Capgemini: semiconduttori, con AI domanda in aumento 15% 2026

Qual è l’impatto dell’intelligenza artificiale sul settore dei semiconduttori? Secondo la ricerca condotta dal Capgemini Research Institute, le organizzazioni del settore prevedono un aumento della domanda di semiconduttori del 15% entro il 2026, mentre le industrie a valle si aspettano una crescita ancora più marcata, pari al 29%. Questo incremento è trainato principalmente dalla crescente adozione dell’AI e dell’AI generativa, che richiedono unità di elaborazione neurale (NPU) e unità di elaborazione grafica (GPU) ad alte prestazioni in grado di gestire calcoli massivi ed enormi dataset in modo efficiente.

La crescita dell’AI generativa spinge i produttori a investire in ricerca e sviluppo

In particolare, il 58% delle aziende di semiconduttori prevede una maggiore domanda di NPU per accompagnare la crescita nell’adozione dell’AI generativa, mentre il 57% anticipa un aumento della richiesta di chip ad alte prestazioni. Questo scenario sta spingendo i produttori di semiconduttori a investire pesantemente in ricerca e sviluppo per creare chip più potenti, efficienti e personalizzati.

L’impatto dell’AI si estende anche ai processi di progettazione e produzione dei semiconduttori stessi: circa la metà delle organizzazioni del settore sta già utilizzando l’AI generativa per abbreviare i cicli di progettazione.

Ad esempio, NVIDIA ha creato un modello linguistico di grandi dimensioni (LLM) personalizzato per uso interno, addestrato su dati interni per generare e ottimizzare software e assistere i progettisti umani. Questo LLM viene utilizzato per molteplici scopi, tra cui la generazione di frammenti di codice in due linguaggi di progettazione e l’automazione del monitoraggio dei bug. Come affermato da Bill Dally, Chief Scientist di NVIDIA: “Questo segna un importante primo passo nell’applicazione degli LLM al complesso lavoro di progettazione dei semiconduttori. Dimostra come anche campi altamente specializzati possano utilizzare i propri dati interni per addestrare modelli di AI generativa utili”.

Innovazione e sfide nella progettazione e produzione di chip

L’industria dei semiconduttori sta affrontando sfide significative nell’innovazione della progettazione e produzione di chip, spingendosi oltre i limiti della fisica per mantenere il passo con la legge di Moore.

Una delle tecnologie chiave in questo ambito è la litografia ultravioletta estrema (EUV), che utilizza luce con lunghezze d’onda più corte (13,5 nm) per creare pattern intricati su wafer di silicio. Questa tecnica consente la produzione di chip con transistor di dimensioni fino a 3 nm o 5 nm, permettendo di inserire un numero maggiore di transistor su un singolo chip. Tuttavia, con ASML come unico fornitore di queste macchine EUV, ciascuna del costo di 150 milioni di dollari, i produttori di semiconduttori si trovano ad affrontare un collo di bottiglia nelle loro catene di approvvigionamento.

Secondo la ricerca Capgemini, il 60% delle aziende del settore si sta concentrando sul miglioramento dei costi come area prioritaria, mentre il 57% si sta rivolgendo alla ricerca sui materiali per migliorare le rese. Subi Kengeri di Applied Materials sottolinea: “I substrati organici tendono ad avere problemi di affidabilità meccanica e di resa oltre una certa dimensione. Per superare una dimensione specifica, come un substrato monolitico di 80 x 80 mm, sono necessari materiali alternativi per il packaging. Ecco perché l’industria si sta rivolgendo a substrati avanzati come il vetro, che offre una maggiore rigidità”.

Il packaging dei chip

Un’altra area di innovazione cruciale è il packaging dei chip. Circa il 40% delle organizzazioni nello studio sta implementando tecniche di packaging 3D, mentre un terzo si sta concentrando sui chiplet. Omer Dossani, VP of Global Test Services di Amkor Technologies, afferma: “Il silicio continua a diventare sempre più complesso. Il packaging è diventato più critico che mai mentre ci sforziamo di tenere il passo con la legge di Moore. La sfida sta nel gestire elevate richieste di potenza affrontando contemporaneamente vincoli di spazio”. Gregg Bromley, Direttore di AMD, aggiunge: “I chiplet offrono un modo per affrontare le complessità derivanti dalla legge di Moore. Consentono l’integrazione di tecnologie diverse, il che è particolarmente vantaggioso per le applicazioni AI che richiedono una potenza computazionale maggiore”.

La resilienza della catena di approvvigionamento dei semiconduttori

La resilienza della catena di approvvigionamento è diventata una priorità critica per l’industria dei semiconduttori, in particolare alla luce delle recenti crisi globali e delle crescenti tensioni geopolitiche. La nostra ricerca ha rivelato che solo due organizzazioni su cinque nel settore dei semiconduttori sono fiduciose nella resilienza delle proprie catene di approvvigionamento. Per mitigare i rischi, le aziende si stanno concentrando sull’onshoring e sul “friendshoring” (basare le catene di approvvigionamento in paesi che sono alleati geopolitici) per migliorare la stabilità e ridurre la dipendenza da singole regioni.

Di conseguenza, l’industria prevede che l’approvvigionamento domestico migliorerà del 17% nei prossimi due anni. Il 74% delle organizzazioni si aspetta di aumentare i propri investimenti negli Stati Uniti, mentre il 59% aumenterà gli investimenti nell’UE. Questi sforzi sono supportati da iniziative governative significative.

Ad esempio, nel 2022 gli Stati Uniti hanno allocato quasi 53 miliardi di dollari in prestiti, sovvenzioni e incentivi per la ricerca, lo sviluppo, la produzione e la formazione della forza lavoro nel settore dei semiconduttori attraverso il CHIPS and Science Act. In modo simile, l’UE ha annunciato nell’aprile 2023 un piano di sussidi da 43 miliardi di euro attraverso l’EU CHIPS Act.

Le aziende stanno anche implementando strategie per garantire la continuità della produzione. Quattro organizzazioni di semiconduttori su cinque pianificano di mantenere livelli strategici di inventario, mentre tre quarti stanno dando priorità alla diversificazione dei fornitori. Inoltre, le aziende stanno investendo in tecnologie innovative per migliorare la resilienza della supply chain.

Ad esempio, l’implementazione della tecnologia dei gemelli digitali sta emergendo come una strategia chiave. I gemelli digitali consentono la simulazione proattiva di vari scenari, permettendo l’identificazione anticipata delle vulnerabilità. Analizzando queste simulazioni, le organizzazioni possono sviluppare strategie di mitigazione e ottimizzare le loro operazioni, garantendo la continuità delle operazioni della catena di approvvigionamento.

Intel, ad esempio, ha collaborato con AIMMS, un’azienda di software per la supply chain, per ottimizzare la propria catena di approvvigionamento utilizzando un gemello digitale. Questo ha portato a un miglioramento del flusso dei prodotti, una riduzione dei tempi di consegna, un aumento della disponibilità dei chip e una migliore gestione dei costi.

Sostenibilità e efficienza energetica nell’industria dei semiconduttori

L’industria dei semiconduttori sta compiendo passi significativi verso la sostenibilità e l’efficienza energetica, riconoscendo l’importanza critica di queste iniziative per il futuro del settore. La nostra ricerca ha evidenziato che l’industria sta concentrando i suoi sforzi su diverse aree chiave: conservazione dell’energia, riduzione dell’uso dell’acqua, gestione dei prodotti chimici pericolosi e minimizzazione dei rifiuti. Alessandro Miranda di ZTE sottolinea: “Stiamo investendo pesantemente in processi di produzione più efficienti dal punto di vista energetico, sforzandoci di ridurre ogni anno l’uso di acqua e la produzione di rifiuti. Questo sforzo è un’iniziativa globale, implementata in tutti i nostri siti di produzione in tutto il mondo”.

Gli sforzi di Intel e AMD

Un esempio concreto di questi sforzi viene da Intel, che si è impegnata a raggiungere emissioni nette zero di gas serra nelle sue operazioni globali entro il 2040. Per raggiungere questo obiettivo, l’azienda prevede di investire circa 300 milioni di dollari entro il 2030, puntando a 4 miliardi di kilowattora cumulativi di risparmio energetico. Inoltre, Intel lancerà un’iniziativa di R&S intersettoriale per identificare prodotti chimici più ecologici e sviluppare nuove apparecchiature di abbattimento.

ASML si sta concentrando sulla circolarità e aspira a inviare zero rifiuti dalle sue operazioni alle discariche o all’incenerimento.

Un altro approccio innovativo alla sostenibilità viene da AMD, che utilizza un design modulare basato su chiplet. Producendo le sue CPU EPYC di quarta generazione con otto chiplet di calcolo separati, invece di un singolo die monolitico, AMD è stata in grado di risparmiare circa 50mila tonnellate metriche di CO2e nel 2023 riducendo la produzione di wafer – all’incirca la stessa quantità della sua impronta operativa di CO2e nel 2022.

Questi chiplet possono essere impilati in un package, consentendo la creazione di processori efficienti dal punto di vista energetico come alternativa ai data center.

Ad esempio, aggiornando i suoi processori server ad AMD EPYC, STMicroelectronics ha ridotto il consumo di elettricità del 33% aumentando al contempo le prestazioni di calcolo. Queste iniziative dimostrano che l’industria dei semiconduttori non solo sta rispondendo alle crescenti preoccupazioni ambientali, ma sta anche trovando modi innovativi per trasformare le sfide della sostenibilità in opportunità di innovazione e efficienza.

Collaborazioni strategiche e partnership nel settore

Le collaborazioni strategiche e le partnership stanno emergendo come elementi cruciali per il futuro dell’industria dei semiconduttori, consentendo alle aziende di condividere costi, mitigare rischi finanziari e rispondere più efficacemente alla crescente domanda di componenti specializzati. La ricerca ha identificato diverse tematiche chiave emergenti da queste partnership. Una delle più significative è la collaborazione per rafforzare le catene di approvvigionamento.

Un esempio notevole è la joint venture European Semiconductor Manufacturing Company (ESMC) stabilita da TSMC, Bosch, Infineon e NXP a Dresda, in Germania, per portare una presenza avanzata di produzione di semiconduttori in Europa.

Jochen Hanebeck, CEO di Infineon Technologies, ha commentato: “Il nostro investimento congiunto è una pietra miliare importante per rafforzare l’ecosistema europeo dei semiconduttori. Dresda sta rafforzando la sua posizione come uno dei più importanti hub di semiconduttori al mondo ed è già sede del più grande sito front-end di Infineon”.

L’innovazione dei materiali

Un’altra area di collaborazione cruciale è l’innovazione. Ad esempio, Intermolecular sta lavorando con Merck per prototipare e testare nuovi materiali, accelerando l’innovazione e la produzione commerciale. Synopsys e Microsoft hanno formato una collaborazione pluriennale per applicare il cloud e l’AI iperscalabili all’automazione della progettazione elettronica (EDA), incluso lo sviluppo avanzato di chip.

La sostenibilità

La sostenibilità è un altro campo in cui le partnership stanno giocando un ruolo chiave. Intel e Siemens hanno collaborato per migliorare l’efficienza e la sostenibilità delle fabbriche lungo gli Scope 1, 2 e 3 della catena del valore, supportando al contempo gli ecosistemi industriali globali. Infineon e Amkor hanno stretto una partnership per coinvolgere i fornitori comuni per aiutarli a guidare strategie di decarbonizzazione e promuovere un coinvolgimento più verde dei fornitori.

Sanjiv Agarwal, Semiconductor Industry Leader di Capgemini, sottolinea l’importanza di queste collaborazioni: “I semiconduttori stanno consentendo l’implementazione dell’Intelligenza Artificiale (AI) in tutte le imprese. Tuttavia, per sbloccare il pieno potenziale dell’AI è necessaria la collaborazione tra le aziende di tutta la catena del valore dei semiconduttori, così come partnership con le industrie a valle. Questo sforzo collettivo accelererà l’innovazione, ridurrà i rischi ed eliminerà le inefficienze, abbassando in ultima analisi i costi e migliorando le prestazioni complessive per le imprese”.

Il ruolo dei semiconduttori nell’era dell’AI generativa

L’avvento dell’AI generativa sta ridefinendo il ruolo e l’importanza dei semiconduttori, spingendo l’industria verso nuove frontiere di innovazione e prestazioni. La ricerca ha rivelato che l’88% delle organizzazioni a valle prevede un aumento della domanda di chip AI nei prossimi due anni, mentre l’81% anticipa una maggiore richiesta di chip su misura. Questa crescente domanda sta guidando lo sviluppo di semiconduttori ottimizzati per i carichi di lavoro AI. NVIDIA, ad esempio, ha introdotto la GPU H100 Tensor Core, che offre significativi progressi nelle capacità computazionali per l’addestramento e l’inferenza di modelli AI su larga scala, incluse applicazioni di AI generativa come GPT-3 e GPT-4.

I principali fornitori di servizi cloud, tra cui Google Cloud, Microsoft Azure e AWS, hanno integrato le GPU H100 nei loro data center. NVIDIA sta anche collaborando con AWS per offrire inferenza a basso costo per l’AI generativa con Amazon SageMaker integrato nei microservizi di inferenza NIM di NVIDIA. Questo consente ai clienti di distribuire LLM precompilati e ottimizzati rapidamente, riducendo il time-to-market per le applicazioni di AI generativa.

AMD ha lanciato nel 2023 il suo acceleratore MI300X, una GPU progettata per carichi di lavoro di AI generativa e applicazioni di calcolo ad alte prestazioni, con una grande capacità di memoria per gestire modelli linguistici estesi e reti neurali complesse.

Intel, con il suo acceleratore AI Gaudi 2, offre un’alternativa competitiva all’H100 di NVIDIA, guidando prestazioni migliorate per carichi di lavoro di addestramento di deep learning. Questi sviluppi stanno trasformando non solo l’industria dei semiconduttori, ma anche il modo in cui le aziende in vari settori approcciano l’implementazione dell’AI. Come osserva Subi Kengeri, VP of AI Systems Solutions di Applied Materials: “L’era dell’AI segna una nuova ondata di crescita per l’industria dei semiconduttori, spinta dagli alti rendimenti degli investimenti generati dal valore economico dell’AI”.

Metodologia della ricerca

Capgemini Research Institute ha intervistato 250 dirigenti, di livello pari o superiore a quello di director, operanti nel settore dei semiconduttori: produttori di dispositivi integrati, aziende di progettazione fabless, fonderie, aziende di assemblaggio e collaudo di semiconduttori in outsourcing (OSAT), aziende di automazione della progettazione elettronica (EDA), aziende di beni capitali e aziende di materiali e sottosistemi, operanti in 11 paesi delle regioni Asia-Pacifico, Europa e Nord America. Tutte queste organizzazioni hanno un fatturato annuo pari o superiore a 500 milioni di dollari. L’istituto ha inoltre intervistato 800 dirigenti, di livello pari o superiore a quello di director, di dieci industrie a valle in 12 paesi appartenenti alle regioni Asia-Pacifico, Europa e Nord America, operanti nei settori di aerospazio e difesa, automotive, elettronica di consumo, energia, servizi finanziari, high-tech, apparecchiature industriali, dispositivi medici/elettronica medicale, retail e telecomunicazioni. Ciascuna di queste organizzazioni ha un fatturato annuo pari o superiore a 1 miliardo di dollari. Per integrare i risultati della ricerca, sono stati inoltre effettuati colloqui approfonditi con 12 dirigenti del settore dei semiconduttori e delle industrie a valle. Queste indagini globali sono state condotte nel novembre 2024.