Chips 90% mais baratos dos EUA? A startup Substrate está desafiando as gigantes ASML (Holanda) e TSMC (Taiwan).

Litografia de raios X 2.0: Do laboratório à produção em massa – A litografia de raios X é novamente uma realidade?

No mundo da alta tecnologia, onde o progresso é medido em nanômetros, a indústria de semicondutores assemelha-se a uma fortaleza com muralhas quase intransponíveis. No topo dessa ordem global, erguem-se dois gigantes incontestáveis: a ASML, monopolista holandesa e fornecedora exclusiva das caríssimas máquinas de litografia EUV para a fabricação de chips de última geração, e a gigante taiwanesa TSMC, que domina o mercado global de fabricação por contrato. Esse ecossistema altamente concentrado, construído ao longo de décadas de pesquisa e centenas de bilhões em investimentos, parecia até então intocável.

Mas agora, uma startup de São Francisco chamada Substrate está causando um impacto que pode abalar os alicerces dessa indústria. Com o apoio de mais de US$ 100 milhões de investidores proeminentes como Peter Thiel e o braço de capital de risco da CIA, In-Q-Tel, a Substrate está prestes a reescrever as regras do jogo. Sua promessa: uma tecnologia de litografia de raios X revitalizada e reinventada que não só é mais poderosa do que os sistemas EUV já estabelecidos da ASML, como também pode reduzir drasticamente o custo por wafer de chip em 90%.

Este anúncio é muito mais do que uma simples inovação tecnológica; é uma declaração de guerra geopolítica e econômica. Ele atinge o cerne da busca americana pela soberania tecnológica, desafia o modelo de negócios das máquinas mais caras do mundo e promete derrubar as enormes barreiras de entrada na fabricação de chips. Mas o caminho de uma demonstração promissora em laboratório até a produção em massa confiável é pavimentado com os destroços de revoluções fracassadas. Os obstáculos técnicos são monumentais, o ceticismo da indústria é profundo e a própria história da litografia de raios X é marcada por fracassos históricos. A questão crucial, portanto, é: estamos testemunhando o início de uma verdadeira disrupção que redesenhará o cenário global dos chips, ou apenas um déjà vu altamente financiado de um sonho tecnológico se despedaçando diante das duras realidades da física e da economia?

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Mudança global de poder esperada por meio de litografia inovadora de raios X

A tecnologia de fabricação de chips e semicondutores, um dos desenvolvimentos industriais mais importantes do século XXI, está passando por um momento de notável transformação. Uma startup de São Francisco chamada Substrate está gerando grande interesse na indústria global de microchips com o anúncio de uma nova tecnologia de litografia por raios X. Apoiada por investidores de renome, como Peter Thiel, a empresa já captou mais de cem milhões de dólares e afirma ter desenvolvido uma alternativa aos sistemas de litografia extremamente caros da monopolista holandesa ASML e às capacidades de produção da gigante taiwanesa TSMC. O impacto potencial desse desenvolvimento em toda a cadeia de valor dos semicondutores, nas estruturas de poder geopolítico e nos equilíbrios econômicos dentro dessa indústria é fundamental e justifica uma análise econômica detalhada.

A economia da litografia de semicondutores: quando os monopólios enfrentam desafios.

A história das inovações industriais demonstra repetidamente que a ruptura tecnológica raramente parte do centro das estruturas de poder estabelecidas, mas é iniciada por agentes externos.

A indústria de semicondutores atual vivencia um nível excepcional de concentração. A ASML, com sede na Holanda, controla praticamente todo o mercado de sistemas de litografia de última geração, detendo uma participação de mercado de 90% a 100% em litografia ultravioleta extrema. Essas máquinas, que custam entre 200 e 400 milhões de dólares por unidade, são essenciais para a fabricação de semicondutores avançados com dimensões inferiores a sete nanômetros. A margem bruta da ASML ultrapassa consistentemente os 50%, um indicador do imenso poder de precificação de um monopólio de fato. Em 2024, a empresa gerou receita de 28,3 bilhões de euros, com um lucro líquido de 7,6 bilhões de euros. A projeção para 2025 é de um crescimento de receita de aproximadamente 15%, com uma margem bruta em torno de 52%.

O desenvolvimento da tecnologia EUV foi uma maratona que durou mais de três décadas e custou mais de dez bilhões de dólares no total. A ASML só conseguiu gerenciar esse empreendimento gigantesco por meio de parcerias estratégicas com a Intel, a Samsung e a TSMC, que juntas investiram 1,4 bilhão de euros na empresa em 2012, participando assim do chamado Projeto Mosqueteiro. O primeiro sistema EUV comercial foi entregue em 2010, mas a tecnologia só atingiu a prontidão para produção em massa em 2019. Esse atraso de quase vinte anos no lançamento no mercado, em comparação com os planos originais, ilustra os imensos obstáculos técnicos.

Em paralelo, a TSMC de Taiwan domina o mercado global de fundição com uma participação de mercado impressionante de mais de 70% no segundo trimestre de 2025. A empresa gerou receita de US$ 30,24 bilhões no terceiro trimestre de 2025 e planeja investimentos de capital entre US$ 38 bilhões e US$ 42 bilhões para 2025. Uma fábrica de última geração da TSMC custa entre US$ 15 bilhões e US$ 20 bilhões. Esses números ilustram as enormes barreiras de entrada nesse setor.

A litografia por raios X, que agora apresenta substratos como uma alternativa, não é de forma alguma uma invenção nova. Essa tecnologia já estava sendo pesquisada na década de 1970 e, durante as décadas de 1980 e 1990, a IBM, a Motorola e outras corporações americanas investiram pesadamente em seu desenvolvimento. No entanto, os desafios técnicos se mostraram muito grandes. Os problemas fundamentais incluíam a necessidade de máscaras extremamente estáveis ​​feitas de materiais caros, como o ouro, a dificuldade de produzir fontes de raios X consistentes e a complexidade da dispersão de elétrons secundários, que limitava a resolução. Fatores econômicos também desempenharam um papel importante: a indústria não conseguiu chegar a um consenso sobre padrões comuns e o financiamento de várias empresas fracassou devido a interesses comerciais divergentes.

Ruptura tecnológica: revolução ou repetição de fracassos históricos?

A Substrate afirma ter resolvido esses problemas históricos. A empresa utiliza um acelerador de partículas projetado sob medida que acelera elétrons a velocidades próximas à da luz. Esses elétrons passam por uma série de ímãs que os fazem oscilar, gerando raios X intensos com comprimentos de onda abaixo de quatro nanômetros. Esse comprimento de onda é significativamente menor que os 13,5 nanômetros da tecnologia EUV da ASML, o que, teoricamente, possibilita uma resolução maior. A Substrate apresentou resultados de laboratório demonstrando estruturas com uma dimensão crítica de doze nanômetros e uma distância entre as pontas de treze nanômetros, comparáveis ​​às capacidades dos modernos sistemas EUV para tecnologias de processo de dois nanômetros.

A principal alegação econômica da Substrate é que o custo por wafer poderia cair de aproximadamente cem mil dólares atualmente para cerca de dez mil dólares até o final da década. Essa redução de 90% nos custos mudaria fundamentalmente a economia da fabricação de semicondutores. A empresa argumenta que, ao evitar o complexo processo de multipadrões frequentemente necessário na litografia EUV, o número de etapas de produção pode ser drasticamente reduzido.

No entanto, o ceticismo da indústria é justificado e baseado em realidades técnicas e econômicas preocupantes. Demonstrar estruturas em laboratório é uma tarefa completamente diferente da produção em massa com rendimentos consistentes. A TSMC atinge rendimentos em torno de 70% com processos de quatro nanômetros, enquanto a Samsung luta com rendimentos de apenas 35% usando tecnologias semelhantes. Esses números ilustram a importância crítica da estabilidade do processo e da minimização de defeitos. Mesmo os menores desvios em nível atômico podem levar a falhas.

Um problema particularmente crítico na litografia moderna são os efeitos estocásticos, ou seja, variações aleatórias no processo de exposição. Na litografia EUV, esses efeitos já podem representar mais da metade do orçamento total de erros e estima-se que custem à indústria mais de dez bilhões de dólares em receita perdida anualmente até 2030. Esses problemas resultam da física fundamental de pequenas estruturas, onde o número de fótons, a distribuição de moléculas de resina e o espalhamento de elétrons são inerentemente aleatórios. Se os substratos podem superar esses desafios melhor com raios X do que a ASML consegue com EUV, permanece uma questão em aberto.

Outro problema fundamental é a disponibilidade de materiais adequados. A litografia EUV exigiu o desenvolvimento de fotorresistentes totalmente novos, especificamente otimizados para o comprimento de onda de 13,5 nanômetros. Empresas japonesas como JSR, Tokyo Ohka Kogyo, Shin-Etsu Chemical e Fujifilm controlam mais de noventa por cento do mercado de fotorresistentes EUV. Esses materiais são baseados em compostos metálicos com elementos como estanho, háfnio ou zircônio, que apresentam maior absorção em comprimentos de onda EUV. A Substrate não só teria que desenvolver seus próprios fotorresistentes compatíveis com raios X, como também estabelecer a produção em massa desses materiais. Da mesma forma, as máscaras de alta precisão para raios X e a óptica especializada precisariam estar disponíveis em grandes quantidades — uma cadeia de suprimentos que atualmente não existe.

As implicações econômicas: quem ganha, quem perde?

O impacto potencial de uma tecnologia de litografia por raios X bem-sucedida na indústria de semicondutores seria profundo e remodelaria toda a cadeia de valor.

A ASML está no centro dessa potencial disrupção. A empresa investiu mais de quarenta anos na construção de sua liderança tecnológica. O desenvolvimento da EUV, por si só, consumiu décadas e bilhões de dólares. Um concorrente em funcionamento não apenas minaria o poder de precificação da ASML, como também poderia levar a uma reformulação completa de sua estratégia de investimento. Atualmente, a empresa está investindo pesadamente em sistemas EUV de alta NA (abertura numérica), que custam US$ 380 milhões por unidade e prometem resoluções ainda maiores. Se a Substrate conseguisse, de fato, alcançar resultados comparáveis ​​ou melhores a um décimo do custo, isso desafiaria fundamentalmente o roteiro da ASML para alta NA. Os acionistas, que avaliam a ASML em mais de US$ 300 bilhões, poderiam fazer uma reavaliação drástica.

Para a TSMC, as implicações seriam mistas. Por um lado, uma tecnologia de litografia mais barata poderia reduzir os custos de capital para novas fábricas. A TSMC atualmente gasta entre US$ 38 bilhões e US$ 42 bilhões anualmente em despesas de capital, uma parcela significativa das quais é alocada para sistemas EUV. Uma máquina EUV de baixa NA custa aproximadamente US$ 235 milhões, e a TSMC precisa de mais delas a cada ano. Alternativas mais baratas poderiam melhorar as margens de lucro. Por outro lado, a Substrate não planeja vender seus sistemas, mas pretende operar suas próprias fábricas. Isso tornaria a Substrate uma concorrente direta da TSMC. A história mostra que modelos verticalmente integrados raramente têm sucesso na indústria de semicondutores. A especialização entre empresas de design fabless e fundições provou ser superior. A Substrate não só teria que superar o desafio do desenvolvimento tecnológico, mas também o desafio completamente diferente das operações de fundição, relacionamento com o cliente e fabricação por contrato. Os quarenta anos de experiência da TSMC em otimização de processos, controle de qualidade e atendimento ao cliente representam uma enorme vantagem competitiva que não pode ser simplesmente replicada.

Para fabricantes de chips fabless como Nvidia, AMD, Qualcomm e Broadcom, uma tecnologia de substrato bem-sucedida poderia abrir novas opções. Atualmente, essas empresas dependem quase que exclusivamente da TSMC e, em menor grau, da Samsung. A Nvidia, sozinha, gerou US$ 124,4 bilhões em receita em 2024, principalmente com processadores de IA. Qualquer diversificação nas capacidades de fabricação reduziria o risco da cadeia de suprimentos e poderia fortalecer seu poder de negociação com as fundições. No entanto, essas empresas não trocariam para um fornecedor sem histórico comprovado até que este demonstrasse qualidade e rendimento consistentes ao longo de vários anos. A troca de um projeto de chip entre diferentes fundições é complexa e cara, já que cada fabricante utiliza kits de projeto de processo diferentes.

A Intel e a Samsung, ambas empresas que projetam e fabricam chips e que oferecem cada vez mais serviços de fundição, encontram-se em situações difíceis. A Intel está com problemas em sua divisão de fundição, que registrou um prejuízo de sete bilhões de dólares em uma receita de 18,9 bilhões de dólares em 2023. A tecnologia de processo 18A da Intel deveria oferecer vantagens competitivas, mas atrasos e problemas técnicos são notórios. A Samsung enfrenta desafios semelhantes com problemas de rendimento em nós de fabricação avançados. Uma nova tecnologia de litografia de menor custo poderia, teoricamente, ajudar ambas, mas as duas empresas fizeram investimentos maciços em processos baseados em EUV e não mudariam facilmente.

Os fornecedores na cadeia de valor de semicondutores também seriam afetados. A Zeiss, fabricante alemã de espelhos de ultraprecisão para sistemas da ASML, a Trumpf, que fornece lasers de alta potência, e a Applied Materials, a KLA e a Lam Research, que fornecem outros equipamentos de fabricação, investiram fortemente no suporte ao ecossistema EUV. Uma nova tecnologia exigiria novas cadeias de suprimentos. Os fabricantes japoneses de fotorresistentes teriam que desenvolver materiais compatíveis com raios X ou perder participação de mercado.

A dimensão geopolítica: soberania tecnológica e segurança econômica

A indústria de semicondutores está profundamente envolvida em tensões geopolíticas, e o anúncio sobre o substrato ocorre em um momento estrategicamente importante.

Nos últimos anos, os Estados Unidos têm imposto controles de exportação cada vez mais restritivos à China para limitar seu acesso à tecnologia avançada de semicondutores. A ASML está proibida de vender seus sistemas EUV mais avançados para a China. Essa política visa restringir a capacidade da China de desenvolver inteligência artificial e aplicações militares. Ao mesmo tempo, o governo americano está investindo pesadamente na relocalização da produção de semicondutores de volta para os EUA por meio da Lei CHIPS, que prevê US$ 39 bilhões em subsídios diretos e um crédito tributário de investimento de 25%.

A Substrate se encaixa perfeitamente nessa agenda estratégica. Um sistema de litografia desenvolvido e fabricado nos EUA reduziria a dependência da tecnologia holandesa e taiwanesa. O envolvimento de Peter Thiel não é coincidência. Thiel tem enfatizado repetidamente a necessidade de autonomia tecnológica americana. A In-Q-Tel, braço de capital de risco da CIA, também é investidora da Substrate, o que reforça a dimensão de segurança nacional.

No entanto, a história da litografia por raios X mostra que os campeões nacionais nem sempre são bem-sucedidos. Os EUA tentaram recuperar a liderança no setor de semicondutores nas décadas de 1980 e 1990 por meio de colaborações com a SEMATECH, mas acabaram fracassando. A ASML alcançou seu sucesso não por meio de políticas industriais nacionais, mas sim por meio de desenvolvimento tecnológico paciente, integração eficiente da cadeia de suprimentos e parcerias estratégicas com clientes. A questão é se o apoio governamental pode ser bem-sucedido sem esses fatores.

A China, por sua vez, está respondendo às restrições de exportação ocidentais com investimentos maciços em tecnologia de semicondutores nacional. A iniciativa "Made in China 2025" prioriza a autossuficiência. Caso o projeto Substrate se mostre bem-sucedido, a China buscará acesso a essa tecnologia ou desenvolverá suas próprias alternativas. A SMIC, maior fundição da China, avançou com processos de sete nanômetros sem EUV, apesar das restrições, embora com rendimentos menores e custos mais altos.

A Europa encontra-se numa posição complexa. A ASML é uma empresa europeia, mas o governo holandês está sob pressão dos EUA para restringir as exportações. A Lei Europeia de Chips promete 43 mil milhões de euros em subsídios para duplicar a quota de mercado global da indústria europeia de semicondutores, de 10% para 20%. Uma alternativa de litografia dominada pelos EUA poderá comprometer ainda mais a autonomia estratégica da Europa.

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Os obstáculos tecnológicos: o que separa o laboratório da produção em massa?

O caminho que leva de resultados impressionantes em laboratório à produção comercial em massa é notoriamente difícil e repleto de problemas imprevistos na indústria de semicondutores.

O maior desafio da Substrate é a escalabilidade. A demonstração em laboratório apresentada comprova que, em princípio, estruturas na faixa de tamanho relevante podem ser produzidas. No entanto, a litografia comercial exige muito mais. Uma máquina da ASML expõe aproximadamente de 130 a 170 wafers por hora. A precisão de sobreposição, ou seja, o alinhamento preciso de múltiplas camadas, deve ser inferior a um nanômetro. A uniformidade em todo o wafer deve ser extremamente alta. A densidade de defeitos deve ser inferior a um defeito por centímetro quadrado. Atender a todos esses requisitos simultaneamente, enquanto o sistema opera de forma estável por meses, é uma conquista monumental da engenharia.

A fonte de aceleração de partículas usada pela Substrate precisa operar com estabilidade extraordinária. Qualquer flutuação na intensidade ou posição do feixe comprometeria a qualidade. A ASML passou anos estabilizando sua fonte de plasma a laser para EUV. Essa fonte dispara 50.000 minúsculas gotículas de estanho por segundo em um recipiente a vácuo, onde são atingidas duas vezes por um laser de CO2 de 30 quilowatts para gerar o plasma que emite luz EUV. A complexidade dessa solução resultou de anos de iterações. A Substrate afirma ter uma solução mais compacta e econômica, mas, sem anos de testes em campo, isso permanece especulativo.

A óptica para raios X é fundamentalmente diferente daquela para EUV ou DUV. Os raios X não podem ser focalizados por lentes porque são absorvidos pela maioria dos materiais. Em vez disso, são necessários espelhos especiais de incidência rasante. Esses espelhos devem ser fabricados com uma precisão impressionante. A Zeiss produz espelhos para a ASML onde, em escala para o tamanho da Alemanha, os maiores desvios da forma ideal seriam de apenas um décimo de milímetro. Se tal precisão existe ou pode ser desenvolvida para óptica de raios X, ainda não está claro.

Os materiais fotorresistentes para litografia de raios X não estão disponíveis em quantidades comerciais. O desenvolvimento de novos sistemas de fotorresistência geralmente leva anos e requer estreita colaboração entre químicos, cientistas de materiais e engenheiros de processo. As fotorresistências devem oferecer alta resolução e, ao mesmo tempo, possuir resistência suficiente à corrosão para servir como máscara nas etapas de processamento subsequentes. Devem apresentar baixa rugosidade de borda e não devem causar reações secundárias indesejadas. Os líderes de mercado japoneses neste campo não trabalhariam automaticamente para um novo concorrente.

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O modelo de negócios: Integração vertical como Segen ou maldição

A Substrate está adotando uma estratégia radical que se desvia do padrão estabelecido na indústria. Em vez de vender sistemas de litografia para fundições já existentes, a empresa planeja construir e operar suas próprias fábricas de semicondutores.

Essa integração vertical contradiz o modelo de negócios dominante das últimas quatro décadas. Desde que Morris Chang fundou a TSMC em 1987 e estabeleceu o modelo de fundição pura, o setor tornou-se cada vez mais especializado. Empresas de design fabless (sem fábrica própria) se concentram na arquitetura e no design de chips, as fundições na fabricação e fornecedores de equipamentos como a ASML em tecnologias específicas. Essa especialização permite que cada participante se torne referência mundial em seu respectivo campo.

A Substrate argumenta que a integração vertical reduz os custos de coordenação e permite uma inovação mais rápida. Tesla e SpaceX são frequentemente citadas como exemplos de integração vertical bem-sucedida. Mas a indústria de semicondutores é diferente. A intensidade de capital é extrema. Uma fábrica moderna custa entre quinze e vinte bilhões de dólares. A TSMC gasta mais de quarenta bilhões de dólares anualmente em despesas de capital. A Substrate captou cem milhões de dólares até agora e está avaliada em mais de um bilhão de dólares. Para se tornar competitiva, a empresa precisaria investir cem vezes esse valor.

Além disso, operar uma fundição exige habilidades completamente diferentes das necessárias para desenvolver tecnologia de litografia. A TSMC emprega mais de 70.000 pessoas, muitas delas engenheiros de processo altamente especializados. A empresa possui mais de 40 anos de experiência em otimização de rendimento, análise de defeitos e gestão de relacionamento com o cliente. Cada novo nó de processo requer milhares de experimentos e iterações. A curva de aprendizado é íngreme e dispendiosa.

A questão também é quem seriam os clientes da Substrate. Grandes empresas fabless, como Nvidia, AMD e Qualcomm, têm relacionamentos de longo prazo e estreitamente integrados com a TSMC. Essas parcerias são baseadas em anos de colaboração, kits de projeto de processo desenvolvidos em conjunto e confiança mútua. Uma nova fundição teria que oferecer vantagens excepcionais para romper esses relacionamentos. Custos mais baixos por si só não são suficientes quando os riscos relacionados ao rendimento, confiabilidade e prazos de entrega são incertos.

A Intel vem tentando expandir seus negócios de fundição há anos, mas enfrenta dificuldades consideráveis. A Intel Foundry Services gerou apenas oito milhões de dólares em receita externa no terceiro trimestre de 2024. Os prejuízos são enormes. Isso demonstra a dificuldade, mesmo para uma gigante consolidada do setor de semicondutores, de penetrar no mercado de fundição. A Substrate estaria começando do zero.

Horizonte temporal: 2028 e além.

A Substrate planeja iniciar a produção em massa em 2028. Este é um cronograma excepcionalmente ambicioso. Passar da atual demonstração em laboratório para a produção comercial em aproximadamente três anos exigiria que tudo corresse perfeitamente.

Para efeito de comparação: a ASML começou com protótipos alfa iniciais para EUV em 2006, entregou seu primeiro sistema de pré-produção em 2010 e só alcançou a fabricação em larga escala em 2019. Isso representa treze anos desde a primeira demonstração até a produção em massa, e isso com uma empresa já estabelecida e com vasta experiência em litografia.

A Substrate precisaria não apenas tornar sua tecnologia de litografia pronta para produção em três anos, mas também construir uma fábrica, estabelecer cadeias de suprimentos para todos os materiais e equipamentos necessários, desenvolver e otimizar processos, adquirir clientes e obter as licenças necessárias. Mesmo que a tecnologia funcione, esse cronograma é irrealista.

Um prazo mais realista seria de oito a doze anos até que a produção comercial significativa se concretize. Isso significaria que o impacto na indústria não seria sentido antes de meados da década de 2030, no mínimo. Até lá, a ASML já terá estabelecido seus sistemas EUV de alta NA, a TSMC possivelmente estará trabalhando em processos de um nanômetro ou menores, e toda a indústria poderá ter evoluído em uma direção que torne a abordagem da Substrate obsoleta.

Cenários futuros alternativos: O que realmente poderia acontecer?

O anúncio do Substrate levanta questões importantes, mas os cenários prováveis ​​variam do fracasso total a sucessos parciais que influenciam sutilmente o setor, mas não o revolucionam.

O cenário pessimista é que a Substrate não conseguirá superar os obstáculos técnicos. A física da litografia por raios X pode se mostrar problemática demais, os efeitos estocásticos podem ser incontroláveis ​​ou os custos de capital podem se tornar muito altos. A empresa então ou faliria ou se relegaria a um nicho de mercado para aplicações especializadas. Historicamente, a maioria das empresas que desafiam tecnologias estabelecidas fracassaram. Nikon e Canon tentaram competir com a ASML na corrida da litografia EUV e desistiram.

Um cenário intermediário seria a Substrate tornar a tecnologia parcialmente funcional, mas não ao custo prometido ou com a confiabilidade necessária. A empresa poderia então licenciar sua tecnologia para um player já estabelecido. A própria ASML poderia estar interessada em avaliar a litografia de raios X como uma potencial tecnologia de próxima geração após a litografia EUV de alta NA. Alternativamente, um grande fabricante de semicondutores como a Intel ou a Samsung poderia adquirir a tecnologia para diferenciar suas próprias capacidades de fabricação.

Um cenário otimista seria que a Substrate desenvolva de fato uma solução de litografia funcional e mais econômica, mas abandone o negócio de fundição e, em vez disso, venda sistemas para fabricantes já estabelecidos. Isso reduziria as barreiras de entrada e poderia levar a uma concorrência mais saudável no mercado de equipamentos de litografia. A ASML se sentiria pressionada a reduzir os preços e inovar mais rapidamente. Todo o setor poderia se beneficiar.

O cenário transformador em que a Substrate domina a tecnologia, opera com sucesso suas próprias fábricas e se torna uma concorrente significativa no setor de fundição parece ser o menos provável. Combinar inovação tecnológica com inovação em modelo de negócios em um dos setores mais complexos e de capital intensivo do mundo é um desafio extraordinário.

Implicações mais amplas: Lei de Moore, limites de miniaturização e caminhos alternativos.

A história da Substrate também levanta questões fundamentais sobre o futuro da indústria de semicondutores. A Lei de Moore, a observação de que o número de transistores em um chip dobra aproximadamente a cada dois anos, tem ditado o ritmo da indústria desde a década de 1960. Mas, cada vez mais, vozes preveem o fim dessa tendência.

As limitações físicas estão se tornando cada vez mais evidentes. Os transistores estão se aproximando de dimensões atômicas. Em estruturas abaixo de três nanômetros, ocorrem efeitos quânticos como o tunelamento, onde os elétrons saltam incontrolavelmente através de barreiras. A geração de calor se torna problemática. As correntes de fuga de elétrons aumentam. Alguns especialistas argumentam que a Lei de Moore já chegou ao fim em 2016, quando a Intel levou cinco anos para passar de dez para sete nanômetros, em vez dos tradicionais dois anos.

As restrições econômicas são igualmente significativas. A Lei de Rock afirma que o custo de construção de uma fábrica de semicondutores praticamente dobra a cada quatro anos. Uma fábrica para tecnologia de dois nanômetros custa vinte bilhões de dólares ou mais. O número de empresas que podem arcar com tais investimentos está diminuindo. Apenas a TSMC, a Samsung e a Intel permanecem na corrida pelos nós de fabricação mais avançados. Todas as outras desistiram e estão se concentrando em tecnologias mais maduras e lucrativas.

Nesse contexto, a promessa da Substrate de reduzir drasticamente os custos é particularmente atraente. Se bem-sucedida, a entrada de mais empresas no setor líder de fabricação de semicondutores poderia estimular a concorrência. No entanto, mesmo com litografia mais barata, o custo total de uma fábrica continua enorme, já que a litografia representa apenas cerca de 20% do custo total dos equipamentos.

Abordagens alternativas para a continuidade da Lei de Moore estão sendo intensamente pesquisadas. Novas arquiteturas de transistores, como os FETs com porta envolvente (gate-all-around FETs), que a Samsung e a TSMC estão introduzindo em processos de três nanômetros, melhoram o controle do fluxo de elétrons. O empilhamento tridimensional de chips por meio de tecnologias avançadas de encapsulamento, como o CoWoS da TSMC, possibilita a integração de mais funcionalidades em volumes menores. Novos materiais, como nitreto de gálio ou nanotubos de carbono, podem complementar ou substituir o silício. Arquiteturas de computação neuromórfica e computadores quânticos prometem paradigmas computacionais fundamentalmente diferentes.

A auto-montagem dirigida de copolímeros em bloco e a litografia por nanoimpressão são outras abordagens alternativas de litografia que estão sendo exploradas. Essas tecnologias podem oferecer vantagens para certas aplicações, mas até agora não foram implementadas em larga escala na produção em massa. A indústria de semicondutores é conservadora em relação a mudanças de processo, pois os riscos são muito altos.

Um desafio fascinante com um resultado incerto.

O anúncio da Substrate é inegavelmente empolgante e levanta questões importantes sobre o futuro da fabricação de semicondutores. O impacto potencial sobre os monopólios estabelecidos, as estruturas de poder geopolítico e os equilíbrios econômicos neste setor crucial é considerável.

No entanto, um realismo sóbrio se faz necessário. A história da indústria de semicondutores está repleta de tecnologias promissoras que fracassaram e anúncios que se revelaram exagerados. A litografia por raios X já era considerada o futuro nas décadas de 1980 e 1990 e falhou. Os desafios técnicos, econômicos e organizacionais que a Substrate precisa superar são monumentais.

A ASML e a TSMC não alcançaram suas posições dominantes por acaso, mas sim por meio de décadas de trabalho paciente, investimentos maciços, parcerias astutas e excelência técnica. Essas empresas não ficarão passivas enquanto um novo concorrente invade seus mercados. Elas irão acelerar sua própria inovação, ajustar preços e tentar reter clientes em potencial.

Para os investidores da Substrate, incluindo Peter Thiel e a In-Q-Tel, este é um empreendimento de alto risco com lucros potencialmente enormes, mas também com a possibilidade muito real de perda total. Para a indústria de semicondutores como um todo, este desenvolvimento envia um sinal positivo de que a inovação ainda não acabou e que novas abordagens estão sendo exploradas. Mesmo que a Substrate fracasse, as lições aprendidas poderão orientar projetos futuros.

Os próximos anos mostrarão se a Substrate realmente conseguirá revolucionar a indústria de semicondutores ou se será apenas mais um episódio na longa luta para ultrapassar os limites da miniaturização. As dimensões econômicas, tecnológicas e geopolíticas dessa história a tornam um fascinante estudo de caso sobre inovação, disrupção e os limites do que é possível em um dos setores mais complexos da economia moderna.

Guerra dos Chips 2.0: Por que os EUA, a China e a Europa enfrentam riscos muito diferentes

A ameaça não se limita à Europa, mas afeta toda a indústria global de semicondutores. No entanto, a natureza da ameaça é fundamentalmente diferente para os EUA e a China do que para a Europa.

1. A ameaça para a Europa (especialmente a ASML)

Para a Europa, a ameaça é direta e existencial.

A ASML está na mira: a Substrate está mirando no próprio coração da joia tecnológica europeia, a ASML. Caso a litografia por raios X se mostre bem-sucedida, ela quebraria o monopólio de décadas da ASML em sistemas de litografia de última geração.

Prejuízo econômico: Um concorrente bem-sucedido prejudicaria o imenso poder de precificação e as altas margens de lucro da ASML. Investimentos na próxima geração (EUV de alta NA), que custam centenas de milhões por máquina, poderiam se revelar um mau investimento.

Enfraquecimento do ecossistema: A ameaça estende-se a toda a cadeia de abastecimento europeia construída em torno da ASML, particularmente a empresas alemãs de alta tecnologia como a Zeiss (óptica) e a Trumpf (lasers).

Perda geopolítica: a Europa está perdendo sua alavanca geopolítica mais importante. O controle sobre a ASML confere à UE (e aos Países Baixos) uma posição de poder única nos conflitos tecnológicos globais, uma posição já limitada pela pressão dos EUA. Uma alternativa americana eliminaria quase completamente essa posição.

2. A ameaça à concorrência nos EUA

Para os EUA, é uma faca de dois gumes: uma oportunidade estratégica para a nação, mas uma ameaça disruptiva para os atores americanos já estabelecidos.

Ameaça para a Intel e a Samsung: Empresas como a Intel e a Samsung, que investem pesadamente nos EUA (com o apoio da Lei CHIPS), basearam todas as suas estratégias futuras na tecnologia EUV da ASML. Elas investiram bilhões em fábricas baseadas em EUV. Uma nova tecnologia incompatível da Substrate desvalorizaria esses investimentos e as forçaria a repensar completamente seus planos de desenvolvimento.

Um novo concorrente está surgindo no mercado interno: a Substrate planeja não apenas vender máquinas, mas também operar sua própria fundição. Isso a tornaria uma concorrente direta das ambições da Intel em relação à fundição e das fábricas da Samsung nos EUA. Um novo participante, potencialmente com custos mais baixos, aumentaria significativamente a pressão competitiva no mercado interno.

Vantagem para empresas fabless: Para projetistas de chips como Nvidia, AMD ou Qualcomm, no entanto, esse desenvolvimento representa principalmente uma oportunidade. Atualmente, elas dependem da TSMC. Uma nova fundição sediada nos EUA fortaleceria seu poder de negociação e reduziria os riscos na cadeia de suprimentos. Sua "ameaça" seria apenas indireta, caso a Substrate fracassasse e imobilizasse capital de investimento valioso que poderia ter sido utilizado em outros projetos.

Em resumo, para os EUA: não se trata de uma ameaça à segurança nacional ou à economia (muito pelo contrário), mas sim de uma ameaça disruptiva ao equilíbrio existente e aos modelos de negócios dos fabricantes de semicondutores estabelecidos nos EUA.

3. A ameaça à China

Para a China, a ameaça é puramente geopolítica e estratégica – e potencialmente ainda maior do que a representada pela ASML.

Intensificando o bloqueio tecnológico: Os EUA já estão impedindo a ASML de fornecer seus sistemas EUV mais avançados para a China. Se a tecnologia de litografia de ponta estiver sendo desenvolvida diretamente por uma empresa americana com envolvimento da CIA, os controles de exportação se tornarão ainda mais rigorosos e impenetráveis. O domínio tecnológico dos EUA se consolidaria.

A diferença está aumentando: a China está tendo dificuldades para alcançar nós tecnológicos mais avançados (como o processo de 7 nm da SMIC) usando a tecnologia DUV, mais antiga. Uma nova tecnologia ocidental, muito mais barata e poderosa, atrasaria os esforços da China em anos e ampliaria drasticamente a disparidade tecnológica.

Aumento da pressão pela autossuficiência: Este desenvolvimento é a prova definitiva para a China de que ela jamais poderá depender da tecnologia ocidental. Isso aumentará enormemente a pressão sobre o governo chinês para investir ainda mais recursos no desenvolvimento de sua própria tecnologia de litografia nacional – um empreendimento extremamente caro e demorado.

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Konrad Wolfenstein

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