Por qué se complica el avance del microchip
Hoy el mundo ya depende para casi todo de los semiconductores y los necesita cada vez más potentes. Pero los científicos están llegando a los límites de la física. Esto pone a la industria en un equilibrio muy delicado. La industria mundial de los chips de computación es sumamente interesante.
Al menos por dos razones. Primero porque la fabricación de chips se ha convertido en un proceso muy complicado que pone a los ingenieros más talentosos del mundo al límite de sus capacidades; ahora es tan difícil lograr avances que muy pocas empresas tienen los conocimientos y los recursos necesarios para poder competir en el mercado.
En segundo lugar, con una producción anual de US$ 600.000 millones, la producción está brutalmente concentrada. La mayor parte de los semiconductores del mundo se producen en la isla de Taiwán. Esto pone a la industria en un equilibrio muy delicado. La ubicuidad de estos chips en la vida moderna significa que la salud de la economía mundial depende de que se mantenga ese equilibrio.
Otra característica de la industria es la rapidez con que se ha desarrollado. Hace menos de una vida humana desde que la empresa estadounidense Bell Labs anunció la invención del primer transistor, en el que una corriente eléctrica se podía encender o apagar con tres piezas de silicio. Tuvo que pasar otra década para que los científicos descubrieran que varios transistores podían ensamblarse en la misma placa, con lo que se creaba un circuito integrado. Estos circuitos pronto se conocieron como “chips”, ya que cada uno de ellos se desprendía de una pieza mayor de silicio.
Desde entonces, los diseñadores siguen tratando de introducir cada vez más potencia en cada uno de ellos.
En 1975, un integrante de la primera generación de diseñadores de chips, Gordon Moore, dijo que el número de transistores de cada circuito integrado se duplicaría cada dos años. Lograr esa meta se convirtió en forma de medir el éxito la industria.
Empresas como Intel y Samsung invierten miles de millones de dólares en investigación y desarrollo para diseñar chips cada vez más potentes, mientras crecía la demanda por productos electrónicos cada vez más sofisticados.
Pero mantener el crecimiento exponencial que predijo Moore se torna difícil porque los ingenieros ya están cerca de los límites de las leyes de la física. Por ejemplo, uno de los elementos básicos de la tecnología ha sido la litografía, o la práctica de utilizar la luz para imprimir o eliminar material con el fin de dar forma al chip. A principios de los años 2000, los chips habían llegado a ser tan pequeños que hasta la luz ultravioleta era demasiado potente para conseguir la precisión necesaria.
Chris Miller explica en su libro “Chip War” que ASML –la empresa holandesa que está en la vanguardia de la litografía– empezó a explorar la posibilidad de utilizar luz ultravioleta extrema (EUV) a mediados de la década de 1980. La EUV tiene una longitud de onda casi 15 veces más estrecha que la UV normal.
El proceso es de una complejidad extrema. Generar la luz implica disparar con láser una bolita de estaño que se mueve a gran velocidad por el vacío y está muchas veces más caliente que la superficie del sol. Este proceso debe realizarse 50.000 veces por segundo para producir suficiente luz EUV para fabricar chips. Sólo cada uno de los láseres requiere casi medio millón de componentes, y cada máquina EUV cuesta 100 millones de dólares, lo que la convierte en “la máquina-herramienta de producción en serie más cara de la historia”.
El libro brinda una perspectiva clara sobre las implicancias geopolíticas de la fabricación de chips. Dado que la producción de chips se ha vuelto tan especializada y requiere equipos tan costosos, la única forma de ganar dinero es producir en grandes volúmenes. Y en este caso, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), ha monopolizado el mercado. TSMC produce cerca de 85% del volumen mundial de los chips más delgados y sofisticados.
El dominio de Taiwán en este terreno se debe a una visión política y empresarial. La primera perteneció al ex ministro de economía K.T. Li, quien entendió que alojar plantas de ensamblaje para empresas estadounidenses podía reducir el riesgo de agresión de China. Para sus socios estadounidenses, Taiwán suponía costos laborales bajos.
La primera planta de ensamblaje de chips, propiedad de Texas Instruments (TI), abrió en Taiwán en 1969. Otra fue dirigida por Morris Chang, ex ejecutivo de TI, a quien Li llevó a Taiwán en los años 80 para desarrollar su industria nacional de chips. En aquel momento, la mayoría de las principales empresas de chips diseñaban y fabricaban sus propios chips. Chang advirtió que esa posición iba a ser insostenible porque los transistores más pequeños iban a necesitar herramientas de fabricación mucho más caras.
El tiempo demostró que Li y Chang estaban en lo cierto. Como TSMC asume el costo de los equipos, ha podido crear una “gran alianza” de empresas que diseñan chips, fabrican componentes y venden IP, todas ellas dependientes de TSMC pero ninguna compitiendo en su negocio central.
