Em que aspectos a estratégia dos EUA para o setor de semicondutores ainda apresenta lacunas

Os Estados Unidos estão investindo bilhões de dólares para trazer a fabricação de semicondutores mais avançada para o país. Novas fábricas estão surgindo por todo o território dos Estados Unidos, e a nova unidade de fabricação de chips (fab) da Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) no Arizona produzirá alguns dos chips mais avançados do mundo. Apesar desse progresso, os Estados Unidos ainda enfrentam uma grande dependência de outros países em relação a uma parte essencial da cadeia de valor: as fábricas de back-end que realizam todas as etapas necessárias para transformar pastilhas de silício processadas em chips embalados. Os processos de teste de wafers, corte dos wafers em chips individuais (conhecido como “singulação”), embalagem e teste dos chips acabados foram transferidos para o exterior na década de 1970 devido à sua elevada intensidade de mão de obra. Mesmo empresas como a Intel, que fabricam chips nos Estados Unidos há muito tempo, enviam a maior parte deles para a Malásia, o Vietnã ou a China para a etapa de embalagem. A Lei CHIPS & Science de 2022 ofereceu uma ampla gama de subsídios a empresas — incluindo Intel, TSMC, Samsung Semiconductor, Micron Technologies e Texas Instruments— para a construção de novas fábricas nos Estados Unidos. Embora também tenha concedido subsídios a algumas empresas para a construção de fábricas de encapsulamento — como a que a SK Hynix construirá em Indiana e outra que a Amkor Technologies está construindo no Arizona —, esses casos têm sido a exceção. Não há nada que se aproxime do nível de atividade necessário para criar um ecossistema completo de semicondutores nos Estados Unidos. Em entrevistas recentes, executivos de oito grandes empresas da cadeia de suprimentos de semicondutores — incluindo duas das maiores empresas de encapsulamento de chips do mundo, projetistas de chips, uma fundição e fabricantes de eletrônicos — nos disseram que o problema é essencialmente de natureza econômica. (Todos solicitaram que seus nomes não fossem divulgados.) Os comentários deles oferecem algumas percepções valiosas sobre uma parte do ecossistema com margens mais reduzidas e de maior intensidade de mão de obra, que constitui um complemento necessário ao negócio mais glamoroso da fabricação de wafers. A partir dessas entrevistas, do trabalho de um de nós (Willy) no Comitê Consultivo Industrial do Departamento de Comércio dos EUA durante o governo Biden e da pesquisa em andamento realizada por um de nós (Willy), identificamos três ações — mudanças na forma como os compradores precificam o risco, alterações nas regras comerciais regionais e a criação de incentivos do lado da demanda — que poderiam ajudar a resolver essa deficiência. Por que o back-end permanece em grande parte na Ásia A fase inicial da fabricação de semicondutores é aquela em que os padrões dos circuitos são gravados nas pastilhas de silício. Essa é a parte mais conhecida, e é nela que se concentra a maior parte da atenção das políticas americanas e dos grandes investimentos. Mas uma pastilha processada não é um produto acabado. Ela ainda precisa ser testada, cortada em chips individuais e embalada nos módulos que, posteriormente, são montados em telefones, servidores e uma ampla gama de produtos eletrônicos. Esse trabalho ocorre na fase de back-end. Quase todo esse trabalho ainda é realizado na China, em Taiwan, na Malásia e no Vietnã. Mesmo os chips fabricados na nova Fab 21 da TSMC, em Phoenix, retornam à Ásia para embalagem, embora a empresa esteja construindo duas instalações avançadas de embalagem no Arizona (cuja capacidade a Nvidia já reservou em grande parte). Por que não estão sendo construídas mais fábricas de back-end nos Estados Unidos? Nossas entrevistas revelaram que, para trabalhos de embalagem que exigem muita mão de obra, os custos de fabricação nos EUA são aproximadamente o dobro dos praticados no Sudeste Asiático. Os custos de construção são ainda mais elevados. Um executivo de uma empresa de back-end que havia construído uma fábrica nos Estados Unidos nos disse que o custo inicial projetado para a construção era de duas a três vezes o valor de referência de Taiwan. O valor real foi de cinco a seis vezes. Ele afirmou que a construção de uma fábrica leva um ano em Taiwan e três anos nos Estados Unidos. Isso está de acordo com relatos de que os custos de construção da Fab 21 da TSMC foram de quatro a cinco vezes maiores do que em Taiwan. Para essa empresa de serviços de apoio, a mão de obra na construção representa aproximadamente 60% do custo de construção nos Estados Unidos, contra 20% no Vietnã. Como a mão de obra é tão cara nos Estados Unidos, faz mais sentido projetar edifícios que exijam menos trabalhadores para a construção — por exemplo, utilizando componentes pré-fabricados em vez de soldagem no local. Mas a maioria das empresas recém-chegadas simplesmente importa seus métodos de construção de mão de obra intensiva da Ásia, elevando ainda mais os custos. Isso levanta uma questão fundamental para elas: cada produto é valioso o suficiente — com uma margem bruta suficientemente grande — para justificar sua fabricação em uma fábrica americana cara? Outra questão é a densidade do cluster: o grau de proximidade entre os participantes do setor. O cluster asiático de semicondutores se beneficia de um alto nível de densidade. Em Taiwan, uma pastilha passa da fabricação para o teste, da montagem para o envio, tudo dentro de uma única área geográfica compacta. Repetir isso nos Estados Unidos seria difícil. Seria necessário que fornecedores de substratos, fornecedores de produtos químicos, empresas de teste de chips e empresas de embalagem estivessem localizados junto às fábricas, o que hoje não existe em escala local. Quando as empresas de embalagem de chips diversificam suas instalações, elas se dirigem ao Sudeste Asiático, e não aos Estados Unidos. De acordo com as pessoas que entrevistamos, os custos com mão de obra na Malásia são cerca de um sétimo dos praticados nos Estados Unidos; no Vietnã, são cerca de 30% mais baixos ainda. Em um caso, uma grande empresa de embalagem recusou uma expansão nos Estados Unidos mesmo quando o governo ofereceu terrenos gratuitos e o cliente final se propôs a financiar todos os gastos de capital. Idiomas comuns, práticas comerciais familiares e fusos horários coincidentes foram citados repetidamente como fatores decisivos que as localizações nos Estados Unidos simplesmente não conseguem igualar. Mesmo as empresas que investiram em capacidade de back-end nos Estados Unidos nos disseram que a produção doméstica representará apenas 10% a 20% de sua produção total. Outro obstáculo para atrair a parte final do ecossistema para os Estados Unidos é o atual “sinal de demanda” — indicadores da demanda dos clientes — por semicondutores acabados fabricados inteiramente nos Estados Unidos, que se mostra inadequado. Os compradores de chips informam aos seus fornecedores que desejam planos de abastecimento “NCNT”, sigla que significa “No China No Taiwan” (Sem China, sem Taiwan). No entanto, quando percebem o custo de algumas alternativas e o tempo que elas levam, a maioria recua rapidamente. No caso dos chips de IA mais avançados, a lacuna é ainda maior. O processo avançado de encapsulamento utilizado por esses chips, denominado chip-on-wafer-on-substrate (CoWoS), é hoje realizado quase inteiramente em Taiwan. As instalações da TSMC no Arizona só entrarão em produção em grande escala daqui a dois anos. E mesmo quando o fizerem, elas representarão apenas uma fração do que é necessário. Até lá, uma pastilha fabricada nos Estados Unidos precisa atravessar o Pacífico para ser embalada antes de se tornar um produto acabado. Como afirmou um executivo de uma grande empresa de design de chips sem fábrica própria, se o componente mais crítico do seu produto ainda é originário de Taiwan, qual é o valor real de gastar tanto para transferir uma parte do processo para outro lugar? Além disso, a maioria das fábricas que montam placas de circuito impresso (as placas nas quais os chips são instalados) ainda se encontra na Ásia. Isso vale até mesmo para os componentes eletrônicos e servidores utilizados nos centros de dados de IA. Mesmo que as empresas não queiram mais realizar a montagem final na China, Taiwan e o Sudeste Asiático continuam sendo os locais preferidos. Se as placas são montadas na Ásia, há motivos para que a embalagem também permaneça lá. A escassez de talentos agrava o desafio. Todas as empresas com as quais conversamos identificaram a disponibilidade de mão de obra qualificada como um gargalo. Uma empresa nos disse que contratar engenheiros de embalagem no Arizona é tão difícil que a empresa traz expatriados da Coreia do Sul de avião. Outra observou que, mesmo quando é possível contratar operadores locais, os técnicos qualificados de Taiwan que realmente sabem como operar os equipamentos ainda precisam ser designados temporariamente para os Estados Unidos, o que aumenta os custos, a complexidade e causa meses de atraso para que as fábricas operem em plena capacidade. Várias empresas, incluindo fundições e fornecedores de equipamentos, disputam o mesmo pequeno contingente de trabalhadores na região de Phoenix. As faculdades comunitárias locais no Arizona estão enfrentando dificuldades para formar graduados suficientes para atender à demanda. Essa lacuna entre a oferta e a demanda por talentos provavelmente levará anos para ser preenchida. Três maneiras de concluir o trabalho Temos três ideias que acreditamos que irão acelerar a criação de um ecossistema completo de produção de semicondutores nos Estados Unidos. Mudar as suposições dos compradores de chips sobre o risco. Os últimos cinco anos de choques tarifários, escassez causada pela pandemia e crises geopolíticas deixaram uma lição clara: o risco de interrupção não é gratuito. No entanto, a maioria das empresas ainda não o leva em conta nas suas decisões de abastecimento. Os diretores financeiros e os líderes de aquisições precisam começar a incluir o custo de possíveis interrupções ao compararem preços entre fornecedores nacionais e externos. Pagar um preço mais alto pela produção nacional ou em países vizinhos não é um aumento de custo. É um investimento na continuidade. Utilizar ferramentas comerciais para incentivar a produção na América do Norte. O governo dos Estados Unidos deveria considerar a oferta de incentivos que recompensem as empresas por manterem uma parcela maior da cadeia de valor da fabricação de chips na América do Norte. Já existe um modelo para isso. De acordo com o Acordo Estados Unidos-México-Canadá (USMCA), os automóveis devem ter pelo menos 75% de seu valor produzido nos Estados Unidos, no México ou no Canadá para se qualificarem para isenção de tarifas. Um padrão semelhante para semicondutores poderia avaliar qual a proporção do trabalho de front-end e back-end realizada nesses três países. O México já possui uma capacidade significativa de montagem de eletrônicos, cujos custos estão bem abaixo dos níveis dos EUA, o que pode constituir um forte sinal de demanda para a produção localizada. Além disso, os componentes para data centers já estão fluindo cada vez mais a partir de lá. Isso oferece às empresas uma alternativa próxima à Ásia. Também dá aos fornecedores de back-end um motivo para se estabelecerem na América do Norte: as empresas de teste e embalagem vão para onde estão seus clientes, e um padrão de conteúdo regional ajudaria a ampliar essa base de clientes. Oferecer incentivos governamentais aos compradores. A lógica da Lei CHIPS era simples: subsidiar os grandes pilares visíveis da cadeia de valor — as fábricas de semicondutores — e o ecossistema circundante e os clientes viriam por consequência. Mas essa suposição não se confirmou. Portanto, em vez de apenas subsidiar fábricas de chips, o governo dos EUA também deveria oferecer incentivos aos compradores para que adquiram produtos nacionais. Incentivos fiscais para empresas que compram conjuntos eletrônicos fabricados nos Estados Unidos para infraestruturas críticas, como centros de dados, redes de comunicação e equipamentos médicos, criariam uma forte demanda por fontes de abastecimento nacionais. Assim, todo o ecossistema de produção de semicondutores — e não apenas as empresas de fabricação — desenvolverá a capacidade necessária para atendê-las. O governo dos Estados Unidos já utilizou essa abordagem anteriormente. Os incentivos do lado da demanda previstos na Lei de Redução da Inflação geraram investimentos significativos em tecnologias de energia limpa e uma demanda substancial por veículos elétricos, até que foram amplamente descontinuados pelo governo Trump e pelos republicanos no Congresso. E, olhando para as décadas de 1910 e 1920, os incentivos fiscais dos EUA para a produção doméstica de petróleo e gás colocaram os Estados Unidos no caminho para se tornarem líderes globais no setor durante grande parte do séculoXX. . . . A repatriação da fabricação de semicondutores está ocorrendo nos Estados Unidos, mas o trabalho ainda não está concluído. O país ainda carece de instalações suficientes para transformar as pastilhas produzidas internamente em chips acabados. Se os Estados Unidos não tomarem medidas para fomentar a fase final da produção de semicondutores, acabarão com um conjunto impressionante de fábricas capazes de fabricar semicondutores, mas incapazes de transformá-los em um produto final.

Em que aspectos a estratégia dos EUA para o setor de semicondutores ainda apresenta lacunas

Resumo.

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