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La guerra de los chips y por qué debe interesarnos

Nuestro país ya tiene un pie metido en la cadena de valor de la producción mundial de circuitos integrados

El 75 % de los chips son producidos en Asia, y el mayor exportador e importador es China. En vista de la importancia estratégica de este componente, una disrupción en la cadena de valor originaría un serio problema económico tanto para la industria de productos de consumo masivo como para la fabricación de equipo militar.

Esa es la razón por la cual los países desarrollados consideran que la producción de chips es un asunto de seguridad nacional y ello convierte a estas compañías en peones del ajedrez geopolítico.

Algunas naciones han adoptado medidas de proteccionismo industrial, como prohibir la importación y exportación de tecnología. Por ejemplo, como parte de la guerra comercial con China, iniciada en el 2018, EE. UU. presionó a la taiwanesa TSMC para que no fabrique chips a ninguna compañía china y la construcción de una nueva planta de TSMC en Arizona es una concesión de esta última al gobierno estadounidense, que quiere sus chips en un lugar seguro.

EE. UU. presionó a ASML de Holanda para que no venda equipo para la fabricación de chips de última generación a ninguna compañía china, como SMIC y Huawei. ASML tiene el 90 % del mercado de este tipo de equipos, lo que la hace de facto un monopolio y le concede importancia estratégica mundial.

La Unión Europea se encontró de repente en medio de esta guerra comercial y decidió invertir $166.000 millones en los próximos tres años para duplicar la producción de chips y así independizarse de ambos gigantes.

A corto plazo existirán varios grandes polos de producción: EE. UU., China y la Unión Europea, sin menospreciar la significación de Taiwán y Corea del Sur.

La geopolítica interrumpió el funcionamiento armónico de las cadenas globales de valor construidas durante décadas, lo que ha causado escasez de chips, aumento en costos, creación de monopolios y la asfixia general de la innovación.

Esto nos afecta negativamente a quienes queremos adquirir el último teléfono celular o computadora con el mejor procesador posible y la mayor cantidad de memoria al menor precio, venga de donde venga.

Además, como país, queremos formar parte de las cadenas de valor de la fabricación de chips, indistintamente de la nacionalidad de las empresas que invierten en nuestro territorio.

Esta es una guerra que no nos conviene, y en la que tampoco queremos tomar partido.

Componentes esenciales. Los circuitos integrados o chips son el petróleo del siglo XXI. Se utilizan en todo tipo de aparatos: refrigeradoras, teléfonos celulares, aviones, automóviles.

La sociedad moderna no puede funcionar sin chips. Son un componente estratégico para un sinnúmero de industrias, entre estas, la informática, aeronáutica, automovilística y de telecomunicaciones.

Existen diferentes tipos de circuitos integrados para distintos propósitos, y los microprocesadores son uno de ellos. Los microprocesadores son las unidades lógicas o cerebros de todo aparato electrónico moderno, pues procesan (ejecutan) las instrucciones (software) escritas en lenguaje máquina (binario) que cada microprocesador entiende.

Los chips se construyen utilizando componentes pequeños llamados transistores, un dispositivo semiconductor de electricidad que actúa como una compuerta. Son fabricados principalmente de silicio, elemento químico que se obtiene al refinar el dióxido de silicio, un tipo de arena muy abundante y barata.

Es un material semiconductor, pues se comporta a la vez como conductor o aislante de electricidad, dependiendo del campo eléctrico o magnético al que se le exponga.

Los transistores se usan para representar números binarios: un 0 (voltaje bajo) o un 1 (voltaje alto). Tienen tres conectores: una entrada, una salida y una tercera que funciona como controlador de compuerta: si el transistor está abierto (no se estimula eléctricamente) la corriente eléctrica no pasa de la entrada hacia la salida, lo que representa el número binario 0, pero si el circuito está cerrado la corriente eléctrica pasa, lo que representa el número binario 1. Por eso, las computadoras trabajan con números binarios, porque están construidas con transistores.

El transistor es una de las invenciones más sobresalientes del siglo XX. Ningún aparato electrónico existiría sin ellos. Su uso a gran escala permite la miniaturización de los componentes electrónicos, el ahorro de electricidad, la disminución de calor y el aumento de la velocidad de procesamiento.

El circuito integrado. Un circuito integrado o chip es un conjunto de transistores ensamblados en un mismo componente. El primer chip, patentado en 1958, contenía 4 transistores. Los microprocesadores o CPU son un tipo de circuito integrado que contiene miles de millones de transistores.

En 1968, Gordon Moore enunció lo que se conoce como la ley de Moore: aproximadamente cada dos años se duplicará el número de transistores posibles de ensamblar en un mismo espacio, con el consecuente crecimiento exponencial de la capacidad computacional. Hasta la fecha la ley de Moore ha mostrado ser cierta y los circuitos integrados son ahora exponencialmente más poderosos que hace cinco décadas.

El proceso de fabricación de chips es enormemente complejo, tecnológicamente sofisticado, extremadamente intensivo en capital y mano de obra y vertiginosamente cambiante. El de los microprocesadores tiene cuatro fases principales.

Comienza con el diseño del conjunto de instrucciones del microprocesador, esto es, el conjunto de comandos que el microprocesador es capaz de entender y ejecutar. Diferentes microprocesadores diseñados por distintas empresas pueden compartir un mismo conjunto de instrucciones, lo que los hace compatibles. Tal es el caso de los chips de Intel y AMD.

La segunda etapa consiste en tomar el conjunto de instrucciones seleccionado y diseñar los componentes del microprocesador. Un microprocesador contiene varios componentes, tales como la unidad de aritmética, la memoria caché, los registros, el controlador de ejecución de instrucciones y otras más.

El diseño es una actividad de muy alto conocimiento tecnológico y múltiples transnacionales lo hacen, entre las cuales están Intel, AMD, Qualcomm, Apple, Texas Instruments, Motorola, IBM (producirá cerca del 2024 chips de dos nanómetros), Samsung, Huawei, Nvidia y VIA Technologies. En la última década, Microsoft, Google y Amazon también han diseñado sus propios chips para sus centros de datos.

El tercer paso en la fabricación de un microprocesador consiste en «fundir» varias copias del diseño del chip en un waffer o disco de silicio mediante un proceso muy fino de litografía que impregna (fotocopia) el diseño del chip en el waffer utilizando un rayo de luz láser o ultravioleta.

Esto permite fundir chips de hasta 17.000 millones de transistores microscópicos de 5 nanómetros de tamaño, concentrados en un área de 2 a 3 centímetros cuadrados.

Las fundidoras o fabs son fábricas enormes, tecnológicamente complejas y muy costosas de construir. Se caracterizan por ser intensivas en capital y recurso humano altamente especializado, en las cuales las economías de escala son clave para la competitividad. Lo anterior origina altos costos de entrada y una concentración en un puñado de grandes empresas. Las principales son TSMC (Taiwán), Intel y Global Foundries (EE. UU.), Samsung (Corea del Sur) y SMIC (China).

TSMC es la más grande de todas, con un 51 % del mercado global. Qualcomm y Apple, y hasta hace poco Huawei, le contratan a TSMC la fundición de sus chips. Las fabs utilizan equipos ópticos de última tecnología, una sola unidad llega a pesar hasta 100 toneladas y cuesta unos $150 millones.

El cuarto y último paso consiste en tomar los chips quemados en los waffers para hacer el ensamble y prueba final. Esto es precisamente lo que la fábrica de Intel hacía, y volverá a hacer, en Costa Rica. Nuestro país tiene, por tanto, un pie metido en la cadena de valor de la producción mundial de chips.

marcelo.jenkins.coronas@gmail.com

El autor es profesor en la Universidad de Costa Rica.