Collegando diversi chip meno avanzati in uno solo, le aziende cinesi potrebbero aggirare le sanzioni imposte dal governo statunitense.
Negli ultimi due anni, le sanzioni statunitensi hanno bloccato l’industria cinese dei semiconduttori. Sebbene le aziende cinesi possano ancora produrre chip per gli usi attuali, non sono autorizzate a importare alcune tecnologie di produzione di chip, rendendo quasi impossibile la produzione di prodotti più avanzati.
Tuttavia, esiste una soluzione. Una tecnologia relativamente nuova, nota come chiplet, offre alla Cina un modo per aggirare i divieti di esportazione, creare un certo grado di autosufficienza e tenere il passo con altri Paesi, in particolare con gli Stati Uniti.
Nell’ultimo anno, sia il governo cinese che i venture capitalist si sono concentrati sul sostegno all’industria nazionale dei chiplet. I ricercatori accademici sono stati incentivati a risolvere i problemi all’avanguardia legati alla produzione di chiplet, mentre alcune startup di chiplet, come Polar Bear Tech, hanno già realizzato i loro primi prodotti.
A differenza dei chip tradizionali, che integrano tutti i componenti su un unico pezzo di silicio, i chiplet adottano un approccio modulare. Ogni chiplet ha una funzione dedicata, come l’elaborazione o la memorizzazione dei dati, e viene poi collegato agli altri per diventare un unico sistema. Poiché ogni chiplet è più piccolo e più specializzato, è più economico da produrre e meno soggetto a malfunzionamenti. Allo stesso tempo, i singoli chiplet di un sistema possono essere sostituiti con versioni più recenti e migliori per migliorare le prestazioni, mentre gli altri componenti funzionali rimangono invariati.
Per il loro potenziale di supporto alla crescita continua nell’era post Legge di Moore, il MIT Technology Review ha scelto i chiplet come una delle 10 Tecnologie Emergenti del 2024. Potenti aziende del settore dei chip, come AMD, Intel e Apple, hanno già utilizzato questa tecnologia nei loro prodotti.
Per queste aziende, i chiplet sono uno dei tanti modi in cui l’industria dei semiconduttori potrebbe continuare ad aumentare la potenza di calcolo dei chip nonostante i loro limiti fisici. Ma per le aziende cinesi di chip, potrebbero ridurre i tempi e i costi necessari per sviluppare chip più potenti a livello nazionale e rifornire settori tecnologici vitali e in crescita come l’intelligenza artificiale. Per trasformare questo potenziale in realtà, queste aziende devono investire nelle tecnologie di imballaggio che collegano i chip in un unico dispositivo.
“Lo sviluppo di tecnologie di packaging avanzate, necessarie per sfruttare il design dei chiplet, è senza dubbio una delle priorità della Cina”, afferma Cameron McKnight-MacNeil, analista di processo presso la società di intelligence sui semiconduttori TechInsights. “È noto che la Cina dispone di alcune delle tecnologie di base fondamentali per l’implementazione dei chiplet”.
Una scorciatoia per chip a prestazioni più elevate
Da diversi anni il governo statunitense utilizza liste nere di esportazione per limitare lo sviluppo dell’industria cinese dei semiconduttori. Una di queste sanzioni, imposta nell’ottobre del 2022, vietava la vendita alla Cina di qualsiasi tecnologia che potesse essere utilizzata per costruire chip di generazione 14-nanometri (una classe relativamente avanzata ma non all’avanguardia) e altri più avanzati.
Per anni, il governo cinese ha cercato un modo per superare il conseguente collo di bottiglia nella produzione di chip, ma i progressi in aree come la litografia – il processo di utilizzo della luce per trasferire un modello di progettazione sul materiale di base del silicio – potrebbero richiedere decenni per essere realizzati. Oggi la Cina è ancora in ritardo nella capacità di produrre chip rispetto alle aziende di Taiwan, dei Paesi Bassi e di altri Paesi. “Anche se abbiamo visto [la Semiconductor Manufacturing International Corporation cinese] produrre chip a sette nanometri, sospettiamo che la produzione sia costosa e a bassa resa”, afferma McKnight-MacNeil.
La tecnologia chiplet, tuttavia, promette un modo per aggirare questa restrizione. Separando le funzioni di un chip in più moduli chiplet, riduce la difficoltà di produzione di ogni singolo pezzo. Se la Cina non può acquistare o produrre un singolo pezzo di un chip potente, potrebbe collegare alcuni chiplet meno avanzati che ha la capacità di produrre. Insieme, potrebbero potenzialmente raggiungere un livello di potenza di calcolo simile a quello dei chip a cui gli Stati Uniti impediscono alla Cina di accedere, se non superiore.
Ma questo approccio alla produzione di chip pone una sfida più grande per un altro settore dell’industria dei semiconduttori: il confezionamento, ovvero il processo che assembla i vari componenti di un chip e che testa le prestazioni del dispositivo finito. Assicurarsi che più chiplet possano lavorare insieme richiede tecniche di confezionamento più sofisticate rispetto a quelle coinvolte in un chip tradizionale a pezzo singolo. La tecnologia utilizzata in questo processo è chiamata advanced packaging.
Per la Cina questo è un passaggio più facile. Oggi le aziende cinesi sono già responsabili del 38% del confezionamento di chip a livello mondiale. Le aziende di Taiwan e Singapore controllano ancora le tecnologie più avanzate, ma è meno difficile recuperare su questo fronte.
“L’imballaggio è meno standardizzato e meno automatizzato. Si affida molto di più a tecnici specializzati”, afferma Harish Krishnaswamy, professore alla Columbia University che studia le telecomunicazioni e la progettazione di chip. E poiché il costo della manodopera è ancora significativamente più basso in Cina rispetto all’Occidente, “non credo che ci vorranno decenni [perché la Cina recuperi terreno]”, afferma.
Il denaro sta affluendo nel settore dei chiplet
Come ogni altra cosa nell’industria dei semiconduttori, lo sviluppo dei chiplet costa denaro. Ma spinti dall’urgenza di sviluppare rapidamente l’industria nazionale dei chip, il governo cinese e altri investitori hanno già iniziato a investire in ricercatori e startup di chiplet.
Nel luglio 2023, la National Nature Science Foundation of China, il principale fondo statale per la ricerca fondamentale, ha annunciato il suo piano per finanziare da 17 a 30 progetti di ricerca sui chiplet che riguardano la progettazione, la produzione, il confezionamento e altro ancora. L’organizzazione prevede di erogare dai 4 ai 6,5 milioni di dollari di finanziamenti per la ricerca nei prossimi quattro anni, con l’obiettivo di aumentare le prestazioni dei chip di “una o due grandezze”.
Questo fondo si concentra maggiormente sulla ricerca accademica, ma anche alcuni governi locali sono pronti a investire nelle opportunità industriali dei chiplet. Wuxi, una città di medie dimensioni nella Cina orientale, si sta posizionando come centro di produzione di chiplet, una “Chiplet Valley”. L’anno scorso, i funzionari governativi di Wuxi hanno proposto di istituire un fondo di 14 milioni di dollari per portare le aziende di chiplet in città, e il fondo ha già attirato una manciata di aziende nazionali.
Allo stesso tempo, una serie di startup cinesi che si sono posizionate per lavorare nel campo dei chiplet hanno ricevuto finanziamenti di venture.
Polar Bear Tech, una startup cinese che sviluppa chiplet universali e specializzati, ha ricevuto oltre 14 milioni di dollari di investimenti nel 2023. Ha rilasciato il suo primo chip AI basato su chiplet, il “Qiming 930”, nel febbraio 2023. Anche altre startup, come Chiplego, Calculet e Kiwimoore, hanno ricevuto milioni di dollari per realizzare chiplet specializzati per automobili o modelli di intelligenza artificiale multimodale.
Le sfide rimangono
La scelta di un approccio a chiplet comporta dei compromessi. Sebbene spesso riduca i costi e migliori la personalizzazione, la presenza di più componenti in un chip implica la necessità di un maggior numero di connessioni. Se uno di questi componenti si guasta, l’intero chip può fallire, per cui è fondamentale un alto livello di compatibilità tra i moduli. Collegare o impilare più chiplet significa anche che il sistema consuma più energia e può riscaldarsi più rapidamente. Questo potrebbe compromettere le prestazioni o addirittura danneggiare il chip stesso.
Per evitare questi problemi, le diverse aziende che progettano chiplet devono aderire agli stessi protocolli e standard tecnici. A livello globale, le principali aziende si sono riunite nel 2022 per proporre l’Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe), uno standard aperto su come collegare i chiplet.
Ma tutti i player vogliono avere più influenza per se stessi, quindi alcune realtà cinesi hanno proposto i propri standard per i chiplet. In effetti, diverse alleanze di ricerca hanno proposto almeno due standard chiplet cinesi come alternative all’UCIe nel 2023, e un terzo standard uscito nel gennaio 2024 si concentra sulla trasmissione dei dati invece che sulle connessioni fisiche.
Senza uno standard universale riconosciuto da tutti gli operatori del settore, i chiplet non potranno raggiungere il livello di personalizzazione promesso da questa tecnologia. E i loro svantaggi potrebbero far tornare le aziende di tutto il mondo ai tradizionali chip monopezzo.
Per la Cina, l’adozione della tecnologia chiplet non sarà sufficiente a risolvere altri problemi, come la difficoltà di ottenere o realizzare macchine litografiche.
La combinazione di diversi chip meno avanzati potrebbe fornire un aumento delle prestazioni alle tecnologie cinesi dei chip e sostituire quelle avanzate a cui non può accedere, ma non sarà in grado di produrre un chip che sia molto più avanzato dei prodotti di punta esistenti. Inoltre, poiché il governo statunitense aggiorna ed espande costantemente le sanzioni sui semiconduttori, anche le tecnologie dei chiplet potrebbero essere soggette a restrizioni.
Nell’ottobre 2023, quando il Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti ha modificato la sua precedente sanzione sull’industria cinese dei semiconduttori, ha incluso un nuovo linguaggio e alcune menzioni dei chiplet. L’emendamento ha aggiunto nuovi parametri che determinano quale tecnologia è vietata alla Cina, e alcune di queste aggiunte sembrano fatte apposta per misurare quanto siano avanzati i chiplet.
Sebbene le fabbriche di chip di tutto il mondo non siano limitate a produrre chip meno avanzati per la Cina, il documento del Dipartimento del Commercio chiede loro di valutare se questi prodotti possano diventare parte di un chip integrato più potente, esercitando una maggiore pressione su di loro per verificare che i loro prodotti non finiscano per essere un componente di qualcosa che sarebbe stato vietato loro di esportare in Cina.
Con tutti gli ostacoli pratici e politici, lo sviluppo dei chiplet richiederà ancora del tempo, indipendentemente dalla volontà politica e dagli investimenti che verranno riversati nel settore.
Potrebbe essere una scorciatoia per l’industria cinese dei semiconduttori per produrre chip più potenti, ma non sarà la soluzione magica alla guerra tecnologica tra Stati Uniti e Cina.
