Sergio Calixto
Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.
Antes de leer este artículo se recomienda leer la referencia 1 publicada el año pasado que contiene una introducción al problema de la falta de microchips o circuitos integrados que usan muchos de los aparatos o dispositivos que usamos diariamente como las computadoras, teléfonos celulares, televisiones, equipos médicos, aires acondicionados hasta los medios de transporte como aviones de pasajeros y de combate, tanques de guerra, camiones, autos, los cohetes que transportan a los astronautas, los vehículos que investigan las superficies de otros planetas (Rover) y un sin fin de otros dispositivos y máquinas.
En esa referencia 1 se describió el proceso de fabricación de los microchips, las características ambientales del proceso de su fabricación y el problema y la causa de la escasez de ellos. Ahora comentaremos sobre las acciones que se están tomando para resolver la falta de los microchips.
Varios países tienen más necesidad de los microchips que otros, entre ellos los países desarrollados que fabrican aparatos de alta tecnología. Por ejemplo: Estados Unidos lo ve como una prioridad nacional2 ya que su economía depende de los productos que usan los microchips. Además, el poder militar de Estados Unidos3 depende de los microchips avanzados y Estados Unidos no los fabrica. De igual forma Francia, Italia y Alemania4 desean tener fábricas de microchips. En inglés se les llama a las fábricas de microchips “fabs” o “fabrication facilities”.
Con respecto a Estados Unidos proponen gastar $280 000 millones de dólares en la industria de los semiconductores. De esa cantidad $52 000 millones se usarán directamente a la fabricación de microchips. La votación en la cámara de representantes para la aprobación del presupuesto fue de 243 a favor y 187 en contra. En el senado la votación fue 64 contra 33. Los que votaron por la aprobación mencionaron que lo ven como2 seguridad nacional, independencia económica y fortalecimiento de la competencia contra china.
El presidente de Estados Unidos predice2 que se crearan 1 millón de empleos en la construcción de las facilidades para fabricar microchips y también se crearán trabajos de alta tecnología bien pagados. Además del presupuesto que invertirá el gobierno las compañías que fabrican los microchips también contribuirán económicamente al progreso de la fabricación de microchips. Por ejemplo, la compañía Micron5 invertirá $40 000 millones de dólares en memorias chip. También la asociación de la industria de semiconductores (Semiconductors Industry Association, SIA) participará en la propuesta económica.
La fundación nacional para la ciencia (National Science foundation, NSF)5 será la que administrará el presupuesto y enfocará el trabajo en la fabricación de los microchips y computación avanzada y autorizará las siguientes cantidades:
- $10 000 millones de dólares para centros de innovación y tecnología
- $1000 millones para el departamento de comercio de los estados unidos para ayudar a crear trabajos de larga duración y en comunidades en miseria o afligidas.
- Autorizará nuevas inversiones en Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas (STEM, Science, Technology, Engineering and Mathematics) y entrenamiento para no graduados y graduados.
- Autorizara inversiones para aumentar la diversidad en instituciones de investigación incluyendo nuevas iniciativas para respaldar gente de color y combatir acosos sexuales y de género que son barrera para participación en STEM.
De los 52 000 millones de dólares antes mencionados la mayoría serán otorgados a las compañías que fabrican los microchips. Sin embargo, no solo se necesitan fábricas de microchips. El proceso completo de los microchips contempla el material6 para fabricarlos y el diseño de los microchips. Compañías que desarrollan diseño son por ejemplo AMD (Advanced Micro Devices), Nvidia y Qualcom. Otras compañías que diseñan y fabrican microchips son Micron y Texas Intruments. Sin embargo, estas compañías de diseño al parecer no recibirán apoyo económico. Debido a esto se creó una modalidad llamada FABS7 que incluiría crédito a las compañías que diseñan y otras que adquieren instrumentos muy costosos.
De los 52 000 millones de dólares también se darán a compañías que no son de Estados Unidos como TSMC (Taiwan Semiconductor Microchips), Samsung, Global Foundries y otras. Siempre y cuando ellos construyan fábricas en Estados Unidos.
En relación a la construcción de fábricas fuera de Estados Unidos pero respaldadas por el presupuesto de este país la compañía Intel2 invertirá al principio 33 000 millones de dólares en Europa. Luego planea invertir hasta 80 000 millones de euros. Se construirán dos fábricas en Magdeburg, Alemania para fabricación de microchips. Su construcción empezará en el año 2023 y abrirán en 2027. Se espera la aprobación de la comisión europea. Los microchips que se construirán ahí tendrán detalles más pequeños que los que se construyen ahora y serán de unos 10 nanómetros, se les llama micro dispositivos de la era de los Angstroms. Habrá 7000 nuevos empleos en la construcción y 3000 empleos permanentes de alta tecnología en Intel. Además, se invertirán 12 000 millones de euros en Leixlip, Irlanda, doblando el espacio de manufactura. En Europa también Intel invertirá en Italia 4 000 millones de euros creando 1500 lugares de trabajos con operaciones comenzando en 2025 y 2027. Intel planea adquirir la fábrica italiana Tower Semiconductor8, de Israel, por 5 000 millones de euros. Tower Semiconductors tiene relaciones con la compañía italiana que está en Agrate Biranza Italia, STMicrolectronics.
Siguiendo con la aplicación de Intel en Europa Intel planea construir una oficina de diseño en Plateau, Francia. Tendrá 1000 empleos. Ahí será el “cuartel” principal para computación de alto nivel e inteligencia artificial usadas en los automóviles, las ciencias de la vida y otros. En Gdansk Polonia, Intel incrementara su espacio por 50% para trabajar en redes neuronales, audio, gráficos centro de datos y computación por la “nube”. En España colaborará en Barcelona, España, con el centro de Supercopita en el desarrollo de la arquitectura zettascale.
En Europa Intel ha colaborado por 30 años y emplea 10 000 personas. Sin embargo, a nivel mundial Intel tiene 120 000 trabajadores. Intel gasta 10 000 millones de euros con compañías europeas. Pero espera doblarlo en 2026.
Además del diseño de microchips y la construcción de nuevas fábricas se debe tomar en cuenta que para la fabricación de microchips se deben tener los materiales básicos necesarios6. La mayoría de los materiales provienen de china y ahora con la tensión entre estados unidos y china se ve una dificultad para obtener estos materiales básicos. Entre los materiales que china provee para la fabricación de microchips tenemos: aluminio, antimonio, arsénico, bismuto, carbón, fluorine, galio germanio, indio, plomo, magnesio, fósforo, tierras raras, silicio, telerio, tungsteno y muchos más. Como son suministrados por china se está en un riesgo de perderlos. Debido a esta falta de materiales se esperan retrasos en la producción de microchips.
Dados los aspectos geopolíticos hay un pensamiento nacionalista de construir más capacidad de fabricación y sistemas ecológicos y enfocar su estrategia para localizar sus proveedores donde sea posible. Es importante que los materiales y proveedores estén presentes localmente donde se construyan las nuevas fábricas. Además, las fábricas deben crear estrategias a largo plazo para obtener los materiales básicos. Hace unas tres décadas solo se necesitaban unos 10 elementos para fabricar microchips, pero ahora se necesitan unos 70. La década siguiente será la década de los materiales.
También debido a los acontecimientos geopolíticos la cooperación entre los países se ha vuelto más difícil. Por ejemplo, Estados Unidos ahora prohíbe a las compañías Nvidia y AMD (Advanced Micro Devices) vender microchips avanzados a China9. Estos microchips están dedicados a reconocimiento de imágenes y voz basados en inteligencia artificial, usados en actividades militares con imágenes satelitales y de video vigilancia.
En el caso de Nvidia se trata de sus productos A100 y H100. El primero es una GPU diseñado para la computación de alto rendimiento con 54.000 millones de transistores especializada en centros de datos del ámbito de la IA (Inteligencia Artificial). El segundo es un sistema con fotolitografía de 4 nm de TSMC y 80.000 millones de transistores. En relación a AMD no podrá vender a china el GPU MI250 de tercera generación con arquitectura CDNA 2 usados en el superordenador más potente del mundo y el primero en romper la barrera de la exaescala.
Más recientemente con la aparición del conflicto entre Rusia y Ucrania otros materiales usados en la construcción de microchips son vulnerables: el neón y el paladio10. El primero es un subproducto de la fabricación de acero en Rusia y es purificado en Ucrania. Mientras que Rusia provee un tercio del paladio usado en memorias y sensores. Además, Rusia también produce el hexafluorocyclobutano para procesos de litografía. Esta situación incrementará los precios de los dos materiales y a su vez incrementará los precios de los microchips.
Asimismo, estados Unidos trata de impedir que ASML (Advanced Semiconductor Materials Lithography)11,12, el mayor fabricante a nivel mundial de equipos de semiconductores que está en los países bajos, la venta los equipos a china. ASML tiene el 67 por ciento de las ventas mundiales de máquinas de litografía con una competencia compuesta por Ultratech, Canon y Nikon.
TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing)13
Esta compañía acapara el 54% del mercado global de semiconductores con clientes como Apple, Nvidia, AMD y otras grandes industrias. Además, el 90% de los procesadores de última generación son fabricados en sus instalaciones. Así que TSMC tiene un papel fundamental para terminar la crisis de semiconductores.
Otras compañías que participan en la fabricación de microchips son Samsung e Intel, con un 17%. Luego están UMC14 (United Microelectronics Corporation) y GlobalFoundries con un 7%, y finalmente SMIC con un 5%.
TSMC desarrolla investigación para hacer microchips con una resolución de 5 nm. Está construyendo en Taiwán facilidades para este proyecto. Después, en 2024, iniciará su manufactura en una fábrica nueva que construye en Arizona (Estados Unidos). Asimismo, construirá dos fábricas, en Japón, y la otra tal vez en Alemania.
Acciones para contrarrestar la falta de microchips.
Debido al conflicto entre Rusia y Ucrania y a las medidas económicas tomadas por la Unión Europea, Estados Unidos y otros países, de bloquear las relaciones comerciales con Rusia, incluyendo los microchips, la compañía rusa LADA15, la marca de automóviles más vendida en Rusia, decidió fabricar carros como los hacía hace 30 años, o sea, sin casi la utilización de microchips y motores con tecnología antigua. Aunque el grupo LADA forma parte del grupo francés Renault debido a las sanciones económicas las industrias de occidente asentadas en Rusia no reciben partes de producción como las refacciones para vehículos.
Respecto a sus motores serán puestos en su mínima expresión y por lo tanto serán contaminantes. De esta forma los coches no tendrán frenos ABS, ni repartidor electrónico de frenado, ni control de tracción de estabilidad, bolsas de aire, asistente de arranque en pendientes y demás ayudas.
Referencias 16 – 25 completan más información sobre el tema de las acciones para solucionar la falta de microchips.
En la fábrica de GM en Silao no hubo actividades por algunos días debido a la falta de microchips. En ese caso el contrato colectivo de trabajo previene que se les pagara a los trabajadores un 50% de su sueldo. Sin embargo, ahora mediante el sindicato piden que se les aumente a 70%26.
Referencias
1 https://www.am.com.mx/guanajuato/vivirmas/el-microchip-un-panorama-complejo-20210630-0034.html
2 https://www.fierceelectronics.com/electronics/house-approves-chips-act-by-243-187-vote
3 https://www.nytdirect.com Visto el 14 de julio 2022, The Morning, “The military relies on advanced semiconductors. The U.S. doesn’t make any.”
5 https://www.fierceelectronics.com/electronics/Micro-plans-$40B-in-memory-plants-on-heels-of-CHIPS-Act
6 https://www.fierceelectronics.com/electronics/merck-emd-s-nambiar-next-decade-will-be-decade-materials
7 https://www.fierceelectronics.com/sensors/chip-industry-splits-over-us-chips-act-benes-intel
8 https://www.fierceelectronics.com/electronics/intel-acquire-tower-semi-israel-54b-specialty-chip-bid
10 https://www.fierceelectronics.com/electronics/ukraine-war-could-hurt-supplies-of-neon-palladium-needed-for-chips
11 https://www.asml.com/en/company/about-asml/asml-at-a-glance
12 https://www.asml.com/en/technology/all-about-microchips
13 http://tsmc.com/english
14 https://www.umc.com/en/home/Index
16 https://www.fierceelectronics.com/electronics/intel-invests-100m-education-chip-rd-across-us
17 https://www.fierceelectronics.com/keyword/pat-gelsinger
18 https://www.fierceelectronics.com/electronics/intel-plans-for-foundry-unit-and-20b-for-two-arizona-chip-fabs-prompt-hope
19 https://www.fierceelectronics.com/electronics/chip-industry-blasts-25-tariff-chips-and-parts-imported-china
20 https://www.fierceelectronics.com/electronics/chip-shortages-hit-even-as-car-and-auto-chip-sales-climb
21 https://www.fierceelectronics.com/electronics/sensors-converge-jack-gold-old-chips-new-fabs-and-supply-chain-complexity
22 https://www.fierceelectronics.com/electronics/chip-component-shortages-see-no-quick-end-sight
Videos Youtube
23 “Why is U.S. so interested in Taiwan”
24 “Why Taiwan’s semiconductor industry is so important”
25 “Why the world relies on ASLM for machines that print chips”
26 XHRML Radio Fórmula Bajío, Fórmula Noticias Bajío, 101.1 FM. Locutor Carlos Rosanoff.