‘Non c’è fine in vista’: tutto da sapere sulla grande carenza di microchip

Dalla fine dello scorso anno, c'è stata una grave carenza di microchip, che ora sta colpendo le industrie di tutto il mondo

Quanto è grave la carenza? Mai visto niente di simile, ha twittato Elon Musk di Tesla il mese scorso. Dalla fine del 2020, il mondo sta affrontando un'inaspettata carenza di microchip, i minuscoli circuiti integrati che si trovano oggi praticamente in ogni dispositivo fabbricato con una batteria o una presa, dai tostapane ai televisori, dagli airbag ai jet da combattimento.

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La scarsità è stata riscontrata per la prima volta nell'elettronica di consumo sofisticata: console di gioco come PlayStation 5 e la nuova Xbox hanno avuto grandi arretrati di ordini; i prezzi per le schede grafiche per computer sono aumentati. Ma poiché i chip a semiconduttore sono così onnipresenti, un gran numero di industrie sono state colpite.

L'industria automobilistica è stata quella più colpita in assoluto. Le auto moderne possono facilmente contenere 3.000 chip e la carenza ha rallentato le catene di montaggio dei veicoli in tutto il mondo: la produzione globale diminuirà di quattro milioni di auto, quasi il 5%, quest'anno.

Perché sta succedendo?

Nella migliore delle ipotesi, le catene di approvvigionamento dei chip sono difficili da mantenere: è un'industria soggetta a sovrabbondanza e carenza. Gli impianti di fabbricazione (fabs) per chip avanzati sono tra gli impianti di produzione più complessi al mondo, la cui costruzione costa decine di miliardi di dollari. I laser stampano miliardi di transistor su minuscole aree di wafer di silicio; possono essere necessari dai tre ai quattro mesi per trasformare un grande wafer di silicio in un lotto utilizzabile di chip.

Quindi l'industria tende a oscillare tra la sottoofferta e l'eccesso di offerta, in quello che gli economisti chiamano ciclo: come con i suini da riproduzione, ci sono ritardi nella produzione. I produttori investono quando i prezzi sono alti e scoprono di avere troppa capacità quando finalmente entra in funzione. Al momento, tuttavia, la tendenza del settore è di un'espansione spietata: tecnologia verde, cloud computing, 5G, intelligenza artificiale, criptovaluta, robotica: tutte queste aree di crescita divorano i chip. E la pandemia ha contribuito a creare la tempesta perfetta.

Che effetto ha avuto la pandemia?

Ha chiuso temporaneamente molti fab. Allo stesso tempo, il grande aumento del lavoro da casa e l'aumento della domanda di intrattenimento domestico hanno creato un'impennata della domanda di elettronica. Le vendite di PC sono aumentate del 13% lo scorso anno. Nella sola città di New York, il dipartimento dell'istruzione ha acquistato 350.000 iPad. Le videochiamate significavano che i data center avevano bisogno di più capacità.

E durante il periodo peggiore della pandemia, gli acquisti di auto sono crollati. Quindi, mentre le aziende di elettronica hanno acquistato tutta la capacità produttiva disponibile, le case automobilistiche hanno annullato i loro ordini. Ma in seguito, quando le case automobilistiche erano pronte a riorganizzare la produzione, si sono trovate in fondo alla coda: le fabbriche di microchip possono impiegare fino a sei mesi per riavviare la produzione di tipi specifici di chip.

In che modo questo ci influenza?

La fornitura di auto in vendita dovrebbe essere limitata entro la fine dell'anno a causa della carenza, ha avvertito la scorsa settimana il principale concessionario automobilistico britannico Pendragon. Con meno auto da vendere, i prezzi aumenteranno; e le funzionalità elettroniche premium come i sistemi di navigazione o gli schermi aggiuntivi vengono eliminate per estendere ulteriormente la fornitura di chip.

Nell'elettronica, i prezzi commerciali delle memorie per computer sono aumentati di circa il 30% dall'inizio del 2020, facendo lievitare i costi per articoli come laptop e stampanti. HP ha aumentato i prezzi dei PC consumer dell'8% e delle stampanti di oltre il 20% in un anno. Anche i prezzi di TV, smartphone ed elettrodomestici sembrano destinati ad aumentare. La carenza di chip preoccupa anche i governi.

Perché i governi sono preoccupati?

I chip sono ora una componente così cruciale in molte tecnologie strategiche - dai sistemi di difesa alla sicurezza informatica alle energie rinnovabili - che la loro produzione è diventata un grosso problema geopolitico: i politici affermano che i chip sono il nuovo petrolio. Sono stati inventati negli Stati Uniti e gran parte del design all'avanguardia si svolge ancora lì, ma circa l'80% della produzione ora avviene in Asia perché i costi sono inferiori: principalmente a Taiwan, Corea del Sud e Cina.

Il più grande produttore mondiale per volume è TSMC a Taiwan. Intel, con sede in California, è la più grande per fatturato. Insieme alla Samsung della Corea del Sud, queste aziende dominano i chip specializzati di fascia alta. Ma la Cina è posizionata per diventare il più grande produttore entro il 2030: il suo ultimo piano quinquennale fissa l'obiettivo di soddisfare il 70% del suo fabbisogno di semiconduttori entro il 2025. L'Europa rappresenta meno del 10% della produzione globale di chip.

Joe Biden tiene in mano un microchip mentre parla durante un incontro con i membri della Camera e del Senato sulle interruzioni della catena di approvvigionamento dovute al coronavirus nello Studio Ovale nel febbraio 2021

SAUL LOEB/AFP tramite Getty Images

Cosa stanno facendo i governi al riguardo?

Il mese scorso, il Senato degli Stati Uniti ha approvato l'Innovation and Competition Act, una legge da 250 miliardi di dollari progettata per aumentare la produzione di semiconduttori negli Stati Uniti, insieme alla ricerca scientifica e ad altre tecnologie strategiche.

A marzo, la Commissione europea ha definito un piano ambizioso per aumentare la sua quota del mercato globale dei semiconduttori al 20% entro il 2030 e ha impegnato 160 miliardi di dollari del suo fondo di recupero Covid in progetti tecnologici. Il Regno Unito ha da tempo una forte presenza nel settore del design, ma pochi produttori; Newport Wafer Fab, il più grande produttore di chip del Regno Unito, è stata acquisita da Nexperia, una società di proprietà cinese.

Quanto durerà la carenza?

Non c'è fine in vista. L'amministratore delegato di Intel, Pat Gelsinger, ha affermato che secondo lui potrebbero passare due anni prima che la produzione possa aumentare. La carenza probabilmente continuerà per alcuni anni, ha affermato Michael Dell, amministratore delegato di Dell Technologies, all'inizio dell'anno. Artisti del calibro di TSMC, Samsung e Intel stanno tutti investendo pesantemente.

Ma anche se le fabbriche di chip vengono costruite in tutto il mondo, ci vuole tempo, afferma Dell. Molte aziende stanno esaminando le loro catene di approvvigionamento: Tesla sta valutando l'acquisto dell'impianto di achip a titolo definitivo. Le industrie ad alta tecnologia probabilmente si riprenderanno per prime, verso la fine di quest'anno. Le automobili e gli elettrodomestici, che utilizzano chip meno costosi e più vecchi, impiegheranno più tempo: non sono così redditizi per i produttori, quindi non c'è l'impulso per loro di investire. I ritardi dei prodotti e la carenza di parti continueranno per qualche tempo.

Il trionfo del microchip

Un microchip è una raccolta di un numero compreso tra poche centinaia e decine di miliardi di minuscoli circuiti su un piccolo wafer di silicio. Il silicio è un semiconduttore: può condurre elettricità o contenerla. Su un chip, i transistor al silicio sono interruttori miniaturizzati che possono essere attivati e disattivati tramite segnali elettronici. I computer funzionano utilizzando il codice binario. I transistor riflettono questo: le cifre 1 e 0 utilizzate in binario rappresentano gli stati on e off di un transistor. In sostanza, il compito del chip è di trasportare gli elettroni in un modo prescritto dal codice del computer. Tutti i dati sui computer – numeri, immagini, musica, immagini – vengono archiviati ed elaborati in questo modo.

Dipendenti del produttore giapponese di microprocessori Renesas Electronics nel giugno 2021

KAZUHIRO NOGI/AFP via Getty Images

L'invenzione di questo tipo di transistor, ai Bell Labs nel New Jersey nel 1947, e la sua crescente miniaturizzazione sono la spina dorsale dell'elettronica moderna. La legge di Moore, coniata dal pioniere dei chip Gordon Moore, afferma che il numero di transistor su un chip raddoppia circa ogni due anni, rendendo i computer sempre più potenti.

I chip avanzati di oggi sono vertiginosamente complessi: i laser imprimono circuiti larghi appena 12 nanometri, la lunghezza di un'unghia cresce in 12 secondi. Si pensa che i transistor siano gli articoli più fabbricati nella storia del mondo. Il numero di microchip venduti a livello globale ad aprile ha raggiunto il record di quasi 100 miliardi.