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direttore Filippo Astone

Gli obiettivi di StMicroelectronics: auto elettrica, microcontrollori e sensori industriali, smartphone

di Marco de’ Francesco ♦︎ La multinazionale italo-francese ha sbaragliato la concorrenza con la ricerca sul silicon carbide che garantisce una resa di tipo industriale e una minimizzazione degli sprechi. Il presidente e ceo Jean-Marc Chery annuncia la strategia per il prossimo triennio. Il target sono 12 miliardi di euro di fatturato

Tre obiettivi strategici per StMicroelectronics, la multinazionale italo-francese dei semiconduttori: la leadership nell’elettrificazionedigitalizzazione delle auto; quella nel mondo dei microcontrollori e dei sensori industriali; e infine l’avanzamento nel settore delle comunicazioni, con applicazioni per smartphone. Traguardi dichiarati dal ceo e presidente Jean-Marc Chery qualche giorno fa, nel corso di un’assemblea per fornitori e clienti che si è tenuta a Vaprio d’Adda (Milano).  Come si intende conseguirli? Quanto al primo, l’azienda è all’avanguardia nei dispositivi di potenza al carburo di silicio, che operano a temperature più elevate con una minore dissipazione di energia, e quindi permettono alle batterie, elemento di base dell’auto elettrica, di durare di più. Quanto al secondo, si realizzano microcontrollori in grado di implementare reti neurali profonde, addestrate per svolgere compiti specifici. Si creano sistemi più efficienti, con risparmio di banda e di capacità elaborative. Quanto al terzo, si tratta di cogliere le opportunità offerte dal 5G  con particolari radiofrequenze. Così, l’azienda punta a quota 12 miliardi di euro di fatturato entro il 2022, partendo dagli attuali 9,6. Ne abbiamo parlato anche con Marco Cassis, president sales, marketing, communications and strategy development di StMicroelectronics, nonché membro del comitato esecutivo.

Jean-Marc Chery, presidente e ceo di  StMicroelectronics

Resa industriale per il carburo di silicio made in StMicroelectronics

«Abbiamo raggiunto una resa di tipo industriale».  Tecnicamente, cioè, la parte scartata, in quanto difettosa, di uno strato di carburo di silicio, non rappresenta un costo tale da rendere la produzione non conveniente. Per Cassis «tutto ciò è avvenuto prima del previsto, mentre la concorrenza è ancora indietro». La multinazionale lavora a questo materiale dal lontano 1996. Ciò può sembrare in contraddizione con l’affermazione di Cassis, ma in realtà non lo è. Introdurre nuove tecnologie nel mondo dei semiconduttori è una faccenda lunga e impegnativa, perché il mercato richiede alta qualità e lunghi cicli di vita.  «All’inizio, molto di quanto realizzato veniva eliminato. Sapevamo che ci sarebbero voluti anni». Ma già nel 2004 l’azienda ha iniziato a produrre i primi diodi al silicon carbide; cinque anni dopo, i primi transistor metallo-ossigeno-semiconduttore e poi i primi diodi Schottky di potenza (che in genere sono caratterizzati da una bassa tensione di soglia e un’alta velocità di commutazione). Nel frattempo, aumenta la competizione tra i fornitori, e questo consente il contenimento dei costi del materiale di base.  Ma la rivoluzione è adesso. St ha lavorato molto sulla qualità del materiale e sul miglioramento dei processi. Poiché il materiale e i prodotti basati sulla tecnologia al carburo di silicio sono diventati più robusti, l’azienda è stata in grado di creare dispositivi di alimentazione che riguardano il mondo delle auto – fa sapere StMicroelectronics – e che stanno diventando il fattore chiave per l’elettrificazione dei veicoli.

A cosa serve il silicon carbide

Il carburo di silicio trova applicazione nell’elettronica di potenza. E cioè nella tecnologia che serve per la conversione e per il controllo della potenza elettrica disponibile in ingresso in un sistema, in modo di trasformarla in uscita nella modalità desiderata. Per esempio, i convertitori si trovano in tanti device, lì dove ci sia bisogno di modificare la forma dell’energia – e quindi la tensione, la corrente, la frequenza. In uno smartphone, a livello di milliwatt; o in un gigantesco impianto di trasmissione di energia elettrica continua, a livello di megawatt. Il carburo di silicio è una sostanza molto dura, un po’ meno del diamante e un po’ meno del corindone. All’aspetto, una polvere nera-verde inodore. La formula bruta è SiC. È insolubile, e fonde a 2.730 gradi. In natura si trova solo in un minerale rarissimo, la moissanite: quello che circola nel mondo è artificiale. Una delle forme cristalline del carburo di silicio (denominata “alfa”) è un semiconduttore intrinseco con banda gap di 3,28 eV (4H) e 3,03 eV (6H); dove per banda gap si intende un intervallo di energia interdetto agli elettroni. Le tecnologie a banda gap ampia presentano molti vantaggi rispetto al silicio. Le temperature di esercizio sono più elevate, la dissipazione del calore è minore e le perdite di commutazione e conduzione sono inferiori. Tuttavia, come si è visto, questi materiali sono più difficili da produrre in serie rispetto a quelli a base di silicio.  In sintesi, i vantaggi del carburo di silicio sono questi: perdite di potenza estremamente basse; più efficienza energetica; alta conduttività termica; frequenza operativa più elevata; temperatura operativa più alta, con funzionamento di giunzioni fino a 200 gradi centigradi; riduzione dei requisiti di raffreddamento, circostanza che comporta la realizzazione di sistemi più leggeri e di maggiore durata; compatibilità con i driver gate standard; semplicità del design.

Marco Cassis, president sales, marketing, communications and strategy development di StMicroelectronics, e membro del comitato esecutivo

La strategia di StMicroelectronics: automotive, industria e comunicazioni 

Non sorprende pertanto che nel quadro presentato dal presidente e ceo Chery, quanto a strategic objectives, le due prime voci che compaiono sono la leadership in car electrification e quella in car digitalization.  Per Cassis, «d’altra parte, gli strumenti al carburo di silicio, in mezzo al flusso di energia tra il motore e la batteria, dissipano poco calore, e quindi consentono a quest’ultima di rendere di più: una svolta per l’auto elettrica. Significa un maggior chilometraggio a parità di batteria, o la possibilità di utilizzare una più piccola». Le proiezioni sono confortanti. Per Cassis il mercato dei semiconduttori per l’automotive è destinato a crescere da 35,2 miliardi di dollari nel 2018 a 44,4 miliardi nel 2021. L’incremento più importante avverrà per quei semiconduttori che hanno a che fare con la sicurezza e il gruppo motopropulsore. Anche la produzione di automobili, nello stesso intervallo di tempo, è prevista in aumento: da 95 milioni a 101 milioni. L’elettrificazione e la digitalizzazione guideranno la crescita. Quella delle auto elettriche dovrebbe passare, sempre secondo Cassis, da 7,5 milioni di auto nel 2018 a 25,4 milioni nel 2023.  In St Microelectronics ritengono di poter guidare il trend grazie a tecnologie disruptive, relative, nel caso delle auto ibride, al converter tra 48 V e 12 V, allo starter elettrico e alla gestione della batteria; nel caso di auto elettriche, anche alla colonnina della ricarica, al caricatore on-board a all’inverter di trazione.  Quanto alla digitalizzazione, sono previste partnership a proposito di connettività, 5G, wifi e altro.

Occorrono sistemi avanzati di assistenza alla guida che mirano a ridurre drasticamente gli incidenti stradali e le vittime associate, aiutando i conducenti a evitare del tutto le collisioni. L’azienda spiega che questi sistemi reagiscono più velocemente di qualsiasi essere umano, sono costantemente vigili e vengono già adottati e distribuiti su vari segmenti di auto, dai modelli premium a quelli economici. Utilizzano input da più sensori, come telecamere e radar. La fusione di questi ingressi viene elaborata e le informazioni vengono consegnate al conducente e ad altre parti del sistema.  St dispone già di un portafoglio di prodotti all’avanguardia comprendente circuiti integrati a microonde monolitico da 24 GHz e 77 GHz, sensori di immagine e avanzati processori di segnali di immagine con motori dedicati per analisi video e correzione ottica. La seconda linea strategica riguarda l’industria.  Si declina, secondo Chery, nella leadership in industrial embedded processing, in quella dei sensori per il mondo industriale, nell’espansione nella gestione power&Energy e nella crescita nel campo delle strumentazioni per i produttori di macchine utensili.  Come vedremo più avanti, StMicroelectronics è la prima azienda al mondo quanto a microcontrollori general purpose, e cioè non dedicati ad un comparto specifico.  Ed è quarta per microcontrollori in generale, sensori per microsistemi elettromeccanici e altro.  Il silicon carbide, poi, torna secondo Chery, nel campo misto automotive & industrial: industrial drive, smart power grid, solar inverter, wind mill, e tanto altro.  C’è poi una terza linea strategica, che riguarda il mondo delle comunicazioni. Si vuole, ad esempio, ottenere la leadership in alcune applicazioni per smartphone: sensori, soluzioni di sicurezza, gestione della potenza e altro. Ciò dovrebbe inserirsi, secondo Chery, in un mutato approccio all’infrastruttura di comunicazione, dal cablaggio digitale al cellulare e al satellite.  Si tratterebbe peraltro di cogliere le opportunità offerte dal 5G  con particolari radiofrequenze.

La strategia di StMicroelectronics

L’azienda che domina il mercato dei microcontrollori general purpose

StM32 è una famiglia di microcontrollori a 32 bit. Chip che si basano sullo stesso genere di processore, come  i Cortex-M7F, Cortex-M4F, Cortex-M3, Cortex-M0 + o Cortex-M0. A parte il core, internamente ciascun microcontrollore contiene una memoria ram statica e una flash, una interfaccia di debug (che consiste nell’attività di individuazione e correzione da parte del programmatore di uno o più errori,  “bug”, rilevati nel software) e diverse periferiche per poter scambiare informazioni e interagire con l’esterno. La differenza tra microprocessore e microcontrollore è appunto questa: mentre il primo integra sul chip solo la logica e l’elaborazione, il secondo è un sistema completo.  E può contenere, peraltro, diversi blocchi specializzati; a meno che non sia general purpose, e cioè non si riferisca ad uno specifico campo di specializzazione.  Quanto al numero di bit, la fascia di capacità elaborativa 32 è in genere la più alta: le altre sono la 8 e la 16. Ma a che serve un microcontrollore? «Un robot industriale ha bisogno di capire come muoversi correttamente nel proprio contesto. Ecco, il micro controller è quella parte intelligente che elabora i dati e che velocemente fornisce le risposte giuste». Ora si punta alla realizzazione di microcontrollori in grado di implementare reti neurali profonde, addestrate per svolgere compiti specifici. In generale, si tratta di definire soluzioni end-to-end molto più efficienti, passando da un sistema centralizzato ad uno ad intelligenza distribuita, dove analisi eseguite in Cloud si traducono più rapidamente in azioni. Secondo l’azienda, questo genere di approccio riduce in modo significativo sia la larghezza di banda necessaria per il trasferimento dei dati che le capacità di elaborazioni richieste ai server Cloud. Inoltre, sempre secondo l’azienda, un sistema con reti neurali profonde offre vantaggi in termini di privacy, dei dati, in quanto i dati di origine personali sono pre-analizzati e forniti ai provider di servizi con un livello più elevato di interpretazione.

 

StMicroelectronics in pillole

St è tra le più grandi aziende mondiali di semiconduttori. Serve oltre 100mila clienti in giro per il mondo, e nel 2018 ha realizzato un fatturato pari a 9,66 miliardi di dollari, con una crescita tendenziale del 15,8%.  È quotata al New York Stock Exchange, su Euronext a Parigi e in Borsa Italiana. Impiega circa 46mila dipendenti (di cui 7.400 impegnati in ricerca e sviluppo) in 11 siti produttivi nel mondo, e dispone di 80 uffici sales & marketing in 35 paesi. Secondo l’amministratore delegato della filiale italiana Orio Bellezza (già intervistato da Industria Italiana: il testo è reperibile qui) «la nostra produzione è basata su sei siti, per le fabbriche di front end, di cui cinque in Europa e uno a Singapore. Oltre alle fabbriche italiane, abbiamo siti a Crolles, Rousset e Tours in Francia. Inoltre abbiamo cinque siti per la parte di assemblaggio, a Malta, Marocco, in Cina (Shenzhen), nelle Filippine e in Malesia». Di recente è emerso che la multinazionale ha stanziato due miliardi di dollari per realizzare una grande fabbrica ad Agrate Brianza in grado di processare wafer da 12 pollici dagli 8 attuali, e 250 milioni a Catania per implementare le tecnologie innovative basate sul carburo di silicio. L’azienda ha sede a Ginevra, in Svizzera, ma è italo-francese, derivando dalla fusione dell’italiana Sgs Microelettronica e della francese Thomson Semiconducteurs, avvenuta nel giugno del 1987. In Italia impiega 10.300 dipendenti, di cui 2.700 in ricerca e sviluppo.

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