La crisis de los semiconductores es la consecuencia de una tormenta perfecta: por qué no es tan fácil resolverla simplemente fabricando más chips
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La crisis de los semiconductores es la consecuencia de una tormenta perfecta: por qué no es tan fácil resolverla simplemente fabricando más chips

El impacto de la crisis de los semiconductores está siendo demoledor. De hecho, tiene ramificaciones mucho más profundas de lo que los usuarios podemos intuir si nos limitamos a observar en qué medida nos afecta de forma directa. La escasez de chips ha provocado que conseguir una tarjeta gráfica o una consola de videojuegos de última hornada, entre otros dispositivos electrónicos, sea una auténtica proeza, pero esta solo es la punta del iceberg.

Y es que la electrónica de consumo no es en absoluto la única industria sobre la que ha recaído buena parte del peso de esta crisis. Las compañías de automoción, los fabricantes de electrodomésticos y cualquier otro sector industrial cuya producción dependa en mayor o menor medida de los semiconductores también se están viendo profundamente lastrados por la escasez de chips. De hecho, que compañías como Toyota o General Motors se hayan visto obligadas a reducir la producción de coches en algunas fábricas debido al déficit de estos componentes refleja con claridad el reto al que nos enfrentamos.

Si queremos entender cómo hemos llegado a esta situación, por qué es tan difícil resolverla y durante cuánto tiempo se va a prolongar, tenemos necesariamente que indagar en varios frentes. Al fin y al cabo las causas de esta crisis son múltiples, y atajarla con toda probabilidad requerirá trabajar en varias áreas en las que se verán involucrados numerosos actores, y no solo los fabricantes de semiconductores, como en un principio cabría prever.

Una crisis cocinada a fuego lento y gracias a la concurrencia de muchos ingredientes

El profundo déficit de circuitos integrados en el que llevamos sumidos más de un año comenzó a gestarse mucho antes de que esta crisis diese sus primeras señales de vida. Los usuarios podemos tener la sensación de que la razón por la que es tan difícil comprar algunos dispositivos sin caer en las garras de los especuladores es que se están fabricando menos chips, pero la realidad es mucho más compleja.

Esta declaración de Jorge Cui Liu, Smart Devices Product Manager de Huawei CBG Spain, refleja con claridad cuál es el germen de este desafío: «La escasez global de circuitos integrados es una realidad generada por la alta demanda de dispositivos del año pasado, y este año continúa. Nosotros estamos invirtiendo mucho en nuevas fábricas de la mano de Intel, que es uno de nuestros principales colaboradores, precisamente para intentar dar una respuesta a esta alta demanda».

«La escasez global de circuitos integrados es una realidad generada por la alta demanda de dispositivos del año pasado, y este año continúa», Jorge Cui Liu, Product Manager de Huawei CBG Spain

De las palabras de Jorge se desprende el factor que sin lugar a dudas ha desencadenado la crisis de los semiconductores: un acentuado desequilibrio entre la oferta y la demanda. Este planteamiento nos invita a analizar qué ha sucedido con ambos parámetros, por lo que os propongo que empecemos con el que nos queda más cerca a los usuarios: la demanda.

El día a día de buena parte de la población mundial se vio alterado de forma súbita en marzo de 2020. La transmisión comunitaria del virus SARS-CoV-2 arreciaba y muchos millones de personas de todo el planeta se vieron obligadas a pasar mucho más tiempo en casa para protegerse de este agente infeccioso. Todos lo tenemos muy presente debido a que, aunque afortunadamente la situación ha mejorado, aún no hemos superado la pandemia.

Fabricacionchips
La fabricación de semiconductores de alta integración requiere la utilización de equipos fotolitográficos muy avanzados que solo pueden ser operados y supervisados por personal técnico altamente cualificado.

Ante las personas más afortunadas se presentó la oportunidad de dar cierta normalidad a su rutina cotidiana trabajando y estudiando desde casa, pero a muchas de ellas este punto de inflexión les exigió invertir en nuevo equipamiento tecnológico. El mercado del PC refleja con una claridad abrumadora esta tendencia, por lo que podemos recurrir a él para ilustrar el impacto que tuvo el incremento de la demanda originado por la pandemia justo a partir de marzo del año pasado.

«Durante el segundo trimestre estamos experimentando un crecimiento muy fuerte. No puedo ofrecerte cifras desglosadas porque no las hacemos públicas por región, pero sí puedo decirte que en el mercado mundial durante el mes de abril crecimos un 40% frente al año anterior», me confesó en junio de 2020 Emmanuel Fromont, vicepresidente corporativo de Acer y presidente de Acer EMEA. En aquel momento los estudios de mercado ya empezaban a evidenciar que la demanda de ordenadores y otros dispositivos electrónicos se estaba disparando. Y un año después esta tendencia no ha cambiado un ápice.

Durante el primer trimestre de 2021 el mercado global del PC ha crecido un 55%

Según la consultora IDC durante el primer trimestre de 2021 el mercado global del PC ha crecido un 55% si lo comparamos con el mismo periodo del año anterior. Es una auténtica bestialidad. Por supuesto, hay vida más allá de los ordenadores, por lo que podemos prestar atención a otro de los dispositivos más esquivos para los usuarios durante los últimos meses: las tarjetas gráficas.

La demanda de este componente se ha visto desbordada por el auge de la minería de criptodivisas, que se ha nutrido tanto de hardware dedicado, como los chips ASIC, que son circuitos integrados diseñados específicamente para minar, como de tarjetas gráficas. Las GPU son menos eficientes en este escenario de uso que los chips ASIC, pero muchos mineros no han dudado en aprovisionarse de tarjetas gráficas para resolver sus propias necesidades, desencadenando una escasez que ha dado al traste con la ilusión de muchos jugadores que habían decidido renovar la tarjeta gráfica de su PC.

Afortunadamente, los fabricantes de tarjetas gráficas ya han comenzado a tomar cartas en el asunto. NVIDIA en particular ha optado por reducir la tasa de hash de las tarjetas gráficas GeForce RTX 3080, 3070 y 3060 Ti que están siendo fabricadas actualmente para hacerlas mucho menos atractivas para los mineros de criptodivisas. No obstante, en la receta del incremento de la demanda de los semiconductores hay otro ingrediente que no podemos pasar por alto.

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Actualmente la compañía taiwanesa TSMC lidera la producción mundial de semiconductores de alta integración. Ya ha confirmado que en 2022 iniciará la producción masiva de chips utilizando su nodo de 3 nm.

Y es que el despliegue de las nuevas tecnologías que requieren circuitos integrados avanzados, como son la implantación de las redes 5G o la puesta en marcha de nuevos centros de datos concebidos para soportar los servicios en la nube, entre otras opciones, también ha tenido un impacto muy profundo en el incremento de la demanda de chips de alta integración. Y su producción es compleja, como me explicó recientemente Jesús Sánchez Paniagua, Director de Consumo para el Suroeste de Europa de Intel:

«Hay una diferencia muy importante entre la fabricación de semiconductores para procesadores de altas prestaciones o para otras industrias», Jesús Sánchez, Director de Consumo de Intel

«El mercado de los semiconductores está viviendo una explosión enorme que afecta a múltiples sectores, pero hay una diferencia muy importante entre la fabricación de semiconductores para procesadores de altas prestaciones o para otras industrias. Los circuitos integrados que hacen falta para muchas de estas industrias imponen requisitos de fabricación menos exigentes que los necesarios para los dispositivos de alta integración, como son los microprocesadores para ordenadores», sentenció Jesús durante nuestra conversación.

La declaración de este ejecutivo de Intel nos invita a indagar en las razones por las que la industria de los semiconductores no está siendo capaz de asumir el incremento de la demanda de estos componentes. Y la primera de ellas viene de lejos. Durante los últimos años tan solo cuatro compañías han demostrado ser capaces de fabricar circuitos integrados utilizando nodos tecnológicos muy avanzados: TSMC, Samsung, Intel y GlobalFoundries. Y estas dos últimas se han quedado relativamente rezagadas.

Que la producción de los circuitos integrados más sofisticados esté en manos de solo unas pocas compañías es un problema porque, como estamos viendo, si la demanda se incrementa sensiblemente es muy difícil que sean capaces de satisfacerla. En este contexto TSMC ejerce un rol absolutamente protagonista porque en su cartera de clientes se codean compañías con la envergadura de Apple, NVIDIA, AMD o Qualcomm, entre muchas otras. Y todas ellas recurren a este fabricante taiwanés de semiconductores porque actualmente tiene los nodos tecnológicos más avanzados (ya ha anunciado que en 2022 iniciará la producción masiva de chips con fotolitografía de 3 nm).

Además, para rizar el rizo, el conflicto que mantienen Estados Unidos y China desde 2018 ha infligido sanciones de índole comercial al gigante asiático y ha desencadenado un cruce de aranceles y bloqueos entre ambos países. No obstante, claramente el más perjudicado ha sido China debido a que algunos de sus fabricantes de chips utilizan tecnologías de origen estadounidense, lo que ha provocado que su capacidad de producción de circuitos integrados se resienta, ahondando aún más en la crisis. El veto a Huawei del que tanto hemos hablado durante los últimos años es la prueba más flagrante de este conflicto.

El modelo de producción de los fabricantes de semiconductores no se lo pone fácil

El contexto de altísima demanda de circuitos integrados actual ha puesto contra las cuerdas a todos los fabricantes de semiconductores, y especialmente a aquellos que producen para otras compañías, como TSMC o Samsung. Desde fuera podríamos pensar con ligereza que lo que tienen que hacer es fabricar más, multiplicando los turnos o tomando cualquier otra medida que les permita producir más chips. Pero no es en absoluto tan sencillo.

Los procesos fotolitográficos más avanzados no se pueden acelerar a demanda debido a que involucran procedimientos extremadamente complejos

La capacidad de producción de estas compañías ya rozaba el límite antes de que comenzase la crisis, por lo que ir más allá representa un auténtico desafío. El equipamiento tecnológico que es necesario utilizar para producir circuitos integrados, especialmente si se trata de los chips de alta integración de los que nos hablaba Jesús Sánchez, de Intel, más arriba, es muy sofisticado. Y los procesos fotolitográficos más avanzados no se pueden acelerar a demanda debido a que involucran procedimientos extremadamente complejos que se llevan a cabo en unas instalaciones que deben cumplir unos requisitos muy exigentes.

Aun así, dadas las circunstancias los principales fabricantes de semiconductores han confesado que están haciendo todo lo que está en su mano para incrementar la producción dentro del moderado margen de maniobra que tienen. La estrategia que está utilizando GlobalFoundries ilustra a las mil maravillas lo complejo que es este panorama. Y es que esta compañía ha pedido a sus ingenieros que implementen cualquier estrategia que les permita incrementar la producción, aunque sea mínimamente.

Lo que ha trascendido es que dos de las medidas que han introducido en la cadena de producción consisten en diferir algunas tareas de mantenimiento de los equipos y en acelerar el desplazamiento de las obleas a través de las líneas de fabricación. La ganancia es reducida, pero dadas las circunstancias es mejor esto que nada. Aunque esta estrategia se circunscribe a las fábricas que GlobalFoundries tiene en Estados Unidos, Alemania y Singapur, no cabe duda de que los demás fabricantes de semiconductores están ejecutando una política similar.

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Los fabricantes de circuitos integrados están priorizando la producción de aquellos chips que les proporcionan más beneficios, que habitualmente son los más avanzados debido a que tienen un precio de comercialización más alto.

Pero esto no es todo. Como cabía prever, este contexto ha provocado que los fabricantes de circuitos integrados prioricen la producción de aquellos chips que les proporcionan más beneficios, que habitualmente son los más avanzados debido a que tienen un precio de comercialización más alto. Y esta filosofía ha tenido un impacto negativo en la producción de los circuitos integrados que se fabrican en los nodos tecnológicos veteranos, que habitualmente alimentan a industrias tan demandantes como lo son la de la automoción o los electrodomésticos, entre otras.

Precisamente esta es la estrategia que ha provocado, como he mencionado en los primeros párrafos de este artículo, que Toyota y General Motors, y probablemente muchas más marcas, se hayan visto obligadas a reducir la producción en algunas de sus fábricas. Y ha tenido consecuencias. Los fabricantes de coches se han quejado a sus gobiernos, y el peso que esta actividad industrial tiene en la economía global ha provocado que Estados Unidos, Alemania y Japón, que son los tres países que más coches fabrican, presionen a los fabricantes de semiconductores asiáticos, y especialmente a TSMC y Samsung, para que den prioridad a la producción de los chips que requiere la industria del automóvil.

A Mark Liu, el presidente ejecutivo de TSMC, no le ha quedado más remedio que saltar a la palestra: «Nos hemos visto obligados a renegociar nuestro acuerdo con algunos de nuestros clientes a instancia de los gobiernos, que nos han solicitado que demos prioridad a la fabricación de los chips que utilizan los automóviles debido a que son importantes para la economía global», asegura el máximo responsable de la compañía de fabricación de semiconductores más importante del planeta.

La presión a la que se están viendo sometidos los fabricantes de circuitos integrados está propiciando la competencia entre las distintas industrias a las que dan servicio

La presión a la que se están viendo sometidos los fabricantes de circuitos integrados está propiciando la competencia entre las distintas industrias a las que dan servicio debido a que todas ellas reclaman más atención por su parte. Algunos de los damnificados por la presión de la industria del automóvil son los fabricantes de smartphones y ordenadores, lo que coloca a los productores de semiconductores en la tesitura de establecer unas cuotas de fabricación que dejen a todos sus clientes satisfechos, algo que a tenor de las circunstancias parece muy difícil cumplir.

La papeleta que tienen delante es tan difícil de resolver que algunos fabricantes de semiconductores han confirmado que han tenido que empezar a auditar los pedidos de sus clientes para evitar que algunos de ellos acaparen la producción. Y es que, al parecer, han detectado que hay empresas que están pidiendo chips por encima de sus necesidades reales con el propósito de aprovisionarse para un medio plazo en el que nada parece indicar que esta crisis vaya a apaciguarse.

Poner en marcha una nueva fábrica de semiconductores es lento y muy caro

Todo lo que hemos visto hasta ahora nos coloca delante de una realidad inapelable: necesitamos más fábricas de semiconductores. Si las que tenemos no son capaces de asumir la demanda actual debido a que, pese a sus esfuerzos, solo han conseguido incrementar la producción marginalmente, es evidente que es imprescindible poner a punto más. El problema es que hacerlo requiere invertir mucho tiempo y mucho dinero.

«Una fábrica de chips de vanguardia tarda no menos de cuatro años en estar plenamente operativa», Ignacio Mártil, catedrático de Electrónica en la Universidad Complutense de Madrid

Según Ignacio Mártil de la Plaza, catedrático de Electrónica en la Universidad Complutense de Madrid y un consumado experto en semiconductores y energía solar fotovoltaica, «una fábrica de chips de vanguardia tarda no menos de cuatro años en estar plenamente operativa». Esta bofetada de realidad refleja con contundencia que no tenemos margen para resolver esta crisis a corto plazo. Al menos si nos ceñimos a la producción de los chips de alta integración que requieren, entre otras, las industrias de las telecomunicaciones, la informática profesional y personal, y los teléfonos móviles.

Además, la inversión que es necesario afrontar es enorme debido a que las instalaciones deben satisfacer unos requisitos muy exigentes. Las salas limpias en las que se fabrican los semiconductores deben incorporar unos sistemas de filtrado del aire capaces de retener partículas en suspensión realmente ínfimas con el propósito de minimizar el nivel de contaminación y no dañar los chips. Y los equipos fotolitográficos que se utilizan para producirlos a partir de las obleas de silicio son muy sofisticados y caros.

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Intel invertirá 20 000 millones de dólares en la puesta a punto de dos nuevas fábricas en su campus de Ocotillo, en Arizona (Estados Unidos).

A finales del pasado mes de marzo Pat Gelsinger, el nuevo director general de Intel, anunció que la compañía que dirige invertirá aproximadamente 20 000 millones de dólares para poner a punto dos nuevas fábricas en su campus de la localidad de Ocotillo, en Arizona (Estados Unidos). Y probablemente el coste derivado de la puesta a punto de estas instalaciones será aún mayor debido a que es posible que esta cifra no recoja la subvención que con toda seguridad Intel recibirá del estado para sufragar una parte de la inversión.

Es evidente que a corto plazo no se van a sumar más fábricas al plantel existente, a menos que lleven proyectadas ya varios años y su construcción haya comenzado antes de la crisis. No obstante, esto no ha impedido a los países más industrializados del planeta comenzar a orquestar una estrategia para limitar su dependencia de la producción de circuitos integrados más allá de sus fronteras. Estados Unidos, China y la Unión Europea han manifestado abiertamente su intención de poner en marcha nuevas fábricas de semiconductores con el propósito de incrementar su capacidad de producción de chips.

Crisissemiconductores
La Unión Europea planea invertir 800 millones de euros para atraer al viejo continente a TSMC, Samsung o Intel y cofinanciar la construcción de una fábrica de semiconductores de vanguardia.

Thierry Breton, el exministro francés de economía y actual comisionado de mercados internos, ha asegurado que la Unión Europea planea invertir 800 millones de euros para atraer al viejo continente a TSMC, Samsung o Intel y cofinanciar la construcción de una fábrica de semiconductores de vanguardia. Esta declaración está alineada con la confirmación por parte de Intel y Apple de que ambas quieren reforzar su posición en Europa poniendo en marcha nuevas fábricas de semiconductores equipadas con nodos tecnológicos muy avanzados.

En cualquier caso, con estas fábricas no podemos contar a corto plazo, por lo que no pueden participar en la disolución de la crisis actual. Pat Gelsinger, el director general de Intel, vaticinó a finales del pasado mes de abril que la enorme inversión que es necesario realizar para poner en marcha nuevas fábricas de circuitos integrados y el tiempo que es preciso invertir en este proceso provocarán que el déficit de chips se prolongue durante dos años más, por lo que parece poco probable que el desequilibrio entre la oferta y la demanda que nos ha colocado en esta situación expire antes de 2023. Toca armarse de paciencia. Y esperar.

Imagen edificio de TSMC | Peellden

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