “chips” dei computer fossero in realtà abbastanza diversi da quelli delle patate. Dato che i semiconduttori sono utilizzati in una vasta gamma di prodotti – dai computer, dai telefoni mobili e dai produttori di caffè ai giocattoli, alle automobili ed ai sistemi degli armamenti – la scarsità globale dei semiconduttori è costata all’economia statunitense 240 miliardi di dollari (circa l’1% del PIL). L’industria globale delle automobili ha prodotto da sola 7,7 milioni di veicoli in meno di quelli che avrebbe dovuto, e i settori dell’assistenza sanitaria,della difesa, areospaziole ed energetico hanno patito perdite significative.

Innescando a cascata fermate e accumuli nelle produzioni, la scarsità di semiconduttori  ha contribuito a liberare le spinte inflazionistiche che adesso le banche centrali fanno fatica a reprimere. Come parte di una più generale risposta politica, sia l’Europa che gli Stati Uniti stanno mettendo  in atto misure per rafforzare le loro capacità di produzione interna. La Legge europea sui semiconduttori, annunciata il febbraio scorso, ha l’obbiettivo di mobilitare un valore di miliardi di euro di investimenti pubblici e privati per prevenire futuri blocchi delle catene dell’offerta.

In modo simile, la legge statunitense  Legge sui Semiconduttori e la Scienza, che è stata adottata lo scorso agosto, promette di sostenere una rinascita del settore manifatturiero nazionale. In parallelo gli Stati Unti, nella loro rivalità strategica con la Cina, hanno utilizzato il settore dei semiconduttori come un’arma impropria, imponendo indiscriminati controlli sulle esportazioni per impedire alle società cinesi di accedere ai semiconduttori più avanzati e alle attrezzature per la produzione dei semiconduttori.

Mentre il settore dei semiconduttori si è evoluto, esso è anche diventato uno dei temi geopolitici ed economici più importanti del nostro tempo.

SILICON El DORADO

I semiconduttori sono il materiale da costruzione dell’intelligenza artificiale, delle comunicazioni 5G, dell’Internet degli Oggetti [2], di computer quantistici e di altre tecnologie del futuro [3]. In linea con la Legge di Moore [4] (che è effettivamente una osservazione acuta), il numero dei transistor su un singolo microchip è grosso modo raddoppiato ogni due anni a partire dal 1960, generando un incremento di un migliaio di miliardi di volte nella potenza computazionale. Un telefonino moderno ha un potere di elaborazione dei dati circa 100.000 volte superiore al computer utilizzato per le missioni Apollo sulla Luna.

Sebbene parte di questa storia sia per sua natura globale, questo straordinario progresso non sarebbe stato possibile senza gli imprenditori visionari che resero la Silcon Valley quello che essa è oggi.  Ciononostante, la storica Margaret O’Mara dell’Università di Washington, nel libro Il Codice, smantella la stessa mitologia fondante della Vallata, secondo la quale geni solitari avrebbe cambiato il mondo dai loro garage. “La storia di Silicon Valley non è né una storia di un Grande Governo né quella del libero mercato”, ella scrive. “È entrambe”. Essa non sarebbe esistita senza i suoi leader, ma non avrebbe ottenuto così tanto senza la ricerca finanziata pubblicamente e senza l’innovazione che ha mandato l’umanità sulla Luna ed ha permesso l’ascesa di Internet.

Di sicuro, non si tratta di un argomento del tutto nuovo. Ma la O’Mara è una scrittrice di talento, ed ella sviluppa una meticolosa ricerca per permeare il suo racconto. Mentre gli abitanti di Silicon Valley comprensibilmente potevano concentrarsi straordinariamente sulla rottura dello status quo e sull’invenzione del futuro, coloro che vogliono comprendere il loro mondo hanno bisogno di partire dalla sua storia più profonda.

Quella storia comincia nel 1939, quando due laureati dell’Università di Stanford, William Hewlett e David Packard, crearono una serie di migliorati ‘tubi a vuoto’ [5] per le radio e per altre applicazioni elettroniche. Essi fondarono assieme una società in un garage al numero 367 della Addison Avenue di Palo Alto – oggi considerato il luogo di nascita della Silicon Valley – e la loro tempistica fu impeccabile. Grazie ai copiosi ordinativi del Dipartimento della Difesa durante la Seconda Guerra Mondiale, la Società Hewlett-Packard (HP) ascese rapidamente alla ribalta mondiale, facilitando la successiva commercializzazione della nuova industria elettronica.

Nel frattempo, l’amministratore dell’Università di Stanford, Frederick Terman, riorganizzò la sua istituzione accrescendo le discipline della scienza e dell’ingegneria con i dollari della Difesa federale, e affittando terreni dell’Università ad imprese di alta tecnologia per creare il Parco Industriale di Stanford. Tra le imprese che aprirono lì dei laboratori ci furono la HP e una società di proprietà di William Shockley, il coinventore dei transistor. L’industria dei semiconduttori cominciava a prendere forma.

Il punto di svolta venne nel 1957, quando una manciata degli impiegati più di talento di Shockley –  i suoi “Otto Traditori” – lasciarono la sua società (a causa del suo detestabile stile di direzione) per fondare la Fairchild Semiconductor.  La Fairchild dovette la sua crescita iniziale al suo ruolo di appaltatore per il Governo del ‘Programma Apollo’ negli anni ’60. Ma nel corso del tempo, i suoi fondatori guidarono e investirono in centinaio di start-up che giunsero a caratterizzare la Vallata – comprese la Intel, che introdusse il primo microprocessore, e l’impresa con capitali di rischio Kleiner Perkins.

Per sua parte, il Governo federale statunitense non si limitò ad acquistare semiconduttori e circuiti da queste società. Esso venne attivamente dando forma ad incentivi con l’obbiettivo di far progredire la ricerca scientifica. Agli imprenditori venne concessa ampia libertà nello spingere i confini della tecnologia. “Il Governo statunitense”, spiega O’Mara, “entrò nell’affare dell’elettronica e divenne, in un certo senso, il primo, e forse il maggiore, capitalista di rischio”.

Ovviamente, gli abitanti più recenti della Vallata hanno finito per negare il ruolo del Governo come catalizzatore. Nel 1996, ad esempio, il futuro amministratore delegato della Apple Steve Jobs si vantava che “la Silicon Valley tradizionalmente non è alla ricerca di finanziamenti”. E tuttavia, la sua suprema realizzazione, l’iPhone, non esisterebbe senza una serie di tecnologie fondamentali che nel corso degli anni sono state finanziate dal Governo federale.

GUERRE DI SEMICONDUTTORI

Verso la fine del suo libro, O’Mara osserva che la Silicon Valley “non è più semplicemente una località della California settentrionale”, ma piuttosto il centro di una “vasta catena dell’offerta” che si distende su tre continenti. Nel libro “Guerra dei semiconduttori”, Chris Miller, uno storico della Tufts University, offre un racconto dettagliato della evoluzione dell’industria, comprese interviste con alcuni dei principali protagonisti. A partire dagli anni ’70, le imprese dei semiconduttori (come molte altre) trovarono vantaggioso spostare la produzione nell’Asia Orientale, con la sua abbondante forza lavoro non costosa e le regolamentazione più blanda sulle sostanze chimiche tossiche coinvolte nelle produzioni. Una volta che si avviò questa tendenza, una feroce competizione di mercato si prese carico del resto.

Quando l’industria statunitense dei semiconduttori era ancora nella sua infanzia, negli anni ’60, essa non si misurava quasi con alcun competitore. Sebbene i sovietici adottassero subito una strategia per ‘copiarla’, questa si mostrò inadeguata per una tecnologia che cresceva con la velocità della Legge di Moore. Nel momento in cui i sovietici diventavano esperti di un semiconduttore di nuovo modello, esso era già obsoleto. Ma negli anni ’80, il Giappone era emerso come un serio sfidante.  Intel (allora sotto la guida di Andy Grove) si ritrovò ad essere espulsa dal mercato dei semiconduttori della memoria [6] e dovette reinventarsi come una società di microprocessori.

Quella scelta venne premiata e costituì la premessa per l’ascesa dell’industria statunitense dei computer. Ma il settore dei semiconduttori, in senso più stretto, si è evoluto in un modo peculiare. Da una parte, esso è tra i settori più internazionalmente integrati nel mondo, con le differenti fasi della ricerca, della progettazione, della produzione e dell’assemblaggio distribuite tra l’America del Nord, l’Europa e l’Asia Orientale. Le imprese statunitensi dei semiconduttori lavorano, in media, con circa 16.000 fornitori.

D’altra parte, essa è anche una delle industrie più concentrate del mondo. A ciascuno stadio della catena globale del valore, solo poche imprese giocano un ruolo sproporzionato, a seguito della complessità delle tecnologie e della dimensione degli investimenti che richiedono. Problemi in ognuna di queste società possono bloccare l’intera industria.

Mentre una manciata di società statunitensi controllano la catena dell’offerta a monte – in particolare la progettazione del software – nella produzione dei semiconduttori ci sono altri due colli di bottiglia fondamentali. La società olandese ASML ha il monopolio sui sistemi di litografia di avanguardia che vengono utilizzati per stampare i minuscoli motivi che determinano cosa faranno i semiconduttori.

In modo simile, la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) produce più del 90% dei semiconduttori di avanguardia che servono come “cervelli” nei congegni elettronici (questi sono semiconduttori logici che processano l’informazione per portare a termine un compito, diversamente dai semiconduttori tecnologicamente meno sofisticati che immagazzinano le informazioni). Presso il suo stabilimento più avanzato, il Fab 18, la TSMC può produrre semiconduttori di avanguardia che hanno la caratteristica di essere altrettanto piccoli di tre nanometri – ovvero circa un quarantesimo delle dimensioni del coronavirus. E, ad evidenziare la fragilità della catena dell’offerta, i destini di ASML e di TSMC sono interconnessi, perché la seconda non è capace di operare senza le tecnologie litografiche vendute dalla prima.

LA LUCENTEZZA DEL SILICONE DI TAIWAN [7]

La TSMC venne fondata nel 1987 da Morris Chang, che era nato in Cina ma aveva speso una gran parte della sua carriera lavorando presso la Texas Instruments (TI) negli Stati Uniti, dove aveva giocato un ruolo fondamentale nella ottimizzazione della produzione di semiconduttori. Dopo essere transitato per il ruolo di amministratore delegato della TI, egli se ne andò a Taiwan per costruire il suo impero di semiconduttori.

Come per Silicon Valley i soldi pubblici furono fondamentali. Per il successo delle imprese di semiconduttori che misero radici non solo a Taiwan, ma anche in Giappone e nella Corea del Sud, il sostegno dei Governi fu completo. Se a Chang fosse stata offerto un incarico di alta dirigenza in Texas, Taiwan probabilmente sarebbe stata assai meno rilevante – geopoliticamente ed economicamente – di quanto è oggi. La attuali tensioni sino-americane sull’isola derivano in parte dalle politiche interne della Cina, ma anche dai timori statunitensi e cinesi di perdere l’accesso ai semiconduttori più avanzati. La speranza di Taiwan è che il suo “scudo di silicone” scoraggerà completamente una aggressione cinese e indurrà l’Occidente a proteggerla. Ma, come la Cina ha dimostrato con le sue esercitazioni navali a seguito della visita a Taiwan della allora Presidente della Camera degli Stati Uniti Nancy Pelosi nell’agosto del 2022, essa può efficacemente impedire che i prodotti lascino l’isola.

Se la Cina invadesse Taiwan, anche con l’esplicito proposito di impadronirsi della TSMC, difficilmente l‘impresa resterebbe utilizzabile e l’impatto economico globale sarebbe profondo. Una invasione renderebbe gli stabilimenti della società in Taiwan “non operativi” perché la produzione di semiconduttori dipende “dalla connessione in tempo reale con il mondo esterno: con l’Europa, con il Giappone, con gli Stati Uniti”. Inoltre, nel caso di un’invasione, i taiwanesi potrebbero semplicemente distruggere gli stabilimenti.

Le società ed i Governi sono sempre più consapevoli di questi rischi – e sempre più preoccupati della centralità dell’industria di Taiwan. Le imprese private stanno cercando di diversificare le loro catene dell’offerta fuori dall’isola siglando accordi con altri paesi asiatici, e i Governi stanno attirando le imprese mentre cercano di ricostruire le loro potenzialità nazionali. Il Presidente degli Stati Uniti Joe Biden di recente ha persuaso la TSMC a costruire nuovi stabilimenti in Arizona, sviluppando una forma di sostegno pubblico che assomiglia alle politiche industriali adottate dai governi asiatici negli anni ’80.

LA TENTAZIONE DELLE SANZIONI

Gli Stati Uniti hanno accelerato questo processo di ricollocazione utilizzando come arma impropria la propria posizione nell’industria globale dei semiconduttori. Secondo il consigliere della sicurezza nazionale di Biden, Jake Sullivan, gli Stati Uniti non possono più contare sul fatto che sia sufficiente semplicemente restare un paio di generazioni sulle tecnologie principali più avanti dei propri competitori. “Considerata la natura basilare di certe tecnologie, come la logica avanzata e i semiconduttori della memoria”, ha detto lo scorso settembre, “dobbiamo mantenere una guida più vasta possibile”.

Quindi, con la sua messa al bando delle esportazioni di ottobre, l’Amministrazione Biden ha preso di mira le vendite di semiconduttori con elevate prestazioni alla Cina. Alle società statunitensi non viene più consentito di offrire semiconduttori per computer avanzati, attrezzature per la realizzazione di semiconduttori o prodotti collegati ad acquirenti cinesi, a meno che non siano provvisti di una particolare licenza. La messa al bando si applica anche alle società straniere che utilizzano la tecnologia statunitense nei semiconduttori. L’obbiettivo è stabilire una stretta sulle tecnologie avanzate dei computer e dei semiconduttori. Dal momento che i produttori cinesi dei semiconduttori si specializzano nella produzione di microprocessori meno avanzati (per gli usi in applicazioni  come i refrigeratori e le lavatrici), essi non hanno la capacità di produrre semiconduttori di avanguardia utilizzati nelle applicazioni dell’Intelligenza Artificiale. Privando la Cina dei semiconduttori, del personale e delle attrezzature di alta fascia per costruirne in proprio, gli Stati Uniti stanno effettivamente bloccando la strada dello sviluppo tecnologico ed economico della Cina.

Nel libro La ritorsione, Agathe Demarais, la direttrice delle previsioni della Economist Intelligence Unit, mette in evidenza i rischi di tali misure. Sebbene il suo manoscritto fosse concluso prima della messa al bando delle esportazioni di semiconduttori, il suo argomento è preveggente: le sanzioni hanno un tasso di successo modesto, elevati costi economici e massicce conseguenze involontarie. Per essere efficaci esse dovrebbero essere mirate, di breve termine e seguite dagli alleati.

Nessuna di queste condizioni è soddisfatta dalla messa a bando delle esportazioni di semiconduttori.  Il suo obbiettivo – sopprimere l’avanzata economica della Cina – è sia indiscriminato che a lungo termine, e gli alleati statunitensi non sono stati neppure consultati su di esso prima del tempo. Peggio ancora, tali sanzioni inviteranno alle ritorsioni: una ulteriore scalata delle tensioni su Taiwan, un taglio sulle terre rare (l’81% delle quali provengono dalla Cina), oppure una spinta da parte della Cina a sviluppare le sue proprie potenzialità interne.

È vero, senza la tecnologia statunitense, le imprese cinesi non possono produrre i semiconduttori più piccoli e più avanzati. Ma, secondo una analisi credibile, la Cina potrebbe ancora basarsi su fornitori non-americani per circa il 70% dei suoi fabbisogni di microchip. Le autorità stanno anche incanalando investimenti verso società indigene concentrate sui semiconduttori, sulla progettazione di software e sulle attrezzature per la produzione di semiconduttori. E oltre a cercar di creare campioni nazionali in questi settori, le autorità cinesi stanno creando un ecosistema di industrie più piccole, ad alta specializzazione che sono la chiave per la produzione dei semiconduttori – come la deposizione del vapore [8], la pulizia dei wafer, il rapido trattamento termico e la metrologia [9].

Con il programma Made in China 2025 con il Presidente Xi, il paese si propone di essere autosufficiente per i semiconduttori per la metà del decennio, con fornitori nazionali che soddisfino il 70% dei suoi fabbisogni. Per sostenere questo sforzo, il Governo sta facendo leva su fondi di investimento appoggiati dallo Stato per fornire i capitali per lo sviluppo e la produzione di semiconduttori nazionali. Sono già stati impegnati circa 120 miliardi di dollari per realizzare la parità tecnologica con gli Stati Uniti entro il 2035.

UNA TECNOLOGIA, DUE SISTEMI

La competizione sui semiconduttori è parte di una più generale battaglia geopolitica. I semiconduttori forniscono la potenza computazionale che è necessaria per analizzare i dati, e più dati si producono, più si ha bisogno di potenza computazionale. La Cina produce una gran quantità di dati, il che è un vantaggio nell’Intelligenza Artificiale (IA). Ma senza accesso ai semiconduttori più sofisticati, essa non può restare nella prima linea degli sviluppi dell’IA (che a loro volta sono utilizzati per sorreggere la sua fame di dati per la sorveglianza statale).

Nel libro I fili della guerra, Jacob Helberg, nel passato responsabile globale per la politica delle informazioni di Google, discute come i regimi “tecno-totalitari” stanno cercando di usare l’hardware ed il software di internet per dividere il mondo in sfere di influenza stile ventesimo secolo. Helberg descrive come potenze straniere male intenzionate utilizzano internet per condurre guerre asimmetriche. La “guerra del software” consiste nella disinformazione dei social media, mentre la “guerra dell’hardware” riguarda di più gli accessi illegali ai congegni tecnologici e alle informazioni private. La Russia si distingue nella prima, la Cina nella seconda. La stessa ricollocazione della produzione di semiconduttori da parte dell’America è un esempio chiaro di tale posizionamento strategico. Diversamente dagli anni ’80, quando la competizione economica da parte del Giappone riformò l’industria dei semiconduttori, di questi tempi la guida principale del cambiamento è la rivalità geopolitica. I paesi stanno competendo per l’accesso ai semiconduttori più avanzati, ed i governi stanno diventando pianificatori attivi dell’industria, piuttosto che soltanto suoi clienti. Persino a Washington, la politica industriale non  è più un’anatema.

Come risultato, le catene dell’offerta è probabile che divengano più corte e più regionali, comportando costi di produzione più elevati e sostanziali perdite di efficienza. Prevedibili condizionamenti tecnici trasformeranno ancora una volta il settore, perché la miniaturizzazione dei semiconduttori raggiungerà i suoi limiti fisici (la Legge di Moore, alla fine, deve avere un termine).

Per Silicon Valley conservare la sua supremazia, restando avanti a tutti nell’innovazione, non sarà sufficiente. Essa ha bisogno di concentrarsi nuovamente sulla produzione di prodotti fisici, piuttosto che soltanto di servizi digitali. Ed ha bisogno di identificare le fonti potenziali delle future crisi in modo da prepararsi agli improvvisi adattamenti che i nuovi contesti geopolitici potrebbero richiedere. Come si esprimeva Grove [10] nel raccontare la sua radicale revisione di Intel sotto la spinta della competizione giapponese: “Sopravvivono solo i paranoici”. Lo stesso è vero per gli imprenditori odierni della tecnologia. La rottura è una strada a due sensi di marcia.