Progettazione di chip in Brasile

Nel 1971 l'Università di São Paulo produsse il primo chip in America Latina^[9]. Un semiconduttore è un materiale come il silicio la cui capacità di condurre corrente elettrica può essere controllata, e ogni chip è fatto da uno di essi. Nel 1991 la Legge sull'Informatica (Legge 8.248) concesse riduzioni fiscali alle aziende di elettronica che investono parte dei loro ricavi nella ricerca in Brasile^[3], e nel 2007 la Legge 11.484 istituì il PADIS, un programma di sostegno per l'industria dei semiconduttori^[12]. Nel 2008 il governo federale fondò il CEITEC, un'azienda statale a Porto Alegre che divenne l'unica fabbrica di chip in America Latina^[17], utilizzando un processo di produzione concesso in licenza dall'azienda tedesca X-FAB nel dicembre 2007^[15]. Il suo prodotto più noto, il Chip do Boi, è un'etichetta radio che identifica il bestiame, ed è stato il primo chip progettato in Brasile a raggiungere la produzione di massa^[16].

Un microcontrollore è un piccolo computer su un singolo chip, contenente un processore, memoria e connessioni a sensori e altri dispositivi, e si trova all'interno di elettrodomestici, veicoli e macchine industriali. BlueMacaw, sviluppato con il nome di progetto u32BR, è un microcontrollore RISC-V a 32 bit, il che significa che i suoi registri e le sue operazioni aritmetiche operano su numeri larghi 32 cifre binarie, con Bluetooth Low Energy integrato, uno standard wireless per dispositivi che funzionano con poca energia^[1]. Cinque università federali lo hanno progettato insieme ad aziende di elettronica: UFSM, UFMG, UnB, UFCG e UFPR. Il professor João Baptista Martins dell'UFSM e la Santa Maria Design House hanno coordinato il lavoro, che ha coinvolto più di 50 persone in 30 mesi e ha ricevuto finanziamenti attraverso Softex con il supporto del Ministero della Scienza, Tecnologia e Innovazione (MCTI)^[3,4]. Il team lo ha presentato all'evento RISC-V Brasil a Campinas il 14 giugno 2024^[3], e il suo sito ufficiale è stato aperto in ottobre 2025^[5].

TSMC ha prodotto BlueMacaw a Taiwan con il suo processo a 22 nanometri^[4,5]. Un processo è l'insieme delle fasi di produzione che una fabbrica di chip utilizza, e la sua dimensione in nanometri, milionesimi di millimetro, indica quanto possono essere piccoli i transistor, il che determina quanti ne stanno sul chip e quanta energia consumano. Il processore funziona a 200 MHz, cioè 200 milioni di cicli di clock al secondo, e ha una pipeline a 4 stadi, un design che mantiene quattro istruzioni in corso contemporaneamente, ciascuna a una fase diversa di prelievo ed esecuzione. Ha 32 KB di memoria per le istruzioni e 32 KB per i dati, dove un KB è 1024 byte e un byte è un gruppo di 8 bit. Il clock gating, che ferma il segnale di clock nelle parti del chip inattive, e una modalità di ritenzione che preserva il contenuto della memoria mentre il resto del chip dorme, riducono l'energia che utilizza^[1].

RISC-V è organizzato come un insieme di istruzioni di base più estensioni opzionali, gruppi di istruzioni extra che un progettista di chip può includere o omettere. BlueMacaw implementa RV32IC^[1]. La lettera I sta per l'insieme di base delle istruzioni intere, come add, slli e beq, e la lettera C sta per l'estensione compressa, che aggiunge versioni a 16 bit delle istruzioni comuni in modo che i programmi occupino meno memoria. BlueMacaw omette l'estensione M, che fornisce mul e div. Il simulatore su questo sito implementa RV32IM e accetta mul, ma un programma compilato per BlueMacaw non ha alcuna istruzione di moltiplicazione disponibile, quindi il compilatore sostituisce ogni moltiplicazione con una chiamata a una breve routine che raggiunge lo stesso risultato usando scorrimenti e addizioni dall'insieme di base.

 # Moltiplica 6 per 7 usando solo le istruzioni base RV32I.
li   a0, 6 # il numero che viene moltiplicato, raddoppiato a ogni passaggio
li   a1, 7 # il moltiplicatore, letto dal suo bit più basso
li   a2, 0 # il totale parziale
loop:
  beqz a1, done # fermati quando il moltiplicatore raggiunge 0
  andi t0, a1, 1 # isolare il bit più basso
  beqz t0, skip # saltare l'addizione quando quel bit è 0
  add  a2, a2, a0 # aggiungere il valore raddoppiato corrente
skip:
  slli a0, a0, 1 # raddoppiare il numero che viene moltiplicato
  srli a1, a1, 1 # spostare il moltiplicatore a destra per esporre il bit successivo
  j    loop
done:
  mv   a0, a2 # spostare il risultato in a0 per la stampa
  li   a7, 1 # servizio 1 = stampa intero
  ecall
  li   a7, 10 # servizio 10 = esci
  ecall

Il programma moltiplica due numeri allo stesso modo in cui funziona la moltiplicazione lunga sulla carta, ma usa cifre binarie al posto di quelle decimali. Il moltiplicatore 7 è 111 in binario. Il ciclo usa andi per leggere il bit più basso del moltiplicatore, e quando quel bit è 1, aggiunge il valore corrente dell'altro numero al totale parziale. slli poi raddoppia l'altro numero, e srli sposta il moltiplicatore a destra in modo che il passaggio successivo legga il bit successivo. Il ciclo termina quando il moltiplicatore raggiunge 0, e il programma stampa 42. Su un chip senza l'estensione M, ogni bit del moltiplicatore costa diverse istruzioni, il che mantiene il processore più piccolo e riduce il suo consumo di energia.

Il Laboratorio di Compilatori dell'UFMG, coordinato dal professor Fernando Pereira, ha scritto il kit di sviluppo software (SDK) di BlueMacaw, il pacchetto di strumenti e codice che un programmatore installa per scrivere programmi per il chip^[3]. Il suo compilatore è GCC, un compilatore gratuito ampiamente usato che traduce C e C++ in codice macchina, configurato per RISC-V. Il kit contiene anche un assembler, che traduce l'assembly in codice macchina, un linker, che unisce i pezzi tradotti in un unico programma, e il debugger GDB, che si connette al chip attraverso uno strumento chiamato OpenOCD. I programmi girano bare-metal, direttamente sull'hardware senza alcun sistema operativo sottostante, e il kit fornisce il codice di avvio che prepara il chip, l'allocazione della memoria e i driver per le periferiche, i circuiti integrati per timer, comunicazione seriale, ingresso analogico e Bluetooth^[2].

All'Università Federale del Rio Grande do Sul (UFRGS), Anderson I. Silva, Altamiro Susin, Fernanda L. Kastensmidt, Antonio Carlos S. Beck e José Rodrigo Azambuja hanno progettato NoX, un core RISC-V a 32 bit, la parte di un chip che esegue le istruzioni, e hanno rilasciato il suo design come open source in modo che chiunque possa leggerlo, usarlo e modificarlo. NoX ha una pipeline a 4 stadi ed è pensato per chip che combinano diversi piccoli core in dispositivi al margine di una rete, come sensori che elaborano i dati dove li raccolgono. È stato presentato allo SBCCI 2024, il simposio brasiliano sulla progettazione di circuiti integrati e sistemi^[6].

Il 15 marzo 2024, l'Instituto Eldorado a Campinas e ricercatori dell'Unicamp hanno firmato un accordo con il Barcelona Supercomputing Center per costruire un acceleratore di moltiplicazione di matrici all'interno di un processore RISC-V, nell'ambito del programma PPI-Softex con il supporto del MCTI^[7]. Un acceleratore è un circuito dedicato a un tipo di calcolo, e la moltiplicazione di matrici è il calcolo che i modelli di intelligenza artificiale eseguono di più. In agosto 2025 il governo ha descritto un supercomputer nazionale per il Laboratorio Nazionale per il Calcolo Scientifico (LNCC), parte del Piano Brasiliano di Intelligenza Artificiale (PBIA), con circa 5.000 processori grafici all'inizio e un acceleratore e processore RISC-V dell'Unicamp, del centro di Barcellona e di Eldorado in una fase successiva^[8].

RISC-V International è l'organizzazione che mantiene le specifiche RISC-V, i documenti che definiscono ogni istruzione. Nel febbraio 2024 il Brasile è entrato come Premier Member, il più alto livello di adesione dell'organizzazione, con il seggio detenuto dal MCTI^[9]. Alessandro Campos, coordinatore generale delle tecnologie dei semiconduttori del MCTI, siede nel Consiglio di amministrazione^[11], e il professor Guido Araujo dell'Unicamp rappresenta il MCTI nel Comitato direttivo tecnico, il gruppo che vota sulle nuove estensioni e sulle modifiche alle specifiche^[10].

Brasil Semicon, creato dalla Legge 14.968 dell'11 settembre 2024, estende fino al 2029 gli incentivi fiscali della Legge sull'informatica e del PADIS e rende ammissibili la progettazione di chip, la ricerca, la produzione di display e pannelli solari e la formazione di specialisti accanto alla fabbricazione di chip^[12].

Il programma nazionale di microelettronica forma progettisti di chip attraverso CI Inovador, una residenza coordinata da Softex in cui i partecipanti ricevono una borsa di studio mensile di 5.000 R$ mentre studiano e lavorano alla progettazione di circuiti^[14,22]. Nel giugno 2026 il programma di specializzazione in ingegneria elettrica dell'UFSM ha creato una linea di ricerca in microelettronica e sistemi elettronici integrati, con posti di master e dottorato nel gruppo che guida BlueMacaw^[13].

Il Brasile progetta chip alle dimensioni attuali ma non ha una fabbrica in grado di produrli. Il processo di CEITEC lavora a 0,6 micrometri, ovvero 600 nanometri, circa 27 volte i 22 nanometri usati per BlueMacaw, quindi i progetti brasiliani come BlueMacaw vengono fabbricati all'estero^[5,15]. Anche il Chip do Boi ha raggiunto la produzione di massa nelle fabbriche di X-FAB in Germania e negli Stati Uniti, mentre CEITEC ha realizzato prototipi e piccoli volumi a Porto Alegre^[15,16].

La Politica nazionale dell'informatica, Legge 7.232 del 1984, ha riservato il mercato interno dei computer alle aziende a capitale brasiliano per otto anni^[24]. Quando la riserva è terminata nel 1992 e il mercato si è aperto alle importazioni, molte delle aziende protette non hanno potuto competere con i produttori stranieri e hanno chiuso o sono state acquistate, spesso da multinazionali^[24]. Gli stabilimenti di semiconduttori di Transit, Philco e SID avevano già chiuso nel 1981, 1984 e 1997^[25].

La produzione di chip in Brasile oggi si concentra sul packaging, la fase finale in cui i chip finiti vengono tagliati dal wafer di silicio, il disco sottile su cui molti chip vengono realizzati insieme, e sigillati in custodie protettive. Cinque gruppi di packaging operano nel paese, principalmente per i chip di memoria usati in computer e telefoni^[25]. Uno studio del 2015 della banca nazionale di sviluppo, la BNDES, descriveva il Brasile come una delle poche grandi economie senza fabbricazione locale di chip e registrava un deficit commerciale dei semiconduttori, l'importo di cui le importazioni superano le esportazioni, cresciuto da meno di 500 milioni di dollari USA nel 1992 a circa 5 miliardi di dollari USA all'anno nel 2013 e 2014^[26].

SIX Semicondutores, in seguito rinominata Unitec, fu il più grande tentativo privato di una fabbrica di chip. Era situata a Ribeirão das Neves, Minas Gerais, e fu concepita nel 2005 con Eike Batista tra i suoi fondatori. Ricevette circa 1,2 miliardi di R$ dalla BNDES, dalla banca di sviluppo del Minas Gerais (BDMG) e da partner privati, e IBM deteneva il 18,8% della società e forniva la sua tecnologia^[27]. Le banche pubbliche sospesero il credito nel 2015, il calo del valore del real aumentò il costo delle attrezzature importate, e IBM se ne andò nel 2019 dopo aver venduto la propria attività di produzione di chip^[27]. Lo stabilimento non produsse mai un chip commerciale. Entrò in amministrazione controllata, una ristrutturazione dei suoi debiti supervisionata dal tribunale, con debiti di circa 600 milioni di R$^[27].

Il programma CI-Brasil, creato nel 2005, formò più di 1.000 progettisti di chip in tre centri prima che il suo finanziamento si esaurisse nel 2019^[25]. Il programma nazionale di microelettronica del 2002 crebbe fino a 20 aziende di progettazione, e 7 di esse rimasero nel 2023^[25]. Nel gennaio 2021, il presidente Jair Bolsonaro emanò due veti che rimossero articoli della Legge Complementare 177. Un articolo vietava il blocco di denaro nel FNDCT, il fondo nazionale per la scienza, e l'altro trasferiva i fondi inutilizzati del 2020 al 2021, lasciando 4,2 miliardi di R$ del fondo bloccati^[28].

CEITEC ha quasi chiuso. Il Decreto 10.578 del 16 dicembre 2020 ha autorizzato il suo scioglimento, su raccomandazione del consiglio del Programma di partenariato per gli investimenti^[17]. Il governo ha dato tre motivi: trasferimenti federali di almeno 50 milioni di R$ all'anno per coprire i deficit operativi, perdite da 23,9 milioni a 49,6 milioni di R$ all'anno tra il 2015 e il 2017, e nessun acquirente^[17,23]. La Corte federale dei conti (TCU) ha sospeso il processo il 1º settembre 2021, dopo aver riscontrato debolezze insormontabili nella giustificazione, tra cui il fatto che ignorava la perdita di investimenti pubblici e di conoscenze accumulate^[18]. Il Decreto 11.768 del 6 novembre 2023 ha annullato lo scioglimento^[19]. Nel dicembre 2024 il MCTI ha approvato 220 milioni di R$ dal fondo nazionale per la scienza (FNDCT) per convertire la fabbrica a chip di potenza in carburo di silicio, che sono usati negli inverter solari e nei veicoli elettrici^[20]. Il bilancio federale del 2025 ha assegnato a CEITEC 60 milioni di R$, e il suo presidente, Augusto Gadelha, ha detto che la conversione richiedeva diverse centinaia di milioni e sarebbe stata ritardata^[29]. Nel maggio 2026 il MCTI ha mediato una partnership tra CEITEC e Global Power Technology, un'azienda cinese, per quella produzione^[21].

Nell'ottobre 2026 l'Istituto Eldorado di Campinas ha avviato un progetto nazionale per progettare un processore di intelligenza artificiale sull'architettura RISC-V. L'Università Statale di Campinas (Unicamp) lo guida insieme a loro, e il Centro di Tecnologia dell'Informazione Renato Archer si è unito^[30]. Il Ministero della Scienza, della Tecnologia e dell'Innovazione ha impegnato 50 milioni di reais per il primo anno tramite FNDCT, BNDES e FINEP, e altri 75 milioni circa sono previsti per le fasi successive^[30]. Il progetto è un acceleratore matriciale: diversi chip combinati su un'unica scheda che eseguono l'aritmetica richiesta dai modelli di IA. È mirato a carichi di lavoro specializzati come la generazione di immagini anziché all'addestramento di modelli linguistici generali^[30].

Il progetto prosegue la linea di lavoro descritta in questo articolo. BlueMacaw ha dimostrato che un consorzio brasiliano può portare un set di istruzioni aperto fino al silicio funzionante, e l'acceleratore applica la stessa apertura al calcolo ad alte prestazioni. Il motivo è economico: il Brasile importa circa 8 miliardi di dollari di semiconduttori ogni anno, e un acceleratore nazionale mantiene parte di quella spesa all'interno del paese. Il lavoro fa parte del Piano Brasiliano per l'Intelligenza Artificiale, lo stesso programma dietro il supercomputer nazionale^[33].

Un chip ha bisogno di più dei metalli sulla mappa qui sopra. Gli stabilimenti di fabbricazione funzionano anche a gas. L'elio raffredda i wafer durante la lavorazione, mantiene le camere libere da aria contaminante e individua perdite microscopiche, e il neon trasporta la luce dei laser che incidono i pattern nel silicio. Nell'ottobre 2026 il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha designato l'elio come materiale critico: la produzione di semiconduttori non può farne a meno, e l'approvvigionamento mondiale è concentrato in pochi paesi^[34]. Il pannello delle risorse naturali di questa pagina elenca i materiali e i gas che alimentano la produzione elettronica e indica ciò che questo paese estrae o produce sul proprio territorio.

I contrassegni mostrano la produzione, non i giacimenti. L'Ucraina detiene una delle maggiori risorse di litio in Europa e non ha iniziato a estrarlo, e il Brasile non produce affatto elio, quindi qualsiasi piano nazionale di fabbricazione eredita quell'importazione. Il neon è il caso più eclatante: prima del 2022 l'Ucraina forniva circa la metà del neon di grado semiconduttore mondiale, e l'invasione ha distrutto quella produzione^[35]. Metalli e gas insieme decidono fino a che punto un paese può costruire un'industria nazionale di chip, e nessun paese li possiede tutti.

La mappa di questa pagina visualizza set di dati pubblici. Le fonti principali sono elencate di seguito.