La crisis de los microchips se agrava: por qué simplemente no podemos montar más fábricas

La industria que carga sobre sus hombros el vertiginoso avance de la tecnología ha demostrado, desde que empezó la pandemia, ser de todo menos rápida a la hora de adaptarse a las circunstancias. El gremio de los semiconductores ha resultado ser un atleta bastante regular, uno de esos que a simple vista parece gozar de un envidiable estado de forma, pero que cuando deja el trote cochinero y lo cambia por un esprint, empieza a quejarse del flato y tarda tiempo en recuperar la normalidad.

Han pasado más de dos años desde que Europa y medio mundo decidiesen encerrarse ante el avance del covid, unos confinamientos históricos que impulsaron la demanda de electrónica de consumo hasta alcanzar cotas inesperadas. Aquel subidón de sobra conocido puso en serios aprietos a toda una industria que tuvo que apañárselas como pudo. Hubo varias víctimas, pero los más perjudicados fueron los fabricantes de automóviles, que vieron cómo estos proveedores les acabaron por colocar a la cola de prioridades porque, en el fondo, sus tecnologías eran más maduras y dejaban menos dinero en caja. Todo para centrarse en los productos más modernos y avanzados, que son al fin y al cabo lo que les da más beneficio.

El problema a día de hoy sigue vivo. Se deja notar en que cada vez que una gran cadena consigue reponer el abastecimiento de Xbox o PS5 eso se convierte en noticia en un puñado de webs que informan a los jugadores de que tienen otra efímera oportunidad para hacerse con una de estas máquinas. Si uno deja caerse por un concesionario, le responderán que tiene que esperar varios meses de lista de espera para recibir un automóvil nuevo. Incluso Tesla, uno de los pocos que consiguió escapar a la escasez, tuvo recientemente que quitar una de las dos unidades de control que incluyen en la dirección de algunos de sus modelos.

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Nadie ha sabido o ha querido poner fecha final a esta crisis, pero siempre ha existido cierto consenso en que esto podía suceder hacia finales de 2022 o en algún momento de 2023. Ahora ya hay voces, como la del CEO de Intel, que alertan de que los problemas no encontrarán solución hasta 2024 en el mejor de los casos. Y este nuevo retraso podría afectar a los chips de última generación, los más pequeños y más potentes, que hasta ahora habían escapado a esta coyuntura. Si finalmente estos malos augurios se materializan, el despliegue de tecnologías de alta computación, inteligencia artificial o conducción autónoma por parte de diferentes compañías de todo el mundo podrían sufrir un importante retraso. Esto también podría impactar en el lanzamiento o disponibilidad de los teléfonos más punteros que veamos en el mercado en los próximos cursos.

Pero, si todo el mundo se queja de este problema, ¿por qué no simplemente hacemos más?, ¿por qué no nos limitamos a levantar más fábricas como algunas de las que se han anunciado en Europa o Estados Unidos? Porque, en realidad, toda la cadena de producción, desde las materias primas hasta el empaquetado, es una constante maraña de nudos estructurales y cuellos de botella imposibles de solucionar a corto plazo.

Así es un chip de última generación

Hay tres cosas que influyen a grandes rasgos en la potencia de un procesador. Por una parte, está el número de módulos del mismo. Por otra, la velocidad del reloj. Por último, los nanómetros de la arquitectura del semicondutor en cuestión. Cuanto más baja es esta cifra, más avanzado es el chip. Al ser transistores más pequeños, se pueden colocar muchos más y con una sola oblea de silicio se pueden fabricar un mayor número de ellos. También hay otras ventajas, como una mejor disipación del calor gracias a la miniaturización, algo que impacta directamente en la eficiencia energética.

La industria lleva décadas avanzando a pasos agigantados. Ahora mismo, las compañías con chips más avanzados utilizan bien piezas construidas en cuatro o cinco nanómetros, aunque ya hay planes sobre la mesa para dar el salto hasta los dos nanómetros. Si se pierden con estas referencias, basta con saber que un nanómetro es una cienmillonésima parte de un cabello. Eso da idea de las diminutas escalas que se están manejando. Para entenderlo, basta con echar un vistazo al M2, el último procesador diseñado por Apple para sus ordenadores. Gracias a la arquitectura de cinco nanómetros, han conseguido meter 20.000 millones de transistores en un cuadrado de 155 milímetros cuadrados.

Para entender por qué se ha producido el gran cataclismo del suministro, hay que entender los diversos actores que hay en la industria. Por una parte, encontramos a los que se conocen como 'pure fabs'. Es el caso de la taiwanesa TSCM o la norteamericana Global Foundries. Son empresas que únicamente se dedican a fabricar para terceros. Montan, mantienen y mejoran las fundiciones, pero no diseñan nada.

En el extremo contrario están los 'fabless'. Son compañías que dan forma a los chips sobre el papel y luego los piden a terceros. Es el caso de Qualcomm, Nvidia, AMD, Mediatek y, ahora, Apple o Google, que son empresas que han decidido diseñar sus propios componentes. Hay un tercer tipo, los llamados IDM o empresas de ciclo completo. Es decir, que diseñan y fabrican. En este grupo se integran, por ejemplo, Intel y Samsung. La diferencia es que, a día de hoy, la primera solo fabrica sus propios productos, mientras que los coreanos reciben también encargos externos.

Montar una fundición de chips es algo extremadamente caro y lento de poner en marcha. Una de tamaño medio puede suponer unos 12.000 millones de euros y tardar más de tres años en estar plenamente operativa. Intel invertirá 33.000 millones para levantar una nueva fábrica en Alemania, cuya construcción se espera que empiece en 2023. Esta instalación podría funcionar al máximo de revoluciones, si no surgen imprevistos, en 2027. No es algo que se pueda montar en pocos meses.

Estas complicaciones y las necesidades de capital son las que han hecho que al final haya muchas más empresas que diseñan los chips y pocas fabricándolas. Un problema que se agrava cuanto más modernos son los procesadores que se demandan. Solo TSMC y Samsung son capaces de dar forma a los más avanzados y los únicos que manejan con soltura la arquitectura por debajo de los 10 nanómetros, necesarios tanto para los 'smartphones' de última generación como los centros de datos. Intel se atascó en ese guarismo, mientras que otras, como Global Foundries o los actores chinos, están instalados en los 12 y 14 nanómetros.

Precisamente, las factorías chinas están siendo noticia en las últimas semanas. Después de unos meses de nuevos confinamientos y mano dura de Pekín para combatir el nuevo auge del coronavirus, parece que la industria patria del microchip está empezando a carburar nuevamente, lo que puede ayudar a combatir la escasez que se sufre a todos los niveles. Sin embargo, y a pesar de haber mejorado un 6% desde abril, la producción de circuitos integrados en China (supone cerca del 15% del mercado mundial) sigue 10 puntos por debajo del mismo periodo un año antes. Esto, además de suponer un importante lastre para muchas industrias, también puede suponer una piedra en el zapato para los planes del Gobierno para reducir la dependencia de componentes extranjeros.

¿Cómo se crea un microchip de última generación?

Cuando hablamos de chips de última generación, la dependencia de TSMC y Samsung es el primer gran tapón. Es probable que la tensión se alivie cuando Intel consiga hacer efectivo su plan para conseguir actualizarse a los nodos más pequeños y también fabricar para terceros. La planta que ha proyectado en suelo teutón, por ejemplo, está pensada para producir chips en la escala de los 1,8 y 2 nanómetros. aunque haya un nuevo eslabón en la cadena, también hay que tener en cuenta que la demanda de piezas y tecnologías de vanguardia también se va a disparar en los años venideros.

Por debajo de los 10 nanómetros hay una técnica indispensable, conocida como litografía ultravioleta extrema. Es la que permite transferir los patrones del chip en cuestión a la oblea con la perfección y precisión necesaria. Pues bien, esta tecnología es la que ahora se ha convertido en un nuevo quebradero de cabeza para toda la industria, ya que solo hay una compañía en todo el mundo que sea capaz a día de hoy de crear la maquinaria necesaria: la holandesa ASML.

El gran atasco está en Europa

El gran cuello de botella de la industria está, por tanto, en suelo europeo, donde está el único jugador que puede dar a Intel, TSMC o Samsung los equipos que necesitan para fabricar chips de última generación, actualizando sus plantas o levantando nuevas infraestructuras. "Esa es en gran parte la razón por la que creemos que la escasez general de semiconductores se desplazará hasta 2024, cuando nuestra estimación anterior era 2023. La escasez ahora ha afectado a los equipos de fabricación", afirmó Pat Gelsinger, CEO del mayor fabricante mundial de circuitos integrados, en una llamada con accionistas hace unas pocas semanas.

Peter Wennink, presidente ejecutivo de ASML, también se había expresado en términos similares en marzo de este año en una entrevista en el 'Financial Times'. Aunque aseguró que iban a conseguir realizar más envíos que el curso anterior, reconoció que no llegan a cubrir todos los pedidos. Según los cálculos de la compañía, hace falta incrementar la capacidad de producción un 50%, algo que no se puede hacer en menos de dos años.

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También hay que tener en cuenta que esta compañía europea fabrica, además, aparatos más antiguos, necesarios para la producción de chips más maduros, como los que requiere la industria automotriz. Es decir, dedicar más esfuerzos a las máquinas más modernas supone sacrificar capacidad de enviar estos equipos, que también sufren una importante brecha entre la oferta y la demanda. Hacerlo sería desvestir un santo para vestir otro.

Por eso, ASML está trabajando con sus principales clientes, enviando equipos de ingenieros con el fin de poder optimizar el funcionamiento de los equipos desplegados hasta que llegue una nueva remesa.

Estos problemas podían haber sido mucho mayores si un incendio producido en la fábrica que los holandeses tienen en Berlín el pasado mes de enero hubiese pasado de lo anecdótico. La dificultad de construcción de estas máquinas, que ocupan lo mismo que un autobús urbano, reside en que a su vez necesitan tecnologías muy concretas de todo el mundo. La óptica la consiguen en Alemania, el sistema de vacío en Reino Unido, la fuente de luz ultravioleta es cosa de una empresa californiana y la cerámica y otros componentes químicos los importan de Japón. Que otra empresa pueda replicar esa receta a corto plazo parece poco más que imposible.

Esta situación ya se está empezando a dejar sentir entre aquellos que hasta ahora habían esquivado, como decimos, la escasez. Según el 'Wall Street Journal', TSMC habría enviado una carta a sus clientes avisando de que probablemente no puedan llevar a cabo el aumento de producción de 2023 y 2024 tan rápido como tenían previsto. A la escasez de equipos, hay que sumar los problemas técnicos que pueden surgir, por ejemplo, al empezar a trabajar con una nueva generación. Eso es lo que parece haber sufrido Samsung en su salto a los cuatro nanómetros, algo que ha conllevado que no hayan podido entregar el número de procesadores encargados por Qualcomm o cumplir con los pedidos de Nvidia, que han tenido que recurrir de urgencia a la única alternativa que existe, TSMC.

De esta forma, han tensionado aún más una cadena de suministro que parece una torre de naipes que en cualquier momento se puede volver a venir abajo. Según la consultora IBS se podría llegar a producir una escasez del 10% al 20% en los chips más punteros entre 2024 y 2025 si persisten estos problemas. A pesar de todo, tanto TSMC como Samsung se han reafirmado en sus hojas de ruta, que incluye hitos como la fabricación en 2 nm para dentro de tres años.

A todos estos problemas estructurales hay que sumar otro más: el de las materias primas. Desde que comenzó la invasión de Ucrania por parte de Rusia, se ha hablado, y mucho, de gas, petróleo o de trigo. Pero los dos países en conflicto son importantes proveedores de ingredientes fundamentales para los chips. Ucrania es un importante productor de neón, con cerca del 50% del suministro mundial; o de criptón, con 40% del mercado global.

Estos dos gases son claves para cosas como el grabado de los chips. En el otro extremo, el mercado ruso también es clave para este gremio, ya que colma prácticamente el 40% de la demanda de paladio, entre otros materiales clave. Si las tensiones en Europa del Este se cronifican, según la consultora MarshMacLemman, podríamos llegar a un punto en el que las reservas que han atesorado los diferentes productores mermasen notablemente y no pudiesen renovarse al ritmo deseado; se podrían producir importantes incrementos de precio y retrasos.

Toda esta ensalada de factores amenaza con que las penurias vuelvan a dilatarse una vez más en el tiempo. Los ojos siguen puestos en el sudeste asiático, la región del mundo donde se concentra la mayor capacidad de producción de esta industria. Es cierto que tanto EEUU como Europa y Japón han puesto importantes planes en marcha, dotados de montañas dinero, para reducir esta dependencia geográfica. Sin embargo, y a pesar de haber conseguido atraer fábricas de TSCM y Samsung (en el caso de los estadounidenses) o de Intel (en el caso europeo), parece que Taiwán seguirá siendo la gran meca de los semiconductores. Tal y como recoge 'Nikkei Asia', en la isla, el gremio de fabricantes ha ejecutado una ola de inversiones de 120.000 millones, una cantidad sin precedentes, para reforzar su músculo productivo en aquel país con 20 nuevas fábricas que están construyendo o planificadas para los próximos años.