Chi ha mangiato tutti i «chip»?


Componente chiave nella robotica e automazione, i semiconduttori vengono prodotti in impianti di produzione automatizzati altamente sofisticati. La domanda di chip è destinata a crescere nel tempo, man mano che la digitalizzazione, l’intelligenza artificiale, la guida autonoma e l’Internet delle cose industriale verranno integrati nella società.

A cura di Julian Beard, CFA, Senior Portfolio Manager, Credit Suisse Asset Management Thematic Equities


Scopri le soluzioni di investimento

Con tutti i certificate di Orafinanza.it


L’età dell’oro della tecnologia

Digitalizzazione, guida autonoma, intelligenza artificiale: queste tre cose non sarebbero realizzabili senza chip. Tra il 2012 e il 2019 le capacità dell'intelligenza artificiale sono raddoppiate ogni 3,4 mesi, in gran parte grazie ai semiconduttori. Per procedere di questo passo, sarà necessaria una quantità gigantesca di chip integrati in un’enorme gamma di dispositivi.

Se nel 1964, il chip con la maggiore «densità di transistor» sosteneva solo 64 transistor, nel 2020 il chip A14 Bionic dell’iPhone 12 contiene 11,8 miliardi di transistor, in un chip delle dimensioni di appena 88 mm. “Si tratta di un’incredibile quantità di componentistica in uno spazio all’incirca delle dimensioni di un’unghia”, osserva Julian Beard, CFA, Senior Portfolio Manager, Credit Suisse Asset Management Thematic Equities.

Ma com’è possibile? Nel 1965, Gordon Moore (cofondatore di Intel, diventato noto per la Legge di Moore) aveva notato che alla Fairchild Semiconductor il numero di transistor che formano un chip raddoppiava ogni anno. La legge viene riformulata alla fine degli anni ottanta ed elaborata nella sua forma definitiva, ovvero che il numero di transistor nei processori raddoppia ogni 18 mesi.

Per farlo, tutti i componenti si rimpiccioliscono a ogni upgrade tecnologico, o nodo, come viene chiamato dal settore.

Le Fabs di semiconduttori, dove l’aria è 10.000 volte più pulita rispetto all'esterno

Le GigaFABS di TSMC possono produrre più di 100.000 wafer (sottili fette di silicio su cui vengono prodotti i chip) da 300 mm di diametro al mese. Tornando al nostro chip A14 Bionic per iPhone da 88mm, “una GigaFAB ne può produrre 80 milioni al mese”, spiega l’esperto di Credit Suisse, e considerando che un ciclo di produzione richiede circa quattro mesi, “nella Fab in ogni momento ci sono 400.000 wafer in produzione”.

La produzione di un chip prevede centinaia di fasi di processo, ed ogni passo è di vitale importanza, ma la litografia è la chiave per realizzare nodi tecnologici da 5 nm e oltre. “In generale, le fasi chiave della produzione consistono nel depositare strati di materiali sul wafer applicando un photoresist, sagomare il wafer con la litografia, incidere le caratteristiche del chip sul pattern e impiantare il silicio con l’aggiunta di ulteriori elementi chimici”.

Ad essere vitale è anche il layout interno e la pulizia della struttura: “anche una particella di polvere sulla lente può essere una catastrofe, in quanto distruggerebbe il pattern per centinaia di wafer”, spiega Beard. Le Fabs effettuano dunque un continuo monitoraggio degli ambienti, dove la qualità dell’aria arriva ad essere fino a 10.000 volte più pulita rispetto a quella esterna.

Litografia ultravioletta estrema: il nuovo approccio

Per sagomare correttamente il wafer, attraverso la litografia una macchina espone ogni singolo «die» (chip) sul wafer a un fascio di luce attraverso una maschera. La maschera è l’immagine negativa di tutti i componenti del chip e la macchina passa da un die all’altro fino al completamento dell’esposizione dell’intero wafer. Arrivati al nodo da 7 nm, il processo è talmente complicato da richiedere un nuovo approccio: è qui che entra in gioco la litografia ultravioletta estrema. Beard spiega che minuscole gocce di stagno vengono «sparate» da un generatore a 70 metri al secondo. I laser appiattiscono le gocce e le vaporizzano in un plasma che emette luce EUV a una lunghezza d’onda di 13,5 nm. Questo deve avvenire 50.000 volte al secondo per imprimere il pattern sul wafer. La società olandese ASML ha impiegato 20 anni per trasformare questo progetto in realtà.

Assicurare la produzione e le catene di approvvigionamento

L’asset strategico del secolo sono i semiconduttori, motivo che ha spinto gli Stati Uniti ad avere tecnologie d’avanguardia in questo campo e investire il 16% delle vendite di semiconduttori in attività di ricerca e sviluppo, più che in qualsiasi altro Paese. Ma come spiega l’esperto di Credit Suisse, nemmeno questo li ha resi indipendenti dall’Asia: secondo un rapporto del Financial Times, la quota statunitense di capacità produttiva di semiconduttori è scesa dal 37% del 1990 al 12% del 2020. Per non parlare dell’Europa, passata dal 44% al 9% di capacità produttiva.

Essere all'avanguardia non è tutto

Non bisogna tuttavia pensare che l’azione sia esclusivamente concentrata nella progettazione e produzione di chip all’avanguardia. “I miglioramenti nel front end devono pur riflettersi altrove, in particolare, per il «back end» si presenta l’opportunità di aggiungere un notevole valore al processo”. Per massimizzare la performance dei chip, sono necessarie soluzioni di packaging innovative. “Quindi è probabile un’ulteriore collaborazione tra operatori leader nel front e back end”.

Fame di potenza di calcolo

Secondo il modello matematico noto come curva di Gompertz, siamo solo agli inizi della produzione di transistor di silicio: il tasso di crescita delle consegne di transistor di silicio continuerà ad aumentare fino al 2038, senza raggiungere la saturazione fino al 2050. Certo, sono solo modelli matematici, “ma servono per evidenziare che il settore ha ancora un grande margine di crescita”, spiega Beard.

Abbiamo raggiunto un punto in cui, dall’era della digitalizzazione e della generazione di dati, potrebbero nascere grandi nuove applicazioni. Le apparecchiature per produrre qualsiasi nuovo tipo di chip continueranno ad attrarre investimenti.

La domanda di chip è destinata a crescere nel tempo, man mano che la digitalizzazione, l’intelligenza artificiale, la guida autonoma e l’Internet delle cose industriale verranno integrati nella società.

Sono gli stessi governi che, compresa l’importanza strategica, forniscono il loro supporto per assicurarne l’approvvigionamento, incoraggiando la diversificazione geografica dei siti di produzione.

“Man mano che l’industria racchiude strutture sempre più complesse a livello di atomi, - conclude Beard - prevediamo di assistere a una maggiore spinta all’innovazione e alla produzione di chip sempre più potenti.

Seguici su Telegram

Idea di investimento
Possibile premio del 13,84% annuo con il certificate su Banco BPM, Stellantis e Telecom Italia
Sottostanti:
Banco BPMTelecom Italia S.p.A.Stellantis NV
Rendimento p.a.
13,84%
Cedole
3,46% - €34,60
Memoria
si
Barriera Cedole
60%
ISIN
DE000VD2GPW4
Emittente
Vontobel
Comunicazione Pubblicitaria
Fucina del Tag è un partner marketing di Vontobel
Maggiori Informazioni

La Finestra sui Mercati

Tutte le mattine la newsletter con le idee di investimento!

Ho letto e accetto l'informativa sulla privacy