8 de septiembre de 2022

Episodio 5

La carrera de los chips

Ignacio Martil de la Plaza, catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid

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Este texto es una transcripción, resumida y editada, del episodio 5 del podcast «Descifrando China», titulado «La carrera de los chips». Hablamos sobre China y la autosuficiencia en microchips, una de sus principales líneas estratégicas en política tecnológica. Con Ignacio Martil de la Plaza, catedrático de Electrónica en la Universidad Complutense.

Chips y semiconductores

Ignacio Martil de la Plaza

Pregunta: Querría comenzar con unas preguntas generales, para situar las coordenadas de la conversación. ¿Qué es un semiconductor? ¿Es lo mismo que un microchip? ¿Por qué llevamos dos años escuchando hablar de estos términos en las noticias de manera constante, cuando hasta hace no tanto no sonaban a nadie fuera de la industria de la microelectrónica?

Ignacio: Semiconductor y microchip no son lo mismo. Un semiconductor es un tipo de material cuyas propiedades de conducción de la corriente eléctrica se pueden modificar en varios órdenes de magnitud. Nosotros, con un semiconductor, podemos, mediante técnicas muy maduras, modificar sus propiedades para que conduzca, casi como un metal, o no conduzca, casi como lo haría un aislante. Mientras que un metal y un aislante conducen siempre igual, de bien o mal, un semiconductor podemos hacer que cambie su conducción.

La forma de conducir la corriente es por electrones, pero hay otra peculiaridad: en un semiconductor la corriente se puede transportar por medio de las ausencias de electrones, lo que se llama los huecos. Gracias a todo esto, con los semiconductores podemos fabricar transistores, que son dispositivos que o bien amplifican o conmutan. Un chip es una pastilla de semiconductor en la que hemos integrado cientos, miles o millones de estos transistores. Un chip permite que funcionen todos los dispositivos que utilizamos a diario. Los llevamos todo el día encima.

¿Por qué los escuchamos a cada rato? Hay muchas razones, pero la esencial es que, cuando nos encerramos en casa, la demanda de productos para trabajo, ocio y estudio en casa se disparó. Todos esos equipos funcionan con chips de alta tecnología, que se empezaron a pedir a sus fabricantes. Eso motivó, entre otras cosas, que hubiera tantos titulares.  

China y la autosuficiencia

Pregunta: La autosuficiencia en microchips es una de las grandes líneas estratégicas de Pekín en su política tecnológica. Intentando resumir un poco: ¿en qué punto se encuentra China en la creación de una industria nacional del microchip que pueda competir a nivel global?

Ignacio: Para responder esta pregunta, hay que describir cómo funciona la industria. Hay tres grandes tipos de fabricantes: IDM (Integrated Device Manufacturers), que controlan casi toda la cadena de valor, como Intel. Luego están los fabless, que son los diseñadores de los chips; y por último están los foundries, que hacen justo lo opuesto, producen pero no diseñan.

En el caso de China Continental: los IDM son su pata más débil. China Continental no tiene fabricantes integrales significativos, tiene alguno pero es marginal. En cuanto a fabless, tiene uno potentísimo que es HiSilicon, con el 25% del mercado doméstico chino. No suena mucho, pero lo cierto es que es el que diseña para Huawei. Esta empresa recibió sanciones por la administración Trump con motivo de la extensión de las redes 5G, porque parecía que esto podía facilitar el espionaje. Estas sanciones no las ha levantado la administración Biden. Esto hizo que Huawei pasara de ser el primer fabricante de teléfonos móviles del mundo a prácticamente desaparecer. En este momento, Huawei está en una situación crítica, y HiSilicon también. ¿Qué va a pasar con esto? En un país democrático, seguramente caería. En China Continental, no sé lo que va a ocurrir.

Y luego vienen los foundries, que son el brazo fuerte de la fabricación en China Continental. Para que nos hagamos una idea, entre los diez principales foundries del mundo, cuatro son de China Continental. Uno en concreto, SMIC, tiene como clientes a fabricantes de Estados Unidos como Qualcomm, Broadcom o Texas Industries. Esto también ilustra lo enmarañada que está esta industria: dos potencias que están compitiendo son dependientes. SMIC fabrica productos suministrado por fabless de Estados Unidos.

Y hay que mencionar a Taiwán. En este sector de los foundries, la primera del mundo es taiwanesa: TSMC. Y la tercera, UMC, también es de Taiwán.

Los foundries, que son el brazo fuerte de China Continental, cubren hoy día el 17% del mercado mundial. Es un dato espectacular si se piensa que en 2015 era el 10%. Hoy en día en China están en construcción 28 fábricas de chips, y pretenden cubrir el 25% del mercado mundial en 2030. No tengo la menor duda de que lo van a conseguir.

Los chips de última generación

Pregunta: A grandes rasgos, se puede decir que, en estos momentos, hay dos fabricantes que están a la cabeza de la innovación en microchips; dos empresas que son capaces de poner en el mercado los microchips más potentes: la taiwanesa TSMC y la surcoreana Samsung. Algo por detrás, aunque pisándoles los talones, estaría la estadounidense Intel. ¿Cuáles son las principales razones para que China continental sea, actualmente, incapaz de manufacturar microchips de última generación? ¿Crees que podrá sobreponerse a estos obstáculos a medio plazo?

Ignacio: La explicación viene, a grandes rasgos, porque en el proceso de fabricación de los chips hay un proceso crítico conocido como litografía. Esta tecnología traslada el patrón geométrico de los transistores al semiconductor. En los chips de más avanzada tecnología, los nodos de 5 nanómetros y 3 nanómetros, los tamaños de esos motivos geométricos son tremendamente pequeños.

Para trasladar estos motivos tan pequeños, hace falta una tecnología conocida como litografía de ultravioleta extremo. Esa tecnología es tan compleja que estuvo desarrollándose por uno de los grandes fabricantes de estos equipos durante más de 20 años, con una inversión de más de 10 mil millones de euros.

A día de hoy, sólo hay un fabricante en el mundo capaz de colocar estos escáneres en el mercado: ASML. Esta empresa holandesa surgió desgajando la división de semiconductores de Philips. Los otros dos grandes fabricantes de estas máquinas, Canon y Nikon, se retiraron de esta carrera porque las inversiones no eran rentables.

ASML tiene vetado vender estos equipos a los foundries chinos, siguiendo la política global de sanciones de la Administración Trump. ¿Tiene posibilidades la industria de China Continental de superar estos déficits? No veo cómo, sinceramente. Si no son capaces de tener máquinas de litografía de ultravioleta extremo, no podrán fabricar los chips más avanzados.

El mayor foundry de China Continental, SMIC, fabrica entre 350 y 14 nanómetros. Los chips avanzados están por debajo de 10 nanómetros. Hace poco surgió la noticia de que estaban fabricando chips en 7 nanómetros: tendría que ver eso y qué significan 7 nanómetros en SMIC. A no ser que estas restricciones se levanten, lo veo complicado. Pero hoy por hoy no parece que se vayan a levantar.

El riesgo de desacoplamiento

Pregunta: ¿Crees que estas tensiones, estas trabas que Estados Unidos pone al acceso de China continental a determinados componentes críticos, puede desembocar en un desacoplamiento en la industria, con cadenas separadas para China y Estados Unidos?

Ignacio: Lo veo imposible a día de hoy. Para responder, lo ilustro con un ejemplo: el recorrido que lleva una pieza de silicio, que es con el que se fabrican los chips modernos, desde la pieza hasta el chip, implica que habrá al menos 4 países involucrados. Hará no menos de 3 viajes alrededor del mundo y recorrerá unos 40.000 kilómetros a lo largo de 100 días. El chip que TSMC le vende a Apple para el iPhone habrá hecho este recorrido desde que la oblea de semiconductor se fabricó, probablemente en Japón; hasta que TSMC se lo da a Apple para que lo mande a un ensamblador en India, que lo montará en el teléfono.

¿Es factible que China Continental haga el recorrido inverso y decida tener toda la cadena de valor en su país? Lo veo difícil. Es más: tenemos ejemplos de que eso fue la causa de la ruina de muchas industrias. Por ejemplo, en los 80 y los 90 Japón era el país hegemónico. Los japoneses eran fabricantes integrales. Cuando la industria empezó a diversificarse por los costes de mantenimiento y actualización de las fábricas, Japón no siguió esa estela y sus industrias se fueron a pique. ¿Es pensable que China haga lo que hizo Japón en los ochenta? Lo veo difícil.

Taiwán y el caso de TSMC

Pregunta: ¿Cómo ha logrado TSMC alcanzar la posición de liderazgo que disfruta hoy? ¿Hace negocios TSMC al otro lado del Estrecho de Taiwán?

Ignacio: TSMC es un caso singularísimo. Se fundó en 1987 como una amalgama de industria público-privada. A partir de un instituto público de Taiwán, que a través de la experiencia de muchos científicos taiwaneses con experiencia en Estados Unidos, retornaron a Taiwán y fundaron TSMC. Se fundó y fue la primera empresa que usó el sistema de foundries. Fue el primer foundry del mundo: solo fabrica sin diseñar. Y es quien desencadena lo que existe a día de hoy.

¿A qué se debe su éxito? Muchas razones. El prestigio social que tiene trabajar en TSMC en Taiwán es incomparable. No hay ninguna industria en el planeta que tenga el apoyo que tiene TSMC en Taiwán. Es la prioridad absoluta de Taiwán para todo. Cerca del 10% de la energía que consume Taiwán la consume TSMC. Estableció un modelo en el que no compite con sus clientes. Uno jamás verá en un chip el logo de TSMC. Fabrican, por ejemplo, chips para Tesla. Pero allí no figura su logo: no quieren competir con sus clientes. Esto les da una posición hegemónica indiscutible.

Y por otra parte, son los únicos, junto con Samsung, que han llevado hasta sus últimas fases comerciales la litografía de desarrollo extremo. Son, y a medias Intel, los únicos fabricantes capaces de colocar en el mercado los chips de vanguardia. No hay ningún otro fabricante que coloque esos chips. En esa carrera se han ido descolgando muchos fabricantes. En 2003, había 14 fabricantes que colocaban lo que entonces eran chips de vanguardia. Hoy hay dos y medio.

¿Qué significa esto? Que la posición de TSMC es hegemónica. El 65% de los chips de vanguardia que se colocan en el mundo los fabrica TSMC. Realmente, es una posición muy difícil de superar.

¿Tiene clientes en China Continental? Claro. Huawei fue su principal cliente hasta que llegaron las sanciones de la Administración Trump. China compite en el plano geoestratégico porque reivindica que Taiwán es parte de su territorio mientras que su industria clave, y la que más desea, ha sido el principal suministrador de chips de sus fabricantes. Ahora no tanto, por las sanciones. Tiene clientes en todo el mundo: todos los grandes nombres de la industria.

¿Vuelta a la normalidad?

Pregunta: Y volviendo al ámbito general, para concluir la conversación. Ahora que parece que vamos dejando atrás la pandemia, al menos en gran parte del mundo, y que las cadenas globales de suministro están recuperando cierta apariencia de normalidad, ¿Qué pronóstico haces a medio plazo sobre el suministro mundial de microchips? ¿Superaremos esta era de desajustes entre oferta y demanda?

Respuesta: Viendo lo que veo, todo parece indicar que esa escasez, ese bloqueo de la cadena de suministro de chips está en trance de resolverse. Por una razón no muy halagüeña: todo indica que el mundo está camino de una recesión o un parón económico. La industria de los chips es muy cíclica: depende de los ciclos económicos. Si hay un ciclo boyante, no da abasto. Si hay un ciclo depresivo, no tienen a quien colocar los chips.

Una fábrica de chips cuesta muchísimo. Solo es rentable si funciona 24/7. Si esto no ocurre, esa fábrica pierde dinero. Mantener al día la fábrica es carísimo. La única forma de sacarle rentabilidad es que puedan venderlo todo. Cuando hay una demanda descomunal, ganan a espuertas. Si se frena, pierden también a espuertas. En volumen de ventas, los dos grandes sectores que alimentan los microchips son las telecomunicaciones y el automóvil. Cuando hay un momento creciente, todo el mundo quiere un móvil y un coche. Cuando hay una recesión, ya lo vemos. ¿Qué repercusión tiene esto? Si hace un año, las fábricas de chips no daban abasto, hoy en día la demanda ha caído.

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