De simples lâmpadas que usam leds, passando por painéis fotovoltaicos, notebooks, carros, data centers, equipamentos de telecomunicações, bélicos, hospitalares, parte da eletrônica moderna não seria possível sem o protagonismo dos “Semicondutores” Eles são elemento-chave da nossa vida digital contemporânea, mas se alguém está achando que foi num ‘estralo de dedos’ que chegamos até aqui, está muito enganado. Tudo se faz com muita observação, experimentação e é claro, muita pesquisa!
Falar em materiais semicondutores é mostrar o advento da microeletrônica que foi um dos mais notáveis avanços tecnológicos dos últimos tempos, sendo fundamentalmente oriundo das necessidades inerentes ao programa espacial americano com relação a peso, dimensões, potência consumida e confiabilidade. As restrições impostas nestes casos eram impossíveis de serem satisfeitas com os circuitos convencionais, usando componentes até então convencionais na época.
Se você gosta de informática e já experimentou brincar com as peças do seu computador, possivelmente, você já conhece um pouco sobre eletrônica.
A verdade é que todo o funcionamento de um computador, é baseado nas regras da eletrônica. Quase tudo o que está dentro da sua máquina são componentes eletrônicos que executam funções específicas, as quais, somadas, resultam no funcionamento completo do computador.
Normalmente, conhecemos os dispositivos gerais: processador, placa-mãe, memória RAM e todos os demais que você já manuseou. Contudo, diversas peças de um PC existem graças a outros pequenos componentes: transistor, resistor, capacitor, diodo e circuito integrado.
Esse último elemento citado e conhecido na eletrônica e muito chamado pela abreviação, “CI”, na verdade, já não são mais um item básico, trata-se de UM dispositivo eletrônico que reúne diversos componentes que executam tarefas das mais avançadas. Ele também é conhecido como chip, eles são banhados uma fina camada de silício, onde estão agrupados circuitos microscópicos que podem conter milhões de componentes eletrônicos como resistores, capacitores, transistores, etc.
Característica Diferenciada
Antes de adentrar mais a fundo nas aplicações e mercado de semicondutores, é importante entender, o conceito que os diferencia, o de sua propriedade em conduzir a eletricidade.
Constituídos de silício ou germânio, os semicondutores como o próprio nome sugere, são caracterizados por possuírem “condutividade elétrica intermediária” Desta maneira ocorre a transição do estado isolante para o estado condutor, pois ao receber certa camada de energia, os elétrons tornam-se livres e vão da camada de valência para a camada de condução.
Demanda de Mercado
Embora o silício seja o segundo elemento mais abundante na superfície da Terra, cerca de 28% perdendo somente para o oxigênio, 47%. A pergunta que fica, é porquê componentes fabricados com materiais tão disponível na natureza, são tão disputados no mercado industrial?
A questão é que os semicondutores são primordiais em diversas tecnologias, e há, cada vez mais indústrias disputando esse mesmo componente produzido por poucas empresas, a maioria sediadas na Ásia. No último ano, houve um desequilíbrio na oferta devido a vários incidentes que aconteceram na região, como um incêndio em uma das maiores fábricas, no Japão; a falta de chuvas em Taiwan, já que a produção do dispositivo depende de muita água.
Além disso é claro, a pandemia do covid 19, impulsionou a venda de aparelhos eletrônicos, como computadores e celulares para uso em home office e educação à distância. Logo a produção de semicondutores foi direcionada para esses mercados.
Mais que mercado, uma questão Estratégica!
Para se ter uma ideia, conforme vamos avançando em direção ao futuro, a concorrência pelos semicondutores, começa mais séria. A indústria eletrônica mundial já começou a enfrentar momentos turbulentos, em 2020 os EUA, Começaram uma investida de imposições e sanções comerciais à China. A Huawei caiu de sua posição de número um como fornecedora de telefones móveis – que manteve durante parte do ano de 2020 – para o sétimo lugar. Ao comentar este slide, em sua apresentação, o presidente rotativo da Huawei, Guo Ping, disse que a batalha da empresa, agora, é pela sobrevivência. De acordo com a Reuters, Guo, em uma nota que circulou internamente, afirmou que a Huawei “não vai desistir e planeja, inclusive, retornar ao ‘trono’ da indústria.” Nesse aspecto, ela não apenas está sobrevivendo, mas anda indo muito bem. Ainda é líder mundial no mercado de equipamentos de telecomunicações, com uma fatia de receita de 31% – o dobro de seus concorrentes mais próximos, Nokia e Ericsson –, e lucros de quase US $ 50 bilhões nos primeiros seis meses de 2021. Mas será que a Huawei conseguirá reter sua posição de mercado sem que a China acompanhe os últimos desenvolvimentos na fabricação de chips e tecnologias de design?
Não são apenas as empresas chinesas que enfrentam momentos difíceis. Com a guerra de chips estabelecida entre os países supra citados, a cadeia de fornecimento global da tecnologia foi afetada, levando à escassez em vários setores. Os chips semicondutores são usados em quase todos os produtos, desde equipamentos domésticos, fornos de micro-ondas a torradeiras, passando fortemente pela indústria hospitalar, automotiva e obviamente a de defesa, e muitos outras que possamos imaginar. A exemplo, o maior gargalo da indústria automobilística hoje é a escassez de chips, que afetou gravemente sua produção. Se a guerra continuar, a crise da escassez de circuitos integrados também pode afetar outras indústrias.
Um carro moderno pode utilizar de 400 até 1.100 semicondutores, segundo dados da Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores (Anfaeva). Eles são utilizados em várias áreas do veículo como: gerenciamento do motor e do câmbio; controle de consumo e emissão de poluentes; itens de segurança e conectividade. Com a retomada da produção de carros, a demanda pelos componentes por outros setores já estava muito alta. A indústria automobilística deixou de ser prioridade das empresas produtoras de chips e foi para o fim da fila de compra dos semicondutores.
Essa instabilidade, entretanto, levantou várias questões: a crise da indústria de semicondutores é a precursora da fragmentação das cadeias de abastecimento globais? Isso levará a blocos de guerra, com os EUA em um polo e a China no outro? Com essa fragilidade da cadeia de suprimentos, estamos assistindo ao fim da globalização como um paradigma? O que sabemos é que estamos diante de uma forte disputa geopolítica entre os países, Parece uma corrida atrás de ouro, tamanha a importância e escassez da manufatura.
A indústria de eletrônicos é uma das que mais demanda capital e pesquisa e desenvolvimento. Nenhum outro setor possui essa característica. As usinas de energia ou aço exigem grande capital; os produtos farmacêuticos necessitam de intensa P&D. Mas nenhuma outra indústria exige tanto os dois investimentos. ASML, uma empresa holandesa pouco conhecida que produz as máquinas litográficas para fabricação de chips, vale mais do que a Volkswagen, a maior fabricante de automóveis do mundo. Isso se deve aos altos custos de P&D das máquinas litográficas da ASML: é a única empresa que pode entregar as máquinas que os chips mais avançados exigem. Para que uma nova instalação de fabricação faça a nova geração de chips hoje, custará US $ 20 bilhões – mais do que o custo de um porta-aviões ou de uma usina nuclear. Apenas dois fabricantes, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) e Samsung, têm a capacidade de produzir os chips mais avançados que a indústria usa.
Os EUA e a China competem em áreas como inteligência artificial, computadores, redes móveis e telefones. O bloco de construção básico para todas essas tecnologias são os chips semicondutores. Quanto mais circuitos há em um chip, mais poder de computação ele tem. A maior parte do mercado é formada por fabricantes mais antigos que usam tecnologias de nível de 180 nm a 28 nm, e apenas 2% dos chips estão abaixo do nível de 10 nm. Os únicos fabricantes capazes de produzir esses chips são TSMC e Samsung, os maiores fabricantes de chips do mundo. A Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) da China, a terceira maior fabricante de chips do mundo, só recentemente passou do nível de 28 nm para o nível de 14 nm. Com o apoio do governo chinês, a SMIC está investindo em linhas de produção que podem ir abaixo de 14 nm. A Intel, que já foi líder mundial na fabricação de chips, ainda está presa no nível de 14 nm. No entanto, também tem planos para desenvolver a próxima geração de chips. (1 Nm igual a um milionésimo de milímetro).
E nessa competição geoestratégica com a China, o país Americano, acredita ter uma liderança significativa em tecnologia e comandar uma importante participação de mercado neste setor. A China entrou tarde. Embora tenha uma participação de mercado comparável à dos EUA, ainda depende de certas tecnologias essenciais. Os EUA e seus aliados – União Europeia, Japão e Coréia do Sul – controlam essas tecnologias centrais. É por isso que os EUA escolheram a Huawei e a SMIC, dois grandes players chineses na tecnologia e na indústria de semicondutores, respectivamente, como alvo de sanções. Os EUA colocaram mais de 250 empresas chinesas na lista de entidades, que exigem uma licença especial para importar equipamentos ou componentes. No entanto, essa não é uma proibição geral.
Os EUA estão seguindo suas sanções contra a Huawei e a SMIC com um plano para barrar a China do que chamam de “tecnologias fundamentais”, de acordo com sua Lei de Reforma do Controle de Exportações de 2018. O argumento norte americano é simples: estão à frente da China em certas tecnologias críticas necessárias para a fabricação avançada de chips; portanto, tudo o que precisam fazer para manter essa liderança é negar à China o acesso a elas; isso garantirá a dianteira e o domínio sobre a indústria de eletrônicos.
Então, a SMIC chinesa, tentou configurar sua linha de fabricação para chips de 7 nm e precisou importar máquinas de litografia ultravioleta extrema (EUV) da ASML, cada uma custando entre US $ 120 milhões e US $ 150 milhões. Essas máquinas litográficas são a parte mais complexa das linhas de produção de fabricação de chips. Embora sejam holandesas, usam software desenvolvido na subsidiária da ASML nos EUA e, portanto, estão sob o regime de sanções dos EUA.
Mas a questão dessa Matéria-prima para a produção dos mais diversos aparelhos eletrônicos vai muito mais além do que podemos imaginar, pois hoje esse mercado é tão estratégico que já causa conflito em grandes potências e é tão importante como a questão energética no contexto geopolítico, tamanha a dependência das tecnologias e dessa manufatura, nos tempos contemporâneos, ou digitais.
Hoje o mercado global de semicondutores, é composto pelas empresas abaixo, com destaque para a TSMC de Taiwan, com 28% do mercado global.
O que existe de Inovador na Área
A Samsung é a primeira empresa a usar inteligência artificial para “automatizar a tarefa de produzir seus chips”, em uma parceria com a Synopsys, mas em breve terá companhia de algumas rivais. Vale destacar que não estamos falando de chips criados para inteligência artificial, e sim do uso da tecnologia para criar processadores mais eficazes, rápidos e baratos.
Além da Sansung, a Nvidia e a IBM também estão testando o uso de ferramentas IA para otimizarem o design de seus processadores. A Tesla também está fazendo o mesmo.
Os EUA e suas universidades ainda são a grande fonte de desenvolvimento do conhecimento, a chave para os avanços do setor. Mas há uma ameaça no cenário a longo prazo, pois país enfrenta, pois a maior parte dos programas de pesquisa das universidades dos EUA é composto, principalmente por estudantes estrangeiros, a maioria deles da China, Índia e outros países em desenvolvimento. Muitos deles permanecem nos EUA e fornecem a força humana necessária para os avanços no conhecimento que os EUA possuem.
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Se estudantes e pesquisadores chineses não forem bem-vindos nos EUA, essa fonte de desenvolvimento de conhecimento se enfraquecerá. Infelizmente, países como a Índia não têm instituições de ensino de alta qualidade e laboratórios de pesquisa para substituir o fluxo de estudantes chineses que ingressam nas universidades dos EUA. A China tem investido pesadamente em suas universidades e instituições de pesquisa e produz mais PhDs em ciência e tecnologia hoje que os EUA. Também está construindo um canal de inovações das universidades/instituições de pesquisa para a indústria de tecnologia.
A China é o maior mercado para o design de chips e software de design da indústria de semicondutores dos EUA. As empresas norte-americanas também projetam chips de alta tecnologia, que são fabricados em Taiwan e na China. No curto prazo, as sanções dos EUA prejudicarão a produção avançada de chips da China e a produção de dispositivos eletrônicos baseados em tais chips. Mas também significará que as empresas norte americanas perderão parte significativa das receitas que agora recebem do mercado chinês com a venda de suas ferramentas de design. Isso também levará a uma perda de receita para chips avançados que as empresas americanas, como a Qualcomm e a Nvidia, projetam e fabricam na TSMC de Taiwan.
Para as empresas norte-americanas de alta tecnologia, a perda dessa receita significa menos dinheiro para P&D e a lenta erosão da posição do país como o centro de conhecimento global. Suponha que as empresas americanas percam o mercado chinês e, portanto, uma parte significativa de suas receitas. Isso afetaria seriamente sua capacidade de competir, no futuro. No curto prazo, podem ganhar, assim como estão fazendo com a Huawei caindo do primeiro lugar na venda de smartphones. Mesmo assim, a perda de receita significará menos capacidade de produzir o conhecimento que dá aos EUA sua vantagem em tecnologia. Menos dinheiro em pesquisa significa uma eventual perda de liderança porque, ao contrário de outros países, cada vez mais os EUA não produzem os chips ou as máquinas, mas o conhecimento que vai para ambos.
Isso é o que a indústria de semicondutores dos EUA argumentou em sua apresentação ao Departamento de Comércio norte-americano. Se suas empresas se desvincularem do mercado chinês, isso significará uma perda significativa de receita para elas. No longo prazo, isso levará à perda da liderança do país em eletrônicos. As sanções dos EUA já levaram as empresas chinesas a remover os componentes projetados nos EUA de suas linhas de produtos. As sanções têm dois gumes: atingem a Huawei e outras empresas chinesas e seus fornecedores norte-americanos.
Quanto tempo levará a China para atropelar a liderança em tecnologias de semicondutores que os EUA e seus aliados têm? Analysys Mason, uma empresa de consultoria líder, afirma em seu relatório de maio de 2021 que a China será capaz de atingir a autossuficiência em semicondutores em três a quatro anos. O Boston Consulting Group e a Semiconductor Industry Association modelaram o impacto da fragmentação da cadeia de suprimentos global da China e dos EUA, desvinculando sua cadeia de suprimentos e mercados. O modelo prevê que, mesmo com tal política, os EUA ainda perderiam a liderança para a China. Segundo a Semiconductor Industry Association, a única maneira de os EUA preservar sua liderança é exportando para a China, exceto no estratégico setor militar. Os EUA poderiam usar os lucros dessas exportações para desenvolver uma nova geração de tecnologias. Claro, a perda por não exportar no setor estratégico precisa ser compensada com pesados subsídios do governo dos EUA.
Enquanto isso, a Índia perdeu o bonde de fabricação de semicondutores quando decidiu não reconstruir a Semiconductor Complex Limited, sua principal fábrica de chips na cidade de Mohali, depois que foi destruída em um incêndio misterioso em 1989. Seus legisladores decidiram que o país deveria alavancar sua força em software e sistemas e não se preocupar com a fabricação de chips. Vinnie Mehta, ex-diretor executivo da Associação de Fabricantes de Tecnologia da Informação (MAIT), disse à Mint: “Uma nação sem silício (tecnologia) é como uma pessoa sem coração”. Esse coração ainda está em falta no ecossistema de tecnologia da Índia.
E o Brasil, como está nessa corrida?
O projeto CEITEC começou a tomar forma em 2000, quando um protocolo de intenções foi firmado entre os governos municipal, estadual e federal, instituições de ensino superior e empresas privadas, (incluindo a Motorola). Em 20 de abril de 2002 foi realizada a assembleia de fundação de uma associação civil que daria início aos trabalhos. Em 2005 iniciaram-se as atividades do Centro de Design, onde são desenhados os projetos de chips, nos parques tecnológicos da UFRGS e da PUCRS. No mesmo ano, também começou a construção do prédio de pesquisa e manufatura da futura empresa, localizado no bairro Lomba do Pinheiro.
Em 2008, o governo federal decidiu encampar o projeto CEITEC. Em 10 de novembro de 2008, por meio de decreto presidencial, foi criada a empresa pública CEITEC S.A. Em 27 de março de 2009, o prédio Administrativo e o Design Center da empresa foram inaugurados.
Em 5 de fevereiro de 2010, o então presidente da República, Luiz Inácio Lula da Silva, inaugurou a Sala Limpa da Fábrica da empresa. No mesmo ano, a CEITEC começou a realizar os primeiros testes de seu primeiro produto, o Chip para identificação animal, em fazendas do interior dos estados de Mato Grosso do Sul (MS) e Minas Gerais (MG).
Em 28 de julho de 2010, o MCTI nomeia o físico e professor Cylon Gonçalves da Silva como presidente da empresa.
Em 13 de junho de 2011, a empresa concluiu a fase de projeto do CTC 11002 (Chip para identificação animal), que estava pronto para produção em escala comercial. No dia 29 de agosto do mesmo ano, a CEITEC S.A e a empresa alemã X-FAB firmaram um acordo de transferência de tecnologia para produção de circuitos integrados. Dois meses depois, a empresa anunciou a produção do Chip para rastreamento animal em escala comercial.
Em 13 de julho de 2012, a CEITEC anunciou a fabricação das primeiras lâminas de silício em sua planta em Porto Alegre. Cerca de um mês depois, em 29 de agosto de 2012, o Grupo Fockink lançou um brinco eletrônico para uso em identificação animal com o Chip para identificação animal da CEITEC. No mesmo ano, em 14 de setembro, a CEITEC assinou um importante convênio com a Casa da Moeda do Brasil para a produção do chip do passaporte brasileiro.
Em 6 de junho de 2013, o CTC13001, chip de múltiplas aplicações em logística da CEITEC, torna-se o primeiro circuito integrado do país a obter o reconhecimento de tecnologia com desenvolvimento nacional.
Em 26 de julho de 2013, o físico Cylon Gonçalves da Silva conclui seu mandato de três anos à frente da CEITEC. O professor Marcelo Lubaszewski, diretor de Design da CEITEC, assume a presidência interina da empresa.
Em 4 de outubro de 2013, a CEITEC lança o CTC13001 T, dispositivo para aplicações em logística com sinal de violação de tags.
Em 18 de novembro de 2013, a CEITEC começa a produção em volume comercial do chip CTC13100, para uso no programa Siniav.
Em 31 de outubro de 2014, a CEITEC S.A. alcança a marca histórica de 10 milhões de unidades vendidas do chip CTC13001.
Em 7 de outubro de 2015 a CEITEC lança seu novo produto, o chip CTC13002, no RFID Journal Live! Brasil 2015. Novo integrante da família CTC13000, o CTC13002 é o primeiro chip do Hemisfério Sul a receber a certificação EPCglobal Class 1 Gen 2, o mais importante padrão para identificação eletrônica.
Em 11 de novembro de 2015 a CEITEC é uma das homenageadas no XVIII Prêmio Automação, promovido pela GS1 Brasil, que premia soluções de automação que aumentam a eficiência e a competitividade no mercado. A CEITEC foi homenageada pela conquista da certificação internacional EPCglobal Class 1 Gen 2 para o chip CTC13002.
Em 9 de setembro de 2016, o MCTIC nomeia o engenheiro e professor Paulo de Tarso Mendes Luna como presidente da empresa.
Em 10 de janeiro de 2017, o Chip do Passaporte da CEITEC recebe a certificação internacional de segurança Common Criteria, que permitirá a produção do chip para passaporte no País.
Em 5 de junho de 2021, o atual presidente Jair Bolsonaro extinguiu a Ceitec, no entanto, o TCU paralisou o fechamento da empresa em 1º de setembro.
Embora tenha ocorrido de forma repentina, o fechamento da fábrica está sendo pautado desde o final de 2020, quando Guedes sinalizou que poderia extinguir as atividades da Ceitec. A decisão foi baseada nos últimos relatórios da estatal, que entre os anos de 2010 e 2018 recebeu cerca de R$ 600 milhões do governo federal, porém gerou um prejuízo de R$ 160 milhões durante sua existência. Já a cada real investido na embrapa voltam até 18 reais à sociedade.
https://olhardigital.com.br/2021/08/16/reviews/samsung-e-a-primeira-a-criar-chips-usando-inteligencia-artificial-mas-nao-sera-unica/
https://www.tecmundo.com.br/eletronica/45954-como-funciona-um-circuito-integrado-ilustracao-.htm
https://www.industria40.ind.br/noticias/21301-bosch-inaugura-fabrica-semicondutores-totalmente-conectada-gerenciada-por-ia-alemanha
