Strategie di gestione del rischio obsolescenza nell’industria dei semiconduttori

L’industria dei semiconduttori è trainata dall’innovazione rapida del settore consumer, dove i cicli di vita dei prodotti sono sempre più brevi e dominati dall’esigenza di lanciare continuamente dispositivi più avanzati e nuovi. Smartphone, laptop e dispositivi IoT sono esempi concreti e tangibili di come la domanda di prestazioni crescenti e nuove funzionalità guidi lo sviluppo di semiconduttori con una vita utile spesso inferiore ai 18 mesi. Tuttavia, questa rapida dinamica, necessaria e vantaggiosa per il mercato consumer, presenta sfide significative per i progettisti di altri settori come l'automotive, il railway, l’aerospazio oppure l’industrial, dove c’è la necessità di stabilità e affidabilità nella catena di approvvigionamento a lungo termine. In questo articolo, affronteremo alcuni aspetti per la corretta gestione dell’obsolescenza di componenti, cioè l’end of life.

Impatto sui settori critici

Il ciclo di vita di un prodotto si sviluppa in diverse fasi: introduzione, crescita, maturità, declino, fase-out e obsolescenza. Componenti come microprocessori o moduli elettronici possono raggiungere la maturità rapidamente, specialmente in settori ad alta competizione tecnologica. Il mercato commerciale influenza profondamente la disponibilità e il ciclo produttivo dei componenti. La competizione tra Original Component Manufacturers (OCM) e Original Equipment Manufacturers (OEM) spinge verso innovazioni rapide, ma questo comporta cicli di vita sempre più brevi. Inoltre, regolamentazioni come RoHS (Restriction of Hazardous Substances) o la REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) possono accelerare l'obsolescenza di determinati componenti, un esempio recente riguarda i microprocessori per l’automotive: l’aumento della domanda di chip avanzati ha causato carenze globali, costringendo le aziende a modificare le proprie roadmap.

Nei settori automotive, railway e aerospace, i semiconduttori svolgono un ruolo cruciale per garantire la funzionalità di sistemi avanzati come il controllo del motore, i sistemi di assistenza alla guida (ADAS), le reti di comunicazione ed i sistemi di sicurezza. Ad esempio, le case automobilistiche progettano modelli che richiedono componenti stabili e reperibili per oltre 15 anni, una necessità che si scontra con la rapida obsolescenza dei semiconduttori di derivazione consumer. Anche nel settore ferroviario, i sistemi di controllo dei treni e le infrastrutture di segnalamento dipendono da componenti elettronici che devono funzionare per decenni. La dismissione di un microcontrollore critico può richiedere riprogettazioni complesse e costose, analogamente, nel settore aerospace, dove la durata operativa dei velivoli può superare i 30 anni, il mancato supporto a lungo termine di un componente può compromettere la certificazione dei sistemi e incrementare i costi operativi.

Un caso emblematico è quello dei microprocessori automotive. La transizione verso veicoli connessi ed elettrici ha aumentato la complessità dei sistemi di infotainment e controllo, ma molti di questi processori derivano da piattaforme consumer con cicli di vita inferiori a 5 anni. Altri aspetti spesso riguardano le memorie RAM, basti pensare all'evoluzione delle DDR. Questo progresso tecnologico crea problemi significativi quando i fornitori cessano la produzione o il supporto, costringendo i progettisti a cercare alternative compatibili o a riprogettare interi sistemi, con notevole impatto sui costi e sui tempi di sviluppo. Aziende come Memorysolution GmbH sono focalizzate come distributori specializzati su chip e moduli di memoria in settori complessi e critici quali l'automotive.

Dunque, la frequenza con cui i semiconduttori consumer diventano obsoleti obbliga le aziende nei settori critici a sostenere costi aggiuntivi per approvvigionamenti alternativi, accumulo di scorte o re-design di sistemi complessi. I costi non si limitano alla produzione ma si estendono anche alla manutenzione, alla certificazione e alla gestione della supply chain. Progettisti e responsabili della supply chain devono monitorare attentamente queste fasi, pianificando approvvigionamenti di scorte critiche o identificando componenti sostitutivi.

Strategie di mitigazione dei rischi

Per minimizzare il rischio associato all'obsolescenza e dunque all'End of Life (EoL), i progettisti devono adottare strategie tecniche e gestionali ben definite, tra le innumerevoli soluzioni, best-practices, teorie e metodologie, di seguito andiamo ad elencare quelle più emblematiche e ritenute anche più efficaci (vedi Figura 1):

Figura 1: Strategie di mitigazione dei rischi

Selezione di componenti automotive-grade o industrial-grade - Ogni progettista sa che la disponibilità di un componente può essere determinata attraverso tre modalità principali:
1. Nota: il produttore dichiara ufficialmente una data di fine produzione (End of Life, EoL), ciò avviene tipicamente con un preavviso formale, consentendo alle aziende di pianificare un'acquisizione strategica di scorte o di progettare aggiornamenti.
2. Prevista: il produttore fornisce stime sulla durata della produzione in base a vendite e domanda. Le indicazioni, tuttavia, non sono vincolanti e possono cambiare rapidamente in presenza di fattori esterni, come interruzioni della supply chain.

In linea di principio, orientare la scelta verso componenti automotive-grade o industrial-grade consente di gestire in maniera più efficace e prevedibile la disponibilità degli stessi, infatti, i componenti con questi gradi di qualifica in genere sono progettati per ambienti critici e tendono ad avere cicli di vita più lunghi rispetto ai componenti consumer. Ad esempio, i microcontrollori della serie AURIX di Infineon, sviluppati specificamente per applicazioni automotive, offrono supporto esteso e funzionalità di sicurezza avanzate. Spesso, si può osservare anche i dati di longevità dei progetti indicati dal produttore. Di sicuro, se si punta su oggetti destinati ad applicazioni di Intelligenza Artificiale e quindi con core neurali integrati (Neural Processor Unit - NPU) il rischio di vedere andare obsoleti velocemente gli oggetti è più alto per la crescita esponenziale delle esigenze dei progettisti in questo ambito.

Collaborazione con i fornitori per roadmap condivise - Creare relazioni solide con i produttori permette ai progettisti di ottenere visibilità sui piani futuri, anticipando la fine della produzione di un componente e pianificando l’adozione di alternative. Memorysolution GmbH, con un fatturato di oltre 100 milioni di euro e una crescita costante, si è affermata come partner affidabile per le aziende clienti, garantendo stabilità produttiva e supportando l'innovazione. L'azienda affronta con successo le sfide del mercato dei semiconduttori, distinguendosi non solo come fornitore, ma come partner strategico per il successo dei propri clienti. Grazie ad un approccio flessibile e ad una gestione proattiva dei magazzini, Memorysolution GmbH riduce le pressioni logistiche, consentendo alle aziende di concentrarsi sulle loro priorità principali, come lo sviluppo di nuove tecnologie.

Utilizzo di tecnologie modulari e standardizzate - Progettare sistemi modulari è una valida metodologia per affrontare efficacemente il rischio di obsolescenza. Infatti, suddividere i sistemi complessi in unità indipendenti consente una più semplice sostituzione di eventuali moduli affetti da obsolescenza, progettando ogni modulo per svolgere una funzione specifica, esso può essere sostituito o aggiornato senza influenzare l’intero sistema. Questo permette di integrare componenti più recenti o alternativi con minime modifiche, riducendo i costi di re-design e mantenendo la compatibilità. In questo contesto, entra in gioco il concetto di Fit, Form and Function (FFF) che risulta fondamentale nella gestione dell'obsolescenza e si riferisce a tre criteri principali che determinano la compatibilità e l'intercambiabilità di un componente all'interno di un sistema esistente:
1. Fit (Adattamento): riguarda le dimensioni fisiche e la compatibilità meccanica del componente. Un nuovo componente deve adattarsi allo spazio fisico disponibile e interfacciarsi correttamente con gli altri elementi del sistema, come connettori o supporti.
2. Form (Forma): si riferisce alle caratteristiche visive, geometriche e strutturali del componente. Deve mantenere la stessa configurazione esterna e non richiedere modifiche al sistema per essere installato.
3. Function (Funzione): indica che il componente deve offrire prestazioni equivalenti o superiori rispetto al componente originale. Questo include parametri come velocità, capacità, consumo energetico e affidabilità.

Il rispetto del FFF consente di sostituire componenti obsoleti con equivalenti o alternative senza compromettere l’integrità del sistema. Inoltre, attraverso la modularità della progettazione può risultare più facile ed agevole adottare standard industriali, migliorando la disponibilità di ricambi. Nei settori critici come l’automotive e l’aerospazio, la progettazione modulare garantisce longevità e flessibilità, minimizzando l’impatto delle dismissioni e prolungando la vita utile dei sistemi.

Implementazione di strategie di Last Time Buy (LTB) - Un’altra possibile strategia spesso adottata quando non si desidera procedere alla riprogettazione del sistema è l'acquisto di scorte sufficienti di componenti critici (ossia dichiarati obsoleti) prima che vengano dismesse le linee produttive. Infatti, per la maggior parte dei produttori di semiconduttori, una dismissione della linea produttiva di quello specifico componente (come ad esempio un microcontrollore, una memoria o un particolare dispositivo) avviene solo successivamente ad una notifica di obsolescenza inviata a tutti i maggior clienti commerciali indicando la data ultima per poter inserire ordini di quel componente, ossia la Last Time Buy. In ambienti critici e soprattutto su progetti che richiedono non solo un effort di re-design ma anche attività di ri-certificazione del prodotto, la soluzione di acquistare le scorte sufficienti alla produzione è una valida strategia.
Adozione di software di gestione BOM - A supporto dei progettisti e dei responsabili di produzione e supply chain esistono diversi strumenti concepiti per fornire servizi specifici e aiutare a mantenere sotto controllo il monitoraggio dello stato di obsolescenza dei componenti. Inoltre, in alcuni casi è possibile tracciare la compatibilità tra part/number alternativi per gestire correttamente non solo l’obsolescenza ma anche il second sourcing al fine di evitare interruzioni o rallentamenti della produzione. Memorysolution implementa in maniera attiva ed efficace le strategie di second source attraverso partnership globali garantendo continuità produttiva per le aziende tecnologiche.

Conclusioni

I componenti a semiconduttore sono diventati ormai il fondamento tecnologico di numerose industrie, contribuendo in modo determinante alla loro evoluzione tecnologica. La gestione efficace della loro disponibilità è essenziale per sostenere la crescita e l’innovazione in un contesto di mercato sempre più complesso e competitivo. Tuttavia, le dinamiche del mercato dei semiconduttori presentano sfide uniche. I cicli di vita brevi, tipici del settore consumer, mal si adattano alle esigenze dei settori industriali e automotive, che richiedono stabilità a lungo termine. Per rispondere a queste sfide troviamo aziende come Memorysolution GmbH che hanno focalizzato i propri servizi a supporto della gestione dei rischi di progetto dei propri partner e clienti, garantendo la disponibilità di componenti anche a fronte di interruzioni nella produzione e supportando strategie di approvvigionamento alternative.