A tola carreira da produción de chips

2024/06/01 Leturia Azkarate, Igor - Informatikaria eta ikertzaileaElhuyar Hizkuntza eta Teknologia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Hardwarea
• Teknologia

Estamos rodeados de aparellos electrónicos como televisores, computadores ou teléfonos móbiles, e moitos outros teñen algún compoñente electrónico. Os circuítos electrónicos iniciais contiñan diodos, resistencias, condensador, transistores, etc. soldados nunha placa de circuíto impreso, como seguen sendo os circuítos electrónicos dalgúns dispositivos que cumpren funcións simples. Con todo, os máis utilizados na actualidade son os denominados chips ou circuítos integrados (circuítos electrónicos miniaturizados realizados nalgún material semiconductor, normalmente silicio) e, principalmente, os do tipo MOS, formados por unha chea de pequenos transistores tipo MOSFET. Existen diferentes tipos de chips ou circuítos integrados, talles como microprocesadores (principal compoñente e controlador dos computadores), memorias, microcontroladores (compoñentes principais do computador, é dicir , microprocesador e memoria nun só chip), GPUs (unidades de procesamiento de gráficos), ASICs (circuítos integrados para aplicacións concretas), SoC (un computador completo, incluídos periféricos, nun só chip).

Máis poderoso, máis necesario, máis difícil

Desde a aparición dos chips tipo MOS, os avances tecnolóxicos na súa produción permitiron que os transistores MOSFET sexan cada vez máis pequenos e, por tanto, incorpórense cada vez máis transistores aos chips do mesmo tamaño, permitindo así que os chips realicen tarefas máis complexas e máis rápidas. Este avance tecnolóxico ha seguido a chamada lei de Moore: Gordon Moore, fundador da empresa Intel, dixo en 1965 que o número de chips transistores duplicaríase cada ano e en 1975 corrixiuno dicindo que se duplicaría cada dous anos. E aínda que é unha proxección de futuro baseada na observación empírica de tendencias pasadas que a lei, e aínda que se di desde hai tempo que a medida que nos achegamos ao límite do tamaño molecular vai ser cada vez máis difícil o seu cumprimento, de momento segue sorprendentemente enchéndose case 50 anos despois, como podemos observar no gráfico (atópase a escala logarítmico, polo que o crecemento real é exponencial en lugar de lineal).

E a necesidade de chips de maior potencia foise incrementando no mesmo ou en maior grao: todos fomos testemuñas da asombrosa evolución que experimentaron os computadores e os teléfonos móbiles, que sen a evolución dos chips non fose posible; a evolución e os logros dos últimos anos de intelixencia artificial tamén foron posibles grazas ás crecentes UGPUs (orixinalmente concibidas para os videoxogos e a rendencia das imaxes 3D), cuxas redes de curación adáptanse ben adaptadas. E como o uso deste tipo de dispositivos foi crecendo de forma constante, a demanda de chips tamén aumentou.

Con todo, esta constante diminución do tamaño dos transistores dificulta enormemente a fabricación de chips. Hoxe en día, nun chip, miles de millóns de transistores entran, e cada un deles ten un tamaño duns poucos nanómetros. Por tanto, as máquinas de produción destes semiconductores deben ser moi precisas, evitando practicamente toda influencia externa. A sala de produción debe ser totalmente limpa (non pode ter a partícula de po máis pequena, é moito máis grande que un transistor e pode impedir un chip completo), debe evitarse tamén a vibración máis mínima (non só os microseismos: o motor dos coches de rúa ou os pasos dos traballadores tamén poden influír moi negativamente), a temperatura e a humidade deben manterse en espazos moi reducidos e controlados, nin pode haber electricidade estática. Os chips imprímense en obleas electrónicas mediante técnicas como fotolitografía.

Os produtores son escasos e afastados, e logo comerías...

Ao mesmo tempo, a tendencia de toda a industria dos últimos anos, impulsada pola globalización, foi a deslocalización da fabricación a países máis económicos e a permanencia en occidente dos traballos de white colar ou oficina, como tamén ocorreu coa fabricación de chips. En consecuencia, as empresas que hoxe en día poden construír chips semiconductores son computables cos dedos da man, e menos as das últimas xeracións (transistores de 8 nanómetros ou máis pequenos, hoxe en día atópanse ao redor de 3 ou 2): a máis importante é o TSMC de Taiwan, con máis do 90% destes chips; tamén fai coreanos de Samsung, pero principalmente chips de memoria, nos que nalgúns de TAIWAN, NOS TNIMP, nos que son capaces de facer semiconductores; e de facer semi-8 plantas. Outros fabricantes de chips (Nvidia, ARM, Apple...) encargan os semiconductores nalgún dos mencionados. Existen outros fabricantes de semiconductores, pero non chegan a tamaños tan pequenos e fabrican chips para dispositivos de menor esixencia.

É dicir, a maioría dos mellores chips realízanse só en dúas empresas de dous países asiáticos; en Estados Unidos (non en absoluto suficiente para cubrir as súas necesidades) en Europa (a única empresa que pode facer o tipo de máquina de fotolitografía necesaria para facer os chips máis avanzados, ASML, aínda que estea en Holanda)... Pero os computadores ou a intelixencia artificial e, por tanto, a produción de chips non pode deixar dunha comprensión. Arrepentíronse ben cando sufriron as súas consecuencias! Cando os peches por pandemia de COVID-19 provocaron restricións na fabricación e transporte de chips, producíronse paradas —e mesmo peches— na industria automobilística de todo o mundo. E sempre hai risco de que se repitan situacións similares por outras causas, xa sexa por catástrofes naturais (o terremoto de Taiwan de abril, ademais do solo, ou por moitos gobernos e empresas do mundo) ou por conflitos xeopolíticos.

Agora, a carreira pola capacidade produtiva

Nos últimos tempos, coa experiencia acumulada, moitos países parecen estar en plena disputa por unha subministración asegurada de chips mediante a construción de fábricas de semiconductores ou outras medidas. Estados Unidos, por exemplo, prohibiu vender chips a China en 2022 a empresas como Intel, Nvidia, e presionan a outros países para que fagan o mesmo, como Corea do Sur, para combater a escaseza de chips provocada pola pandemia e, de paso, para debilitar a competencia da industria dun país que se opón economicamente. Xa en 2018 prohibira ás institucións gobernamentais utilizar dispositivos fabricados en China (Huawei, ZTE...).

Pero, sobre todo, EE.UU. e moitos outros países están a impulsar a produción de chips nas súas terras, o que non é nada fácil debido á complexidade dos chips: o custo de construír unha nova planta de produción de semiconductores é de varios miles de millóns de dólares (menciónanse os números do 1 ao 20), e non é algo que se constrúe e conséguese rapidamente; é un proceso de anos.

Con todo, algúns gobernos puxeron en marcha novas leis, plans ambiciosos e grandes investimentos nos últimos dous ou tres anos. En 2022, EE.UU. aprobou a lei CHIPS and Science Act e a European Chips Act co obxectivo de impulsar a produción de chips e con grandes partidas monetarias. E en 2023 e 2024, o TSMC puxo en marcha a construción de plantas de produción en Alemaña, Xapón ou Estados Unidos, e neste último, Samsung, con ofertas e subvencións das administracións locais. Corea do Sur puxo en marcha un plan de 470.000 millóns de dólares para a construción de novas fábricas de semiconductores. India puxo en marcha un plan para ter plantas de produción de chips en 5 anos. Sam Altman, líder da empresa OpenAI, espera conseguir 7 billóns (si, billóns) para construír moitos chips de fontes privadas. Unha pretensión moi ambiciosa, pero pouco realista...

Paradoxalmente, China foi polo momento a que obtivo os mellores resultados na obtención da produción de chips avanzados. Desde 2015 ten en marcha a lei Made in Chinesa 2025 e os seus investimentos, e ademais o veto non lle deixou máis remedio. E China ten un músculo económico, unha poboación e unha actitude para afrontar retos tan difíciles. Así, en moi pouco tempo, a empresa SMIC de propiedade semipública adquiriu o ano pasado a capacidade de facer chips de 7 nanómetros e segue mellorando.

Seguro que leremos durante os próximos meses e anos moitas noticias sobre esta aloucada carreira que está a tentar dar a volta á incomprensible concentración da capacidade de fabricación dos chips.