L’industria dei semiconduttori trae le sue origini, e il suo successo, nel dinamico contesto economico, tecnologico e politico che ha caratterizzato il modello americano sin dal secolo scorso. Oggi, il settore dei chip è diventato uno dei più importanti segmenti dell’economia globale: dall’elettronica di consumo, all’automotive fino ad essere il fondamento delle tecnologie disruptive del futuro, come l’AI, il 5G e il cleantech.

La tecnologia dei semiconduttori, dunque, da vita ad un comparto a valle reso possibile da un mercato in continua espansione: nel solo 2020, le vendite di chip sono ammontate a circa 440 miliardi di dollari. Oggi, i chipmakers americani affrontano un contesto in rapido cambiamento e sfide legate alla transizione digitale senza precedenti. La rapida ascesa del software ha trainato l’innovazione nel segmento hardware, rendendo la filiera dei semiconduttori una delle industrie più importanti per l’economia americana: 246 miliardi di dollari del prodotto interno lordo e 277.000 lavoratori attivi nel 2020. La forte domanda di chip e le deficienze logistiche che hanno messo in ginocchio molti settori, oltre alle vulnerabilità lungo la supply chain nella competizione serrata tra USA e Cina, hanno reso necessario un forte ricorso ai sostegni federali (CHIPS e FABS Act) per supportare l’intero ecosistema – dai materiali al packaging, passando per le attività di R&D. Nell’ottica di ridurre il differenziale di costi (circa il 30%) che svantaggia le attività americane da quelle asiatiche.

La subdola perdita di capacità produttiva dinanzi alla crescente competizione globale ha scatenato una reazione forte, sia nell’industria che nelle agenzie federali: per ragioni economiche, ma anche e soprattutto per una questione di sicurezza nazionale. La leadership americana nei semiconduttori è stata – e continua ad essere in molti segmenti – il fondamento della supremazia tecnologica e americana.

“Senza scalare [la produzione in serie], non perdiamo solo posti di lavoro, ma perdiamo la presa sulle nuove tecnologie. Perdere la capacità di scalare la manifattura alla fine danneggerà la nostra capacità di innovare”, dichiarava Andrew Grove – ingegnere e imprenditore ungherese, tra i fondatori di Intel – nel 2010 sulle colonne di Bloomberg Businessweek. Molto è cambiato da allora, troppo poco invece è stato fatto per riprendere le redini dell’industria nella sua naturale convivenza con l’ecosistema dell’innovazione americano.

La straordinaria complessità di questa tecnologia è costruita e concepita non solo nelle fabs dove i chip vengono stampati sui wafer di silicio, o nei laboratori high-tech della Silicon Valley, dove il design e l’architettura dei processori spesso sono il risultato del connubio tra ricerca di base ed investimenti dei venture capital. Spesso, come la storia del settore dimostra, l’input fondamentale è stato il fattore umano, a partire dai laboratori universitari e i centri di ricerca. Secondo un articolo del Wall Street Journal, che ha raccolto l’opinione di insiders del settore a livello globale, la carenza di ricercatori e tecnici nel settore potrebbe diventare strutturale e compromettere i piani di espansione della capacità produttiva. Anche una ricerca del prestigioso Center for Security and Emerging Technologies (CSET) ha snocciolato dati importanti: tra il 2018 e il 2028 è previsto un declino del 10.6% nei numeri assoluti di assunzione nell’industria americana, mentre il 40% dei lavoratori più high-skilled proveniva dall’estero, in particolare India e Cina. Tra le conclusioni, “le università americane sono il principale veicolo attraverso cui i talenti stranieri nei semiconduttori vengono negli Stati Uniti”.

Del ruolo essenziale delle università come bacino di know-how, e non solo, ne sono convinti un folto gruppo di ricercatori del Massachussets Institute of Technology (MIT), che hanno voluto riportare l’attenzione sulla ricerca di base a complemento di una strategia nazionale, condivisa tra imprese e settore pubblico, per rilanciare la leadership tecnologica americana. Nel white paper, intitolato Reasserting U.S. Leadership in Microeletronics, vengono individuate una serie di lacune, inefficienze nella cooperazione, e degli strumenti a disposizione, delle università nel contesto economico e tecnologico in rapido cambiamento, seguite da una serie di raccomandazioni.

“In questa corsa nazionale a riconquistare la leadership nella manifattura della microelettronica, ci era chiaro che le università dovessero giocare un ruolo maggiore”, ha commentato Jesus del Alamo, Professore presso il Department of Electrical Engineering and Computer Science (EECS) del MIT e tra gli autori del rapporto.

Le università sono state, infatti, fin dal concepimento del primo microprocessore fondamentali nell’assicurare all’ecosistema americano “eccellenze nella tecnologia avanzata”, si legge nel report. Di fronte alle molteplici sfide, per assicurare nuova linfa a lungo termine alla leadership americana “la produzione di semiconduttori all’avanguardia dovrà essere prioritaria e le attività universitarie dovranno essere vicini ad essa”. Questo perché, con l’esaurimento della Legge di Moore e l’aumento progressivo dei costi di produzione, l’innovazione nell’hardware sarà uno step cruciale per garantirsi un vantaggio competitivo nelle tecnologie del futuro, ma “rimarrà significativamente limitata in assenza di una profonda conoscenza dei sistemi di produzione”. Perché è dai laboratori e dalla ricerca di base che le applicazioni potenziali sono dapprima riconosciute, “per poi essere diffuse in partnership con le aziende portando concetti pionieristici nel mondo.”

Il rapporto è strutturato su quattro focus specifici: sviluppo e educazione della forza lavoro; ricerca trasferimento tecnologico, startup e proprietà intellettuale; e infine, infrastrutture accademiche. In generale, viene evidenziata una preoccupante “apatia” verso la microelettronica e le relative discipline, tanto per il richiamo, spesso magnetico, del modello fabless incentrato sull’industria del software nella Silicon Valley, quanto per una mancanza di consapevolezza su “quanto la microelettronica possa affrontare i problemi più urgenti del mondo”.

Attirare nuovi studenti richiederà corsi e attività di laboratorio più entusiasmanti, esperienze di ricerca e di lavoro in maggior contatto con i mentori industriali, oltre ad aumentare l’offerta formativa in ambito STEM e il coinvolgimento di istituto fino ad ora esclusi. Inoltre, molti campus universitari richiederanno un ammodernamento delle infrastrutture, ormai obsolete se non declinanti. Gli autori, infatti, ritengono che il governo debba maggiormente investirvi: sia per l’equipaggiamento e il personale qualificato, sia per allineare l’offerta formativa con gli strumenti e le conoscenze più rilevanti per l’industria. La base di partenza dovranno essere laboratori specializzati per la R&D in wafer capacity da 200-300 megametri (intorno ai 200 è già di diretta applicazione, e interesse, per molti settori, dall’automotive fino al 5G), che garantiscono alla ricerca la flessibilità necessaria per innovare, a differenza delle strutture produttive dove vigono tabelle di marcia più rigide e standardizzate. La cooperazione tra industria e ricerca – già solida negli USA e ritenuto “il global gold standard che molti paesi faticano a replicare” – è fondamentale, infatti, per coordinare le attività innovative in un settore, quello dell’hardware e della microelettronica, soggetto a cicli decennali, dove la maturazione della tecnologia è lenta prima di essere trasferita, o di apparire, sul mercato.

Dunque, un maggior coinvolgimento tra università e imprese, attraverso laboratori mirati a concepire i prototipi della prossima generazione di materiali, transistor e sistemi, “giocherà un ruolo unico e critico nel facilitare il trasferimento di tecnologie dall’importanza strategica per la sicurezza nazionale”.