{"id":74562,"date":"2022-09-22T11:00:20","date_gmt":"2022-09-22T09:00:20","guid":{"rendered":"https:\/\/appelloalpopolo.it\/?p=74562"},"modified":"2022-09-23T15:25:25","modified_gmt":"2022-09-23T13:25:25","slug":"la-guerra-dei-semiconduttori-prima-parte","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/appelloalpopolo.it\/?p=74562","title":{"rendered":"La guerra dei semiconduttori (prima parte)"},"content":{"rendered":"

di L’INTERFERENZA (Giacomo Rotoli)<\/strong><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Mentre la guerruncola Russia \u2013 Ucraina procede stancamente senza n\u00e8 vinti n\u00e8 vincitori sembra che pochi si accorgono che la vera guerra per il dominio mondiale \u00e8 nel Pacifico. La Cina invader\u00e0 Taiwan? Che lo faccia presto perch\u00e9 tra poco sar\u00e0 troppo tardi. Ma sarebbe la III guerra mondiale? Si, questa volta davvero.<\/em><\/p>\n

Questa \u00e8 la premessa, un po scioccante, di quella che \u00e8 la \u201cguerra dei semiconduttori\u201d che si pu\u00f2 anche dire con un\u2019altra espressione: chi controlla il mercato della fabbricazione dei circuiti integrati controlla il mondo. Infatti chi avrebbe questo privilegio non solo avrebbe ai suoi piedi il mercato pi\u00f9 redditizio del mondo ma anche la tecnologia pi\u00f9 avanzata in assoluto che avrebbe, anche se con un po di ritardo, inevitabili ricadute anche nel campo militare. Immaginate la guerra del futuro: soldati dotati di elmetti collegati tra loro e ad una Intelligenza Artificiale che ne guida l\u2019attacco individuando il nemico e calcolando in miliardesimi di secondo ogni possibilit\u00e0, perdita o vantaggio. Fantascienza? No \u00e8 il futuro. Immaginate formazioni di droni sempre guidate da IA dotate di reti neurali di altissimo livello tali da comportarsi in modo \u201cquasi\u201d umano nell\u2019apprendere come eliminare sacche di resistenza. Immaginate infine, ma \u00e8 gi\u00e0 realt\u00e0, un mondo dominato dalle reti e dai loro terminali: smartphone, server, computers, auto, treni e aerei a guida autonoma; tutti integrati tra loro e dotati di chip contenenti 500 miliardi di transistors.<\/p>\n

Chi produrr\u00e0 questi chip avr\u00e0 il mondo \u201cpreso per le palle\u201d letteralmente (scusate l\u2019immagine un po forte).Troppo fantascientifico? Mica tanto: esistono gi\u00e0 sul mercato chip che contengono 50 miliardi di transistors. Ma chi li produce?<\/p>\n

L\u2019evoluzione del controllo del mercato dei semiconduttori negli ultimi 15 anni.<\/strong><\/p>\n

Per capire questo dobbiamo fare un passo indietro di circa una quindicina di anni. Come vedremo questa \u00e8 una vera storia globale in cui anche l\u2019Europa ha una sua parte importante (ma non l\u2019Italia, i nostri beneamati politici avevano gi\u00e0 deciso molti anni prima che i computers non servivano ad arricchire le loro tasche e quindi avevano tranquillamente svenduto l\u2019industria nazionale ai compradori esteri [1]). Siamo nel 2007, il mercato mondiale della fabbricazione di IC (Integrated Circuits) \u00e8 in massima parte americano. INTEL la fa da padrona con i suoi processori della serie X86 fabbricati in Arizona, mentre nel Pacifico in Corea del Sud sta nascendo una nuova stella nel mercato dei semiconduttori SAMSUNG ma il primo smartphone Galaxy uscir\u00e0 solo nel 2009. Anche Apple, che sta per lanciare l\u2019Iphone, sta transendo dai processori PowerPC di IBM a quelli di INTEL ritenuti ormai superiori, ma per il primo Iphone utilizzer\u00e0 un processore sviluppato da SAMSUNG.<\/p>\n

In quel momento i processori pi\u00f9 veloci hanno circa 500 milioni di transistors. INTEL ha sviluppato la tecnologia multi-core per cui su ogni chip vengono disegnati pi\u00f9 di un processore, al momento da 2 a 4 (il primo multicore erastato un Power IBM [2]). Nel 2007 il processore con pi\u00f9 transistors era l\u2019Itanium 2 di INTEL che ne aveva 1.6 miliardi che era usato nei servers. Il processo di fabbricazione era a 90 nm (nanometri ovvero 90 miliardesimi di metro [3]). INTEL era quel che adesso viene definita una IDM (Integrated Device Manufacturer) ossia una societ\u00e0 che disegna, fabbrica e vende i propri circuiti integrati. Altre IDM erano SAMSUNG, da sempre comunque una grande conglomerata, Texas Instruments (TI) altra grande che produceva una gamma molto vasta di apparati elettronici. Andavano comunque gi\u00e0 all\u2019epoca differenziandosi altre due diverse tipologie nell\u2019industria dei semiconduttori: \u201cfabless\u201d e \u201cpure play\u201d.Le prime sono imprese senza fabbriche (fabless \u00e8 la contrazione di \u201cfabrication less\u201d) le quali progettano processori che saranno poi fabbricate da IDM o da fabbriche \u201cpure play\u201d le quali al contrario non progettano ma realizzano solamente. Apple \u00e8 probabilmente l\u2019impresa fabless pi\u00f9 nota dato che non ha mai fisicamente fabbricato i suoi processori nei suoi impianti (la strategia di Jobs \u00e8 sempre stata quella di prendere il meglio della tecnologia e assemblarla insieme per ottenere qualcosa di nuovo).<\/p>\n

Tra le fabless nel 2007 era gi\u00e0 presente AMD, famosa per i suoi processori che sfidavano il quasi monopolio di INTEL, che proprio in quel momento aveva deciso di uscire dal comparto della manifattura. Nel 2008 nascer\u00e0 con sede negli emirati arabi Global Foundries (GF) in partenza una \u201cpure play\u201d che produrr\u00e0 i processori AMD in joint venture con capitali degli UAE. Negli anni a venire AMD vender\u00e0 progressivamente tutte le sue quote in GF. Tra le industrie \u201cpure play\u201d vi era gi\u00e0 la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) di Taiwan che nel 2007 aveva un attivo di circa 10 miliardi di dollari. In quegli anni TSMC aveva partecipato ad una alleanza denominata \u201cAlliance Les Crolles 2\u201d dal nome della cittadina francese dove aveva sede una fabbrica di STMicroelectronics presso Grenoble, azienda franco-italiana, a quel tempo il quinto produttore mondiale di semiconduttori.<\/p>\n

ARM e RISC<\/strong><\/p>\n

Oltre a STMicroelectronics tra le tante piccole compagnie nate col boom dei personal computers degli anni 80 vi era ARM ltd. E\u2019 una societ\u00e0 britannica che deriva dalla pi\u00f9 antica Acorn Computers in joint venture con Apple. L\u2019interesse di Apple per la Acorn, con la quale anche Olivetti aveva avuto un \u201cbusiness\u201d, era che quest\u2019ultima aveva sviluppato un processore detto Acorn RISC Machines, ARM appunto che Acorn aveva commercializzato nel 1987 nei suoi computers. Questo processore era basato su un \u201cset di istruzioni ridotte\u201d (Reduct Istructions Set Computer = RISC).<\/p>\n

Il vantaggio dei computer RISC era quello che erano pi\u00f9 veloci perch\u00e9 rispetto ad un computer tradizionale avevano poche istruzioni semplici da eseguire e il processore non doveva perdere tempo a decodificare istruzioni complesse fatte di molti sub-passaggi (in alcuni processori, ad esempio il Motorola 68000 il primo utilizzato da Apple circa 1\/3 dei transistors era impiegato per tradurre le istruzioni complesse inun linguaggio pi\u00f9 semplice; anche i processori di INTEL non erano e non sono attualmente dei processori RISC, anche se con la complessit\u00e0 degli attuali sistemi questa differenza si \u00e8 molto attenuata).<\/p>\n

La societ\u00e0 Advanced RISC Machines ltd. ovvero, dal 1998 semplicemente ARM ltd., doveva continuare lo sviluppo dei processori RISC utilizzandone una sua versione del set di istruzioni detta appunto ARM (senza ltd.). Apple aveva proposto la joint venture perch\u00e9 interessata allo sviluppo di un sistema, detto Newton, di Personal Device Assistent (PDA). Era sostanzialmente un computer palmare, una sorta di primitivo tablet con tanto di touch screen. Ma era troppo costoso e fu abbandonato presto. Tuttavia Apple svilupp\u00f2 software e hardware che gli torner\u00e0 utile. Un palmare con un antenna infatti inizia a somigliare a qualcosa di familiare: un telefono cellulare. Infatti nel 2007 Apple per l\u2019Iphone utilizz\u00f2 un processore ARM ma lo fece produrre materialmente da SAMSUNG che aveva le licenze da ARM ltd. per produrlo.<\/p>\n

Tre anni dopo nel 2010 Apple e SAMSUNG iniziarono a differenziarsi. La competizione dei cellulari SAMSUNG iniziava a farsi sentire. Per cui Apple inizi\u00f2 a disegnare da sola (\u201cIn house\u201d) i propri processori a partire dal tabletIpad e dall\u2019Iphone4. Il processore era detto A4 ed era sempre un ARM [4]. Nel 2010 INTEL dominava ancora il mercato degli Home Computers e la stessa Apple usava ormai completamente solo processori INTEL X86 per i computers. Il processore di punta era l\u2019INTEL Xeon \u201cBeckton\u201d EX a 8-core che aveva circa 3 miliardi di transistors ed era prodotto con un processo di fabbricazione con una risoluzione di 45 nm. In confronto l\u2019ARM A4 aveva con lo stesso processo a 45 nm all\u2019incirca 200 milioni di transistors. In media la crescita del numero di transistors continua a seguire la c.d. Legge di Moore: il numero di transistors nei processori raddoppia ogni 18-24 mesi.<\/p>\n

Una nuova svolta avvenne col processore Apple A8 sempre un ARM based con 2 miliardi di transistor e prodotto da un processo a 20 nm da TSMC [5]. Apple abbandonava SAMSUMG e si affidava a TSMC i cui profitti aumentarono dal 2012 al 2014 di quasi il 50%. Sempre nel 2014 lo Xeon \u201cHaswell\u201d con 18 cores aveva 5,7 miliardi di transistors realizzati con un processo a 22 nm. Come si vede gli A di Apple iniziavano a divenire competitivi con i top di gamma in termini di numero di transistors: dal 2010 al 2014 il rapporto era passato da 15 volte a circa 3 volte. Si avvicinava il momento in cui i processori ARM, pensati per glismartphone, avrebbero iniziato a insidiare il mercato dei processori X86?<\/p>\n

Come si fabbrica un processore?<\/strong><\/p>\n

Conviene a questo punto fare una piccola digressione sulle tecniche di fabbricazione perch\u00e9 alla fine questo \u00e8 il sancta-sanctorum di tutta la guerra dei semiconduttori. Il progresso nel numero di transistors \u00e8 strettamente legato alla possibilit\u00e0 di integrarne il maggior numero su un chip di dimensioni ragionevolmente piccole (specialmente per gli smartphones). La tecnica che viene usata \u00e8 la fotolitografia che nel tempo \u00e8 diventata una tecnica estremamente complessa.<\/p>\n

La sua origine \u00e8 semplice: si crea una maschera che contiene il disegno del circuito, sullo strato di silicio o altro materiale viene applicato un photoresist, ovvero un materiale che \u00e8 sensibile alla luce, la maschera viene posta tra il chip e la sorgente luminosa, in questo modo la luce illuminer\u00e0 solo le parti di photoresist che sono esposte alla luce. Dopodich\u00e9 il photoresist viene \u201csviluppato\u201d e sul chip rester\u00e0 l\u2019immagine che era sulla maschera, le aree non protette dal photoresist saranno asportate con un processo detto di etching (\u201cincisione\u201d processo simile all\u2019acquaforte, che pu\u00f2 essere chimico o fisico attraverso l\u2019esposizione ad un plasma) e si otterr\u00e0 un disegno tridimensionale. Successivamente anche il restante photoresist viene rimosso chimicamente. I circuiti integrati sono estremamente complessi e richiedono il posizionamento di pi\u00f9 strati di metalli, isolanti e semiconduttori, per cui il processo deve essere ripetuto pi\u00f9 volte per lo stesso chip. La risoluzione, che \u00e8 la minima distanza tra due dettagli del chip o la dimensione minima di un punto che pu\u00f2 essere realizzata senza sovrapporsi ad altri punti \u00e8 il parametro fondamentale ed \u00e8 direttamente collegato al numero di dettagli che posso definire nel disegno e quindi in definitiva al numero di transistors. Ma come si fa a disegnare qualcosa con una risoluzione di 20 nm, che non si vede nemmeno con un microscopio ottico? (il limite \u00e8 la lunghezza d\u2019onda della luce visibile circa 500 nm). Il problema \u00e8 nella sostanza un problema di ottica ed \u00e8 legato alla c.d. legge di Abbe che afferma che la minima risoluzione di un dispositivo ottico \u00e8 data dalla lunghezza d\u2019onda della luce, divisa per l\u2019apertura della lente (proporzionale all\u2019inverso di quello che nelle macchine fotografiche \u00e8 il c.d. numero f) moltiplicata per un fattore numerico il cui minimo \u00e8 1\/4 (ovvero possiamo sperare di risolvere fino a un quarto della lunghezza d\u2019onda diviso l\u2019apertura).<\/p>\n

Quindi cerchiamo di trovare una luce che abbia la pi\u00f9 bassa lunghezza d\u2019onda e questa \u00e8 la luce UV Ultravioletta, di pi\u00f9 ci mettiamo nel range del c.d. Deep Ultra Violet (DUV) dove esistono sorgenti (non visibili all\u2019occhio umano) ad esempio a 193 nm (la luce visibile va da 390 nma 700 nm). Se utilizziamo una lente che ha un\u2019apertura di 1.25 avremo al massimo una risoluzione di (193\/4) x (4\/5) = 193\/5 circa 38 nm (forse di pi\u00f9: abbiamo usato 1\/4 per il fattore numerico che \u00e8 l\u2019ideale). Non siamo ancora a 20 nm, per\u00f2 ci sono dei trucchi che consistono in esporre pi\u00f9 volte la stessa maschera (multiple patterning) che permettono di aumentare la risoluzione anche se danneggiano la resa (yield) ovvero quanti chip dovr\u00f2 buttare nell\u2019immondizia dopo il processo perch\u00e9 non sono venuti bene. Un processo DUV con multiple patterning pu\u00f2 arrivare anche a 7 nm di risoluzione, ma con grande sforzo e bassa produttivit\u00e0 il che aumenta terribilmente i costi di produzione.<\/p>\n

[1] Soprattutto con Olivetti il comportamento del governo fu incuria e ignoranza in diversi momenti fino a benedire gli avventurismi finanziari di Colaninno & C. (cfr. Luciano Gallino \u2013 La Scomparsa dell\u2019Italia Industriale). Un tentativo di recupero ci sar\u00e0 con la sotto citata STMicroelectronics che per\u00f2 si riveler\u00e0 un altro buco nell\u2019acqua essendo la societ\u00e0 in sostanza a guida francese e con sede legale ora in Olanda e sede fisica in Svizzera.<\/em><\/p>\n

[2] IBM era ed \u00e8 tutt\u2019ora un\u2019altra grande multinazionale che produce molto altro oltre alla sua storica e continua fino ad oggi linea di super-computers (i processori Power sono continuati fino ad oggi ma sono prodotti da SAMSUNG). Non \u00e8 propriamente considerabile una IDM perch\u00e9 non produce i propri processori, da questo punto di vista \u00e8 una fabless. Anche il famoso PC IBM che apr\u00ec il mercato degli home computer negli anni 80 utilizzava processori sviluppati da INTEL in quanto i processori IBM erano solo per grossi mainframe (supercomputers).<\/em><\/p>\n

[3] Processo o risoluzione a 90 nm, dove 90 pu\u00f2 essere un altro qualsiasi numero, vuol dire che le dimensioni minime di un punto metallico o in altro materiale realizzabile sul chip sono di 90 nm (90 miliardesimi di metro). Vedi anche il successivo paragrafo: come si fabbrica un processore. Pi\u00f9 piccola \u00e8 la risoluzione pi\u00f9 piccoli saranno i transistors realizzabili e quindi a parit\u00e0 di area se ne potranno mettere di pi\u00f9.<\/em><\/p>\n

[4] https:\/\/it.wikipedia.org\/wiki\/Apple_A4<\/em><\/p>\n

[5] https:\/\/it.wikipedia.org\/wiki\/Apple_A8<\/em><\/p>\n

Allegoria delle potenze del pacifico di Liu Yi. US, Cina, Giappone e Russia giocano ad uno strip-mahjong. All\u2019estrema sinistra il Giappone \u00e8 ormai completamente nudo, mentre gli US di fronte apparentemente sono ancora vestiti, ma si scorge che hanno perso qualcosa sotto la vita, la Cina di spalle e la Russia languidamente stesa e quasi disinteressata per il momento al gioco hanno ancora qualche panno addosso. La servetta sulla destra rappresenta Taiwan (fonte: internet).<\/em><\/p>\n

Fonte:\u00a0http:\/\/www.linterferenza.info\/attpol\/la-guerra-dei-semiconduttori-parte\/<\/a><\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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