Patatine fritte al 90% più economiche dagli USA? La startup Substrate sfida i giganti ASML (Paesi Bassi) e TSMC (Taiwan).

Litografia a raggi X 2.0: dal laboratorio alla produzione di massa: la litografia a raggi X è di nuovo realistica?

Nel mondo dell'alta tecnologia, dove il progresso si misura in nanometri, l'industria dei semiconduttori assomiglia a una fortezza con mura quasi insormontabili. Al vertice di questo ordine globale si ergono due giganti indiscussi: il monopolista olandese ASML, fornitore esclusivo delle esorbitanti macchine litografiche EUV per la produzione di chip all'avanguardia, e il colosso taiwanese della fonderia TSMC, che domina il mercato globale della produzione su contratto. Questo ecosistema altamente concentrato, costruito su decenni di ricerca e centinaia di miliardi di investimenti, è finora sembrato intoccabile.

Ma ora, una startup di San Francisco chiamata Substrate sta creando un'onda che potrebbe scuotere le fondamenta di questo settore. Con oltre 100 milioni di dollari di finanziamenti da parte di investitori di spicco come Peter Thiel e In-Q-Tel, la divisione di venture capital della CIA, Substrate è pronta a riscrivere le regole del gioco. La loro promessa: una tecnologia di litografia a raggi X rivisitata e ripensata, non solo più potente dei consolidati sistemi EUV di ASML, ma che potrebbe anche ridurre drasticamente il costo per wafer di chip del 90%.

Questo annuncio è molto più di una semplice innovazione tecnologica; è una dichiarazione di guerra geopolitica ed economica. Colpisce al cuore la ricerca americana di sovranità tecnologica, sfida il modello di business delle macchine più costose al mondo e promette di infrangere le schiaccianti barriere all'ingresso nella produzione di chip. Ma il percorso da una promettente dimostrazione in laboratorio a una produzione di massa affidabile è lastricato dei detriti di rivoluzioni fallite. Gli ostacoli tecnici sono monumentali, lo scetticismo dell'industria è profondo e la storia stessa della litografia a raggi X è costellata di fallimenti storici. La domanda cruciale, quindi, è: stiamo assistendo all'inizio di una vera e propria rivoluzione che ridisegnerà il panorama globale dei chip, o semplicemente a un déjà vu ampiamente finanziato di un sogno tecnologico che si infrange contro le dure realtà della fisica e dell'economia?

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Previsto un cambiamento di potere globale grazie all'innovativa litografia a raggi X

La tecnologia di produzione di chip e semiconduttori, uno degli sviluppi industriali più importanti del XXI secolo, sta attualmente vivendo una svolta significativa. Una startup con sede a San Francisco chiamata Substrate sta suscitando notevole attenzione nell'industria globale dei microchip con l'annuncio di una nuova tecnologia di litografia a raggi X. Sostenuta da investitori di spicco come Peter Thiel, l'azienda ha raccolto oltre cento milioni di dollari e afferma di aver sviluppato un'alternativa ai costosissimi sistemi di litografia del monopolista olandese ASML e alle capacità produttive del gigante taiwanese TSMC. Il potenziale impatto di questo sviluppo sull'intera catena del valore dei semiconduttori, sugli assetti di potere geopolitici e sugli equilibri economici all'interno di questo settore è fondamentale e giustifica un'analisi economica dettagliata.

L'economia della litografia dei semiconduttori: quando i monopoli incontrano sfide

La storia delle innovazioni industriali dimostra ripetutamente che la rivoluzione tecnologica raramente proviene dal centro delle strutture di potere consolidate, ma è avviata da soggetti esterni.

L'attuale industria dei semiconduttori sta vivendo un livello di concentrazione eccezionale. ASML, con sede nei Paesi Bassi, controlla praticamente l'intero mercato dei sistemi litografici all'avanguardia, detenendo una quota di mercato del 90-100% nella litografia ultravioletta estrema. Queste macchine, il cui costo unitario varia tra i 200 e i 400 milioni di dollari, sono essenziali per la produzione di semiconduttori avanzati di dimensioni inferiori ai sette nanometri. Il margine lordo di ASML supera costantemente il 50%, a dimostrazione dell'immenso potere di determinazione dei prezzi di un monopolista di fatto. Nel 2024, l'azienda ha generato un fatturato di 28,3 miliardi di euro con un utile netto di 7,6 miliardi di euro. Per il 2025 si prevede una crescita del fatturato di circa il 15%, con un margine lordo intorno al 52%.

Lo sviluppo di questa tecnologia EUV è stata una maratona durata oltre tre decenni e costata complessivamente oltre dieci miliardi di dollari. ASML è stata in grado di gestire questa gigantesca impresa solo grazie a partnership strategiche con Intel, Samsung e TSMC, che insieme hanno investito 1,4 miliardi di euro nell'azienda nel 2012, partecipando così al cosiddetto Progetto Musketeer. Il primo sistema EUV commerciale è stato consegnato nel 2010, ma la tecnologia non ha raggiunto la produzione di massa fino al 2019. Questo ritardo di quasi vent'anni nel lancio sul mercato rispetto ai piani originali illustra gli enormi ostacoli tecnici.

Parallelamente, la TSMC di Taiwan domina il mercato globale delle fonderie con una quota di mercato sbalorditiva di oltre il 70% nel secondo trimestre del 2025. L'azienda ha generato un fatturato di 30,24 miliardi di dollari nel terzo trimestre del 2025 e prevede investimenti compresi tra 38 e 42 miliardi di dollari per il 2025. Una fabbrica TSMC all'avanguardia e di nuova generazione costa tra 15 e 20 miliardi di dollari. Queste cifre illustrano le enormi barriere all'ingresso in questo settore.

La litografia a raggi X, che ora presenta i substrati come alternativa, non è affatto una nuova invenzione. Questa tecnologia era già oggetto di ricerca negli anni '70 e, durante gli anni '80 e '90, IBM, Motorola e altre aziende americane hanno investito massicciamente nel suo sviluppo. Tuttavia, le sfide tecniche si sono rivelate eccessive. I problemi fondamentali includevano la necessità di maschere estremamente stabili realizzate in materiali costosi come l'oro, la difficoltà di produrre sorgenti di raggi X coerenti e la complessità della diffusione secondaria degli elettroni, che limitava la risoluzione. Anche i fattori economici hanno giocato un ruolo: l'industria non è riuscita a concordare standard comuni e i finanziamenti da parte di diverse aziende sono falliti a causa di interessi commerciali divergenti.

Disgregazione tecnologica: rivoluzione o ripetizione di fallimenti storici?

Substrate afferma di aver risolto questi problemi storici. L'azienda utilizza un acceleratore di particelle progettato su misura che accelera gli elettroni a velocità prossime a quella della luce. Questi elettroni attraversano una serie di magneti che li fanno oscillare, generando raggi X intensi con lunghezze d'onda inferiori a quattro nanometri. Questa lunghezza d'onda è significativamente inferiore ai 13,5 nanometri della tecnologia EUV di ASML, consentendo teoricamente una risoluzione più elevata. Substrate ha presentato risultati di laboratorio che mostrano strutture con una dimensione critica di dodici nanometri e una distanza tra le punte di tredici nanometri, paragonabili alle capacità dei moderni sistemi EUV per tecnologie di processo a due nanometri.

La principale affermazione economica di Substrate è che il costo per wafer potrebbe scendere dagli attuali circa centomila dollari a circa diecimila dollari entro la fine del decennio. Questa riduzione dei costi del novanta percento cambierebbe radicalmente l'economia della produzione di semiconduttori. L'azienda sostiene che, evitando il complesso processo di multi-patterning spesso richiesto nell'EUV, il numero di fasi di produzione può essere drasticamente ridotto.

Tuttavia, lo scetticismo del settore è giustificato e si basa su preoccupanti realtà tecniche ed economiche. Dimostrare strutture in laboratorio è un'impresa completamente diversa dalla produzione di massa con rese costanti. TSMC raggiunge rese di circa il 70% con processi a quattro nanometri, mentre Samsung si scontra con rese di solo il 35% utilizzando tecnologie simili. Questi dati dimostrano quanto siano cruciali la stabilità del processo e la minimizzazione dei difetti. Anche le più piccole deviazioni a livello atomico possono portare a guasti.

Un problema particolarmente critico nella litografia moderna sono gli effetti stocastici, ovvero le variazioni casuali nel processo di esposizione. Nella litografia EUV, questi effetti possono già rappresentare oltre la metà del budget di errore totale e si stima che costeranno al settore oltre dieci miliardi di dollari di mancati ricavi all'anno entro il 2030. Questi problemi derivano dalla fisica fondamentale delle piccole strutture, dove il numero di fotoni, la distribuzione delle molecole di resist e la diffusione degli elettroni sono intrinsecamente casuali. Se i substrati possano superare queste sfide meglio con i raggi X rispetto all'ASML con EUV rimane una questione aperta.

Un altro problema fondamentale è la disponibilità di materiali adatti. La litografia EUV ha richiesto lo sviluppo di fotoresist completamente nuovi, specificamente ottimizzati per la lunghezza d'onda di 13,5 nanometri. Aziende giapponesi come JSR, Tokyo Ohka Kogyo, Shin-Etsu Chemical e Fujifilm controllano oltre il novanta percento del mercato dei fotoresist EUV. Questi materiali si basano su composti metallici con elementi come stagno, afnio o zirconio, che mostrano un assorbimento maggiore alle lunghezze d'onda EUV. Substrate non solo dovrebbe sviluppare i propri fotoresist compatibili con i raggi X, ma anche avviarne la produzione in serie. Allo stesso modo, le maschere ad alta precisione per i raggi X e le ottiche specializzate dovrebbero essere disponibili in grandi quantità, una catena di approvvigionamento che attualmente non esiste.

Le implicazioni economiche: chi vince, chi perde

Il potenziale impatto di una tecnologia di litografia a raggi X di successo sull'industria dei semiconduttori sarebbe profondo e rimodellerebbe l'intera catena del valore.

ASML è al centro di questa potenziale rivoluzione. L'azienda ha investito oltre quarant'anni nello sviluppo della propria leadership tecnologica. Il solo sviluppo dell'EUV ha consumato decenni e miliardi di dollari. Un concorrente efficiente non solo minerebbe il potere di determinazione dei prezzi di ASML, ma potrebbe anche portare a un ripensamento dell'intera strategia di investimento. L'azienda sta attualmente investendo massicciamente in sistemi EUV ad alta NA, che costano 380 milioni di dollari per unità e promettono risoluzioni ancora più elevate. Se Substrate riuscisse effettivamente a ottenere risultati comparabili o migliori a un decimo del costo, metterebbe radicalmente in discussione la roadmap di ASML per l'alta NA. Gli azionisti, che valutano ASML oltre 300 miliardi di dollari, potrebbero effettuare una drastica rivalutazione.

Per TSMC, le implicazioni sarebbero contrastanti. Da un lato, una tecnologia litografica più economica potrebbe ridurre i costi di capitale per le nuove fabbriche. TSMC attualmente spende tra i 38 e i 42 miliardi di dollari all'anno in spese in conto capitale, una parte significativa delle quali è destinata ai sistemi EUV. Una macchina EUV a bassa NA costa circa 235 milioni di dollari e TSMC ne necessita di più ogni anno. Alternative più economiche potrebbero migliorare i margini. D'altro canto, Substrate non prevede di vendere i propri sistemi, ma intende gestire le proprie fabbriche. Questo renderebbe Substrate un concorrente diretto di TSMC. La storia dimostra che i modelli verticalmente integrati raramente hanno successo nel settore dei semiconduttori. La specializzazione tra studi di progettazione fabless e fonderie si è dimostrata superiore. Substrate non dovrebbe solo superare la sfida dello sviluppo tecnologico, ma anche quella completamente diversa delle operazioni di fonderia, delle relazioni con i clienti e della produzione su contratto. I quarant'anni di esperienza di TSMC nell'ottimizzazione dei processi, nel controllo qualità e nel servizio clienti rappresentano un enorme vantaggio competitivo che non può essere semplicemente replicato.

Per i progettisti di chip fabless come Nvidia, AMD, Qualcomm e Broadcom, una tecnologia di substrato di successo potrebbe aprire nuove opzioni. Queste aziende dipendono attualmente quasi interamente da TSMC e, in misura minore, da Samsung. Nvidia da sola ha generato 124,4 miliardi di dollari di fatturato nel 2024, principalmente dai processori AI. Qualsiasi diversificazione delle capacità produttive ridurrebbe il rischio della supply chain e rafforzerebbe potenzialmente la sua posizione negoziale con le fonderie. Tuttavia, queste aziende non passerebbero a un fornitore non collaudato finché non avesse dimostrato qualità e rendimenti costanti per diversi anni. Cambiare il design di un chip tra fonderie diverse è complesso e costoso, poiché ogni produttore utilizza kit di progettazione di processo diversi.

Intel e Samsung, che progettano e producono chip e offrono sempre più servizi di fonderia, si trovano in una posizione difficile. Intel sta lottando con la sua divisione fonderia, che ha subito una perdita di sette miliardi di dollari su 18,9 miliardi di dollari di fatturato nel 2023. La tecnologia di processo 18A di Intel dovrebbe offrire vantaggi competitivi, ma ritardi e problemi tecnici sono noti. Samsung si trova ad affrontare sfide simili con problemi di resa nei nodi avanzati. Una nuova tecnologia litografica a basso costo potrebbe teoricamente aiutare entrambe le aziende, ma entrambe hanno investito ingenti somme in processi basati su EUV e non cambierebbero idea con leggerezza.

Anche i fornitori della filiera dei semiconduttori ne risentirebbero. Zeiss, il produttore tedesco di specchi ultra-precisi per i sistemi ASML, Trumpf, che fornisce i laser ad alta potenza, e Applied Materials, KLA e Lam Research, che forniscono altre apparecchiature di produzione, hanno tutti investito molto nel supporto dell'ecosistema EUV. Una nuova tecnologia richiederebbe nuove catene di fornitura. I produttori giapponesi di fotoresist dovrebbero sviluppare materiali compatibili con i raggi X o perdere quote di mercato.

La dimensione geopolitica: sovranità tecnologica e sicurezza economica

Il settore dei semiconduttori è profondamente coinvolto nelle tensioni geopolitiche e l'annuncio del substrato arriva in un momento strategicamente importante.

Negli ultimi anni, gli Stati Uniti hanno imposto controlli sulle esportazioni sempre più restrittivi alla Cina per limitarne l'accesso alla tecnologia avanzata dei semiconduttori. Ad ASML è vietato vendere i suoi sistemi EUV più avanzati alla Cina. Questa politica mira a limitare la capacità della Cina di sviluppare applicazioni di intelligenza artificiale e militari. Allo stesso tempo, il governo statunitense sta investendo massicciamente nel trasferimento della produzione di semiconduttori negli Stati Uniti attraverso il CHIPS Act, che prevede 39 miliardi di dollari in sovvenzioni dirette e un credito d'imposta del 25% sugli investimenti.

Substrate si inserisce perfettamente in questa agenda strategica. Un sistema litografico sviluppato e prodotto negli Stati Uniti ridurrebbe la dipendenza dalla tecnologia olandese e taiwanese. Il coinvolgimento di Peter Thiel non è casuale. Thiel ha ripetutamente sottolineato la necessità di autonomia tecnologica americana. Anche In-Q-Tel, la divisione di venture capital della CIA, è un investitore di Substrate, a sottolineare la dimensione di sicurezza nazionale.

Tuttavia, la storia della litografia a raggi X dimostra che i campioni nazionali non sono necessariamente vincenti. Gli Stati Uniti hanno tentato di riconquistare la leadership nel settore dei semiconduttori negli anni '80 e '90 attraverso le collaborazioni SEMATECH, ma alla fine hanno fallito. ASML ha raggiunto la sua svolta non attraverso una politica industriale nazionale, ma attraverso uno sviluppo tecnologico paziente, un'abile integrazione della supply chain e partnership astute con i clienti. La domanda è se il sostegno governativo possa avere successo senza questi fattori.

La Cina, a sua volta, sta rispondendo alle restrizioni occidentali all'esportazione con ingenti investimenti nella tecnologia nazionale dei semiconduttori. L'iniziativa Made in China 2025 dà priorità all'autosufficienza. Se Substrate dovesse rivelarsi un successo, la Cina cercherebbe di accedere a questa tecnologia o di sviluppare proprie alternative. SMIC, la più grande fonderia cinese, ha compiuto progressi con processi a sette nanometri senza EUV, nonostante le restrizioni, sebbene con rese inferiori e costi più elevati.

L'Europa si trova in una posizione complessa. ASML è un'azienda europea, eppure il governo olandese è sotto pressione da parte degli Stati Uniti per limitare le esportazioni. L'European Chips Act promette 43 miliardi di euro in sussidi per raddoppiare la quota di mercato globale della produzione europea di semiconduttori dal 10 al 20%. Un'alternativa litografica dominata dagli Stati Uniti potrebbe minare ulteriormente l'autonomia strategica dell'Europa.

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Gli ostacoli tecnologici: cosa c'è tra il laboratorio e la produzione di massa

Nel settore dei semiconduttori, il percorso che porta dai risultati di laboratorio impressionanti alla produzione commerciale di massa è notoriamente difficile e irto di problemi imprevisti.

La sfida più grande per il substrato è la scalabilità. La dimostrazione di laboratorio mostrata dimostra che, in linea di principio, è possibile produrre strutture nell'intervallo dimensionale pertinente. Tuttavia, la litografia commerciale richiede molto di più. Una macchina ASML espone circa 130-170 wafer all'ora. La precisione di sovrapposizione, ovvero l'allineamento preciso di più strati, deve essere inferiore a un nanometro. L'uniformità su tutto il wafer deve essere estremamente elevata. La densità dei difetti deve essere inferiore a un difetto per centimetro quadrato. Soddisfare tutti questi requisiti simultaneamente, mentre il sistema funziona stabilmente per mesi, è un'impresa ingegneristica monumentale.

La sorgente dell'acceleratore di particelle utilizzata da Substrate deve funzionare con una stabilità straordinaria. Qualsiasi fluttuazione nell'intensità o nella posizione del fascio ne comprometterebbe la qualità. ASML ha impiegato anni per stabilizzare la sua sorgente laser-plasma di stagno per EUV. Questa sorgente emette 50.000 minuscole goccioline di stagno al secondo in un recipiente sotto vuoto, dove vengono colpite due volte da un laser a CO2 da 30 kilowatt per generare il plasma che emette luce EUV. La complessità di questa soluzione è il risultato di anni di iterazioni. Substrate afferma di avere una soluzione più compatta ed economica, ma senza anni di test sul campo, questa rimane una supposizione.

L'ottica per i raggi X è fondamentalmente diversa da quella per EUV o DUV. I raggi X non possono essere focalizzati dalle lenti perché vengono assorbiti dalla maggior parte dei materiali. Sono invece necessari speciali specchi a incidenza radente. Questi specchi devono essere realizzati con una precisione mozzafiato. Zeiss produce specchi per l'ASML dove, su una scala pari alle dimensioni della Germania, le maggiori deviazioni dalla forma ideale ammonterebbero a solo un decimo di millimetro. Non è chiaro se tale precisione esista o possa essere sviluppata per l'ottica a raggi X.

I materiali fotoresist per litografia a raggi X non sono disponibili in quantità commerciali. Lo sviluppo di nuovi sistemi fotoresist richiede in genere anni e una stretta collaborazione tra chimici, scienziati dei materiali e ingegneri di processo. I fotoresist devono offrire un'elevata risoluzione e possedere al contempo una resistenza all'incisione sufficiente a fungere da maschera per le fasi di lavorazione successive. Devono presentare una bassa rugosità dei bordi e non devono causare reazioni collaterali indesiderate. I leader di mercato giapponesi in questo campo non lavorerebbero automaticamente per un nuovo concorrente.

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Il modello di business: l’integrazione verticale come Segen o maledizione

Substrate sta perseguendo una strategia radicale che si discosta dal settore consolidato. Invece di vendere sistemi litografici alle fonderie esistenti, l'azienda prevede di costruire e gestire i propri impianti di fabbricazione di semiconduttori.

Questa integrazione verticale contraddice il modello di business dominante degli ultimi quarant'anni. Da quando Morris Chang fondò TSMC nel 1987 e adottò il modello di fonderia pura, il settore si è specializzato sempre di più. Le aziende di progettazione fabless si concentrano sull'architettura e la progettazione dei chip, le fonderie sulla produzione e i fornitori di apparecchiature come ASML su tecnologie specifiche. Questa specializzazione consente a ciascun player di raggiungere livelli di eccellenza nel proprio settore.

Substrate sostiene che l'integrazione verticale riduce i costi di coordinamento e consente un'innovazione più rapida. Tesla e SpaceX sono spesso citate come esempi di integrazione verticale di successo. Ma l'industria dei semiconduttori è diversa. L'intensità di capitale è estrema. Una fabbrica moderna costa dai quindici ai venti miliardi di dollari. TSMC spende oltre quaranta miliardi di dollari all'anno in spese in conto capitale. Substrate ha raccolto finora cento milioni di dollari ed è valutata oltre un miliardo di dollari. Per diventare competitiva, l'azienda dovrebbe investire cento volte quella cifra.

Inoltre, gestire una fonderia richiede competenze completamente diverse rispetto allo sviluppo della tecnologia litografica. TSMC impiega oltre 70.000 persone, molte delle quali ingegneri di processo altamente specializzati. L'azienda vanta oltre 40 anni di esperienza nell'ottimizzazione della resa, nell'analisi dei difetti e nella gestione delle relazioni con i clienti. Ogni nuovo nodo di processo richiede migliaia di esperimenti e iterazioni. La curva di apprendimento è ripida e costosa.

La domanda è anche chi sarebbero i clienti di Substrate. Grandi aziende fabless come Nvidia, AMD e Qualcomm hanno rapporti di lunga data e strettamente integrati con TSMC. Queste partnership si basano su anni di collaborazione, kit di progettazione di processo sviluppati congiuntamente e fiducia reciproca. Una nuova fonderia dovrebbe offrire vantaggi eccezionali per consolidare questi rapporti. I costi inferiori da soli non sono sufficienti quando i rischi relativi a resa, affidabilità e tempi di consegna sono incerti.

Intel sta cercando di espandere il suo business nel settore delle fonderie da anni, ma sta riscontrando notevoli difficoltà. Intel Foundry Services ha generato solo otto milioni di dollari di fatturato esterno nel terzo trimestre del 2024. Le perdite sono ingenti. Questo dimostra quanto sia difficile, anche per un affermato colosso dei semiconduttori, penetrare il mercato delle fonderie. Substrate ricomincerebbe da zero.

L'orizzonte temporale: 2028 e oltre

Substrate prevede di avviare la produzione di massa nel 2028. Si tratta di una tempistica eccezionalmente ambiziosa. Passare dall'attuale dimostrazione in laboratorio alla produzione commerciale in circa tre anni richiederebbe che tutto funzioni alla perfezione.

Per fare un paragone: ASML ha iniziato con i primi prototipi alfa per EUV nel 2006, ha consegnato il suo primo sistema di pre-produzione nel 2010 e ha raggiunto la produzione su larga scala solo nel 2019. Sono passati tredici anni dalla prima dimostrazione alla produzione di massa, e questo con un'azienda già affermata che aveva una vasta esperienza nella litografia.

Substrate dovrebbe non solo rendere pronta per la produzione la sua tecnologia litografica entro tre anni, ma anche costruire una fabbrica, stabilire catene di fornitura per tutti i materiali e le attrezzature necessarie, sviluppare e ottimizzare i processi, acquisire clienti e ottenere i permessi necessari. Anche se la tecnologia funzionasse, questa tempistica è irrealistica.

Un lasso di tempo più realistico sarebbe di otto-dodici anni prima di una produzione commerciale significativa. Ciò significherebbe che l'impatto sul settore non si farebbe sentire prima della metà degli anni '30 del XXI secolo. A quel punto, ASML avrà consolidato i suoi sistemi EUV ad alta NA, TSMC lavorerà probabilmente su processi a un nanometro o inferiori, e l'intero settore potrebbe essersi mosso in una direzione che renderà obsoleto l'approccio di Substrate.

Scenari futuri alternativi: cosa potrebbe realmente accadere?

L'annuncio di Substrate solleva importanti interrogativi, ma gli scenari probabili vanno dal fallimento totale a successi parziali che influenzano sottilmente il settore senza però rivoluzionarlo.

Lo scenario pessimistico è che Substrate non supererà gli ostacoli tecnici. La fisica della litografia a raggi X potrebbe rivelarsi troppo problematica, gli effetti stocastici potrebbero essere incontrollabili o i costi di capitale potrebbero diventare troppo elevati. L'azienda fallirebbe o si ritroverebbe in un ruolo di nicchia per applicazioni specializzate. Storicamente, la maggior parte dei concorrenti di tecnologie consolidate ha fallito. Nikon e Canon hanno entrambe cercato di competere con ASML nella corsa all'EUV e hanno rinunciato.

Uno scenario intermedio potrebbe essere che Substrate renda la tecnologia parzialmente funzionale, ma non al costo promesso o con la necessaria affidabilità. L'azienda potrebbe quindi concedere in licenza la sua tecnologia a un player affermato. ASML stessa potrebbe essere interessata a valutare la litografia a raggi X come potenziale tecnologia di prossima generazione, dopo l'EUV ad alta NA. In alternativa, un importante produttore di semiconduttori come Intel o Samsung potrebbe acquisire la tecnologia per differenziare le proprie capacità produttive.

Uno scenario ottimistico sarebbe che Substrate sviluppasse effettivamente una soluzione litografica funzionante e più conveniente, ma abbandonasse l'attività di fonderia e vendesse invece i sistemi a produttori affermati. Ciò ridurrebbe le barriere all'ingresso e potrebbe portare a una concorrenza più sana nel settore delle apparecchiature litografiche. ASML si sentirebbe spinta ad abbassare i prezzi e a innovare più rapidamente. L'intero settore ne trarrebbe beneficio.

Lo scenario di trasformazione in cui Substrate padroneggia la tecnologia, gestisce con successo i propri stabilimenti e diventa un importante concorrente delle fonderie appare il meno probabile. Combinare l'innovazione tecnologica con l'innovazione del modello di business in uno dei settori più complessi e ad alta intensità di capitale al mondo è una sfida straordinaria.

Le implicazioni più ampie: la legge di Moore, i limiti della miniaturizzazione e i percorsi alternativi

La storia di Substrate solleva anche interrogativi fondamentali sul futuro dell'industria dei semiconduttori. La Legge di Moore, secondo cui il numero di transistor su un chip raddoppia all'incirca ogni due anni, ha segnato l'evoluzione del settore fin dagli anni '60. Ma sempre più voci prevedono la fine di questa tendenza.

I limiti fisici stanno diventando sempre più evidenti. I transistor si stanno avvicinando alle dimensioni atomiche. Nelle strutture inferiori ai tre nanometri, si verificano effetti quantistici come l'effetto tunnel, in cui gli elettroni saltano incontrollabilmente attraverso le barriere. La generazione di calore diventa problematica. Le correnti di dispersione degli elettroni aumentano. Alcuni esperti sostengono che la Legge di Moore sia già terminata nel 2016, quando Intel ha impiegato cinque anni per passare da dieci a sette nanometri, invece dei tradizionali due anni.

I vincoli economici sono altrettanto significativi. La legge di Rock afferma che il costo di costruzione di una fabbrica di semiconduttori raddoppia all'incirca ogni quattro anni. Una fabbrica per la tecnologia a due nanometri costa venti miliardi di dollari o più. Il numero di aziende che possono permettersi tali investimenti si sta riducendo. Solo TSMC, Samsung e Intel rimangono in lizza per i nodi principali. Tutti gli altri si sono ritirati e si stanno concentrando su tecnologie più mature e redditizie.

In questo contesto, la promessa di Substrate di ridurre drasticamente i costi è particolarmente allettante. In caso di successo, più operatori potrebbero entrare nel settore leader della produzione di semiconduttori, stimolando la concorrenza. Tuttavia, anche con una litografia più economica, il costo complessivo di una fabbrica rimane enorme, poiché la litografia rappresenta solo circa il 20% dei costi totali delle attrezzature.

Sono in corso intense ricerche su approcci alternativi per proseguire la Legge di Moore. Nuove architetture di transistor, come i FET gate-all-around, che Samsung e TSMC stanno introducendo in processi a tre nanometri, migliorano il controllo del flusso di elettroni. L'impilamento tridimensionale dei chip attraverso tecnologie di packaging avanzate come CoWoS di TSMC consente di integrare più funzionalità in volumi più piccoli. Nuovi materiali come il nitruro di gallio o i nanotubi di carbonio potrebbero integrare o sostituire il silicio. Le architetture di calcolo neuromorfiche e i computer quantistici promettono paradigmi computazionali fondamentalmente diversi.

L'autoassemblaggio guidato di copolimeri a blocchi e la litografia a nanoimpronta sono ulteriori approcci litografici alternativi in ​​fase di esplorazione. Queste tecnologie potrebbero offrire vantaggi per alcune applicazioni, ma finora non hanno ancora raggiunto la produzione di massa. L'industria dei semiconduttori è prudente quando si tratta di modifiche di processo, perché i rischi sono troppo elevati.

Una sfida affascinante dall'esito incerto

L'annuncio di Substrate è innegabilmente entusiasmante e solleva importanti interrogativi sul futuro della produzione di semiconduttori. Il potenziale impatto sui monopoli consolidati, sulle strutture di potere geopolitico e sugli equilibri economici di questo settore cruciale è considerevole.

Tuttavia, è necessario un sobrio realismo. La storia dell'industria dei semiconduttori è piena di tecnologie promettenti fallite e di annunci che si sono rivelati esagerati. La litografia a raggi X era già stata pubblicizzata come il futuro negli anni '80 e '90, ma ha fallito. Le sfide tecniche, economiche e organizzative che Substrate deve superare sono monumentali.

ASML e TSMC non hanno raggiunto la loro posizione dominante per caso, ma attraverso decenni di paziente lavoro, ingenti investimenti, partnership oculate ed eccellenza tecnica. Queste aziende non guarderanno passivamente un nuovo arrivato invadere i loro mercati. Accelereranno la propria innovazione, adegueranno i prezzi e cercheranno di fidelizzare i potenziali clienti.

Per gli investitori di Substrate, tra cui Peter Thiel e In-Q-Tel, si tratta di un'impresa ad alto rischio con profitti potenzialmente enormi, ma anche con la concreta possibilità di una perdita totale. Per l'industria dei semiconduttori nel suo complesso, questo sviluppo invia un segnale positivo: l'innovazione non è ancora terminata e si stanno esplorando nuovi approcci. Anche se Substrate dovesse fallire, le lezioni apprese potrebbero ispirare iniziative future.

I prossimi anni diranno se Substrate potrà davvero rivoluzionare l'industria dei semiconduttori o se si rivelerà solo un altro episodio della lunga lotta per superare i confini della miniaturizzazione. Le dimensioni economiche, tecnologiche e geopolitiche di questa storia la rendono un affascinante caso di studio sull'innovazione, la disruption e i limiti del possibile in uno dei settori più complessi dell'economia moderna.

Guerra dei chip 2.0: perché USA, Cina ed Europa affrontano rischi molto diversi

La minaccia non è affatto limitata all'Europa, ma riguarda l'intera industria globale dei semiconduttori. Tuttavia, la natura della minaccia è fondamentalmente diversa per Stati Uniti e Cina rispetto all'Europa.

1. La minaccia per l'Europa (in particolare l'ASML)

Per l'Europa la minaccia è diretta ed esistenziale.

ASML nel mirino: Substrate sta prendendo di mira il cuore pulsante del gioiello tecnologico europeo ASML. Se la litografia a raggi X dovesse avere successo, spezzerebbe il monopolio decennale di ASML sui sistemi litografici all'avanguardia.

Danni economici: un concorrente vincente comprometterebbe l'immenso potere di determinazione dei prezzi e gli elevati margini di profitto di ASML. Gli investimenti nella prossima generazione (EUV ad alta NA), che costano centinaia di milioni per macchina, potrebbero rivelarsi un pessimo investimento.

Indebolimento dell'ecosistema: la minaccia si estende all'intera filiera europea costruita attorno all'ASML, in particolare alle aziende tedesche high-tech come Zeiss (ottica) e Trumpf (laser).

Perdita geopolitica: l'Europa sta perdendo la sua leva geopolitica più importante. Il controllo sull'ASML conferisce all'UE (e ai Paesi Bassi) una posizione di potere unica nei conflitti tecnologici globali, una posizione già limitata dalla pressione statunitense. Un'alternativa statunitense eliminerebbe quasi completamente questa posizione.

2. La minaccia alla concorrenza negli USA

Per gli Stati Uniti si tratta di un'arma a doppio taglio: un'opportunità strategica per la nazione, ma anche una minaccia destabilizzante per gli attori americani più affermati.

Minaccia per Intel e Samsung: aziende come Intel e Samsung, che stanno investendo massicciamente negli Stati Uniti (supportate dal CHIPS Act), hanno basato le loro strategie future sulla tecnologia EUV di ASML. Hanno investito miliardi in fabbriche basate su EUV. Una nuova tecnologia incompatibile di Substrate svaluterà questi investimenti e le costringerà a ripensare completamente le loro roadmap.

Un nuovo concorrente sta emergendo sul mercato interno: Substrate prevede non solo di vendere macchinari, ma anche di gestire una propria fonderia. Questo la renderebbe un concorrente diretto delle ambizioni di Intel in materia di fonderia e degli stabilimenti statunitensi di Samsung. Un nuovo operatore, potenzialmente a costi più bassi, aumenterebbe significativamente la pressione competitiva sul mercato interno.

Vantaggio per le aziende fabless: per i progettisti di chip come Nvidia, AMD o Qualcomm, tuttavia, questo sviluppo rappresenta principalmente un'opportunità. Attualmente dipendono da TSMC. Un nuovo fornitore di fonderie con sede negli Stati Uniti rafforzerebbe la loro posizione negoziale e ridurrebbe i rischi della supply chain. La loro "minaccia" sarebbe solo indiretta se Substrate fallisse e bloccasse preziosi capitali di investimento che avrebbero potuto essere impiegati altrove.

In sintesi per gli USA: non si tratta di una minaccia per la sicurezza nazionale o per l'economia (anzi, il contrario), ma di una minaccia destabilizzante per l'equilibrio esistente e per i modelli di business dei produttori di semiconduttori statunitensi affermati.

3. La minaccia per la Cina

Per la Cina, la minaccia è puramente geopolitica e strategica, e potenzialmente anche maggiore di quella rappresentata dall'ASML.

Intensificazione del blocco tecnologico: gli Stati Uniti stanno già impedendo ad ASML di fornire i suoi sistemi EUV più avanzati alla Cina. Se la tecnologia litografica all'avanguardia venisse ora sviluppata direttamente da un'azienda statunitense con il coinvolgimento della CIA, i controlli sulle esportazioni diventerebbero ancora più severi e impenetrabili. La morsa tecnologica degli Stati Uniti si inasprirebbe.

Il divario si sta ampliando: la Cina sta faticando a recuperare terreno rispetto ai nodi più avanzati (come il processo a 7 nm di SMIC) che utilizzano la vecchia tecnologia DUV. Una nuova tecnologia occidentale, molto più economica e potente, farebbe arretrare di anni gli sforzi della Cina e amplierebbe drasticamente il divario tecnologico.

Aumento della pressione verso l'autosufficienza: questo sviluppo è la prova definitiva per la Cina che non potrà mai fare affidamento sulla tecnologia occidentale. Aumenterebbe enormemente la pressione sul governo cinese affinché investa ancora più risorse nello sviluppo di una propria tecnologia litografica nazionale, un'impresa estremamente costosa e lunga.

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Konrad Wolfenstein

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