Propaganda comunista o golazo a EEUU: la realidad tras los avances de los chips chinos

Una de las grandes batallas que va a marcar el discurrir del resto del siglo XXI se está librando en un espacio tan ridículamente pequeño que hay que medirlo en nanómetros: los microchips. Estados Unidos y China llevan años inmersos en una carrera tecnológica que parece más ajustada que nunca. La historia es bastante bien conocida. Los asiáticos iban tan lanzados hacia el liderazgo de esta competición que Washington decidió ponerles palos en las ruedas con un paquete de sanciones que han pasado factura a alguna de las empresas más punteras del país asiático.

Estas acciones tienen un objetivo muy definido: que Pekín y sus acólitos industriales no pudieran acceder a los procesadores y otros componentes de vanguardia para seguir avanzando en materias clave como las telecomunicaciones, el ámbito militar o la inteligencia artificial.

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La receta parecía infalible. Se impedía que pudieran adquirirlos. Pero también fabricarlos, ya que se cerraba el grifo de los materiales claves para hacerlo. Especialmente a los equipos de ASML, una valiosísima empresa holandesa, la única en el mundo capaz de montar las máquinas de litografía ultravioleta extrema, imprescindibles para crear los semiconductores más modernos y punteros. Pero este plan maestro parece tener sus agujeros. O al menos así se puede deducir de un puñado de casos en los que empresas chinas han asegurado haber logrado esquivar estas restricciones y haber avanzado entre tanta zancadilla.

Huawei canta victoria

La última en hacerlo ha sido precisamente una de las compañías más afectadas por las sanciones, Huawei. Eric Xu, el presidente rotatorio de la multinacional (tres directivos se alternan en el cargo por periodos de seis meses), salió a la palestra hace unos días para anunciar que habían creado un conjunto de herramientas de diseño de chips que les permitiría crear chips con arquitecturas de 14 nanómetros sin necesidad de tecnología extranjera. Si no hay contratiempos, estos instrumentos se empezarán a utilizar a gran escala a finales de este año. "La industria de semiconductores de China renacerá bajo las sanciones y se convertirá en una industria fuerte y autosuficiente", afirmó Xu con tono de triunfalismo.

Viendo este discurso es inevitable preguntarse si estamos realmente ante otro gol a las autoridades estadounidenses o una exageración propagandística promocionada por el régimen asiático. Los avances son tangibles, pero los expertos consultados por este medio en este caso y otros similares advierten de que hay que ponerlos en perspectiva y cogerlos "con pinzas" ya que hay muchas variables a tener en cuenta.

A la hora de abordar el asunto hay que manejar algunos conceptos clave. El primero de ellos que no es lo mismo diseñar chips que fabricarlos. Salvo algunas excepciones, muy pocas, las empresas de esta industria se dedican a una cosa o a la otra.

Los que se dedican a idearlos son conocidos como fabless. En este grupo se colocan empresas como Qualcomm, Nvidia, AMD y, más recientemente, Apple, Google o Amazon, que han decidido absorber esta tarea de forma interna. La cuestión es que no producen nada. De eso se ocupan los conocidos como foundries, empresas que se dedican a materializar los diseños de terceros y fabricarlos en masa. La taiwanesa TSMC es la firma más importante de este grupo, aunque hay otros nombres destacados como GlobalFoundries o la china SMIC. La cuestión es que es un número mucho más reducido que el primero, tal y como quedó demostrado durante la pandemia, cuando se produjeron importantes cuellos de botella.

Entre un punto y otro, se encuentran los IDM o compañías de ciclo completo. Es decir, los que diseñan y fabrican. Es el caso de Intel y Samsung. Los surcoreanos, por cierto, producen tanto para sus productos como para terceros. Un camino que empezará a recorrer también Intel. Se trata de un cambio histórico ya que hasta ahora sus instalaciones únicamente se utilizaban para dar forma a sus circuitos integrados. Algo que supondrá un salto histórico para la compañía, que podrá por fin trabajar con escalas de cinco o menos nanómetros.

A vueltas con los nanómetros

Los nanómetros, un término que hace referencia a la arquitectura de los semiconductores, es una de las tres cosas que influyen en la potencia de un chip o un microchip. Las otras dos características son el número de núcleos así como la velocidad de los mismos. Una escala menor de nanómetros significa que los transistores son más pequeños y que, por tanto, en un mismo espacio cabe un número mayor, aumentando el rendimiento y optimizando cosas como el consumo energético.

"Hay que tener en cuenta que el anuncio al que se refiere Huawei hace referencia al diseño de chips", apunta Ignacio Mártil de la Plaza, catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid. "Los foundries de aquel país hace tiempo que llegaron a la escala de los 14 nanómetros. Así que la situación en ese aspecto no ha sufrido cambios sustanciales", opina.

Este experto, autor de Microelectrónica. La Historia de la mayor revolución silenciosa del siglo XX (una de las obras de referencia en castellano sobre este asunto), hace varios apuntes sobre el "marketing" que hay alrededor de los nanómetros y ese mensaje de que cuanto menor es la cifra, mejor chip se obtiene. "Eso era válido hasta el nodo de los 22 nanómetros", apuntaba recientemente Martil en un reportaje de este periódico. Cuando se pasa esa frontera, se utiliza un proceso de fabricación diferente, conocido como FINFET. A diferencia del anterior método, conocido como MOSFET, los chips se construyen utilizando tres dimensiones y no únicamente dos. "Creo que se utiliza de forma deliberadamente confusa. Nos hemos encontrado a veces que lo que Intel llama tecnología de 10 nanómetros, Samsung se refiere a ello como 7 nanómetros y TSMC como 6".

El catedrático explica que lo importante es la densidad de integración, saber cuántos transistores por milímetro cuadrado pueden incorporar. "Si nos dicen que tienen una tecnología de 7 nanómetros que le permiten meter 60 o 80 millones por milímetro cuadrado, tendríamos algo equivalente a lo que otro fabricante logra con 10 o 14 nanómetros. Otra cosa muy diferente es que te den cifras de 120 o 170 millones".

EEUU no quiere que China atraviese la frontera de los 10 nanómetros, la que marca el inicio de los chips más modernos

Las sanciones de Estados Unidos, que han sido ampliadas y extendidas con el paso del tiempo, tenían un objetivo claro: que China no lograse atravesar la frontera de los 10 nanómetros. ¿Por qué? Porque ese es el límite donde empiezan los semiconductores más avanzados. Para tener una referencia basta con saber que Apple ya coquetea con la arquitectura de 3 nanómetros. Los microchips más modernos son esenciales para mejorar el desempeño de smartphones o portátiles, pero también para las gráficas que a su vez alimentan y mueven los centros de datos y superordenadores encargados de entrenar inteligencias artificiales y otros sistemas modernos.

Hace unos meses saltaron todas las alertas. Una investigación publicada el pasado verano señalaba que SMIC, el mayor foundry del país asiático podría llevar un año trabajando en secreto en el nodo de los 7 nanómetros. El descubrimiento fue cosa de una empresa canadiense TechInsights, que se dedica a hacer ingeniería inversa. Desmontan componentes electrónicos y van documentando todo el proceso concienzudamente. Cuando empezaron a trabajar con una tarjeta gráfica de SMIC para el minado de criptomonedas se encontraron con esta arquitectura. No se trataba de un modelo experimental ni un prototipo, llevaba a la venta de 2021.

Estirar tecnologías maduras

Las dudas no tardaron en aparecer. Si las empresas chinas tienen prohibido acceder a la maquinaria de litografía ultravioleta extrema de ASML, ¿cómo lo habían logrado? Pues básicamente lo hicieron estirando las posibilidades de la tecnología inmediatamente anterior, conocida por las siglas DUV o litografía ultravioleta profunda. No es la primera ni mucho menos que lo logra. El propio documento de TechInsights señala que la técnica es muy similar al que en su día TSCM logró en su momento, lo que desató la sospecha de que se trataba de espionaje industrial. La compañía taiwanesa ya ha denunciado en alguna ocasión a SMIC en el pasado por infringir propiedad intelectual.

"En TSMC no tardaron en sustituirlo por la litografía extrema, porque el nodo de los siete nanómetros conseguido por esta vía presenta problemas y dificultades que pueden afectar al producto final", argumentaba Manuel Lozano, investigador del CSIC y del Instituto de Microelectrónica de Barcelona y del CSIC, en conversación con este periódico.

"Llegar hasta aquí con tecnología tan madura es casi un ejercicio de artesanía". Según este experto, hay formas de corregir las aberraciones que "se producen" en el chip por utilizar litografía profunda, pero todo es muy lento e individual, "hay que hacerlo uno a uno". "Hay que pensar que estamos llevando la longitud de onda al máximo. Todo esto impacta en el rendimiento porque influye en el número de transistores que se pueden incorporar y también en el coste o la velocidad de producción".

Intel es un buen ejemplo de los problemas de estirar tecnologías maduras. El fabricante estadounidense ha experimentado constantes retrasos por su empeño en explotar la vida útil de tecnologías más maduras de producción. Algo que incluso le llevó a tener que externalizar la fabricación de sus chips y contar con TSMC en determinados momentos, a pesar de tener sus propias plantas.

Aunque el logro de SMIC no significa en absoluto que China haya logrado romper de una manera eficaz la barrera de los 10 nanómetros, sirvió para agitar el fantasma de que algún día logren ser realmente autosuficientes. Algo de lo que lleva avisando tiempo Peter Wennick, máximo responsable de ASML. Desde que Donald Trump impulsó una nueva ola de restricciones en 2019, el directivo avisó de que había que fomentar "la interdependencia" del gigante asiático con el resto de la cadena global para no empujarlos a perseguir su propia soberanía tecnológica. Algo que, según sus cálculos, podría lograr en "un plazo de quince años".

¿Puede China copiar a ASML?

Este nerviosismo no hizo más que aumentar cuando YMTC, el mayor fabricante de memorias de China, logró poner en el mercado un modelo que le colocaba a la altura de las mejores compañías de esta industria. La intención de Apple de utilizar estas piezas en los iPhone que vendiese en el mercado asiático desató una tormenta política en Washington, donde varios legisladores no dudaron en presionar públicamente a los de Cupertino para que abortaran estos planes, algo que finalmente sucedió.

En lugar de abogar por la vía de la interdependencia, Estados Unidos ha optado por apretar todavía un poco más las tuercas a las empresas chinas y asfixiar su acceso al mercado de componentes tecnológicos. Y lo ha hecho involucrando a Japón en esta campaña.

Esto es importante porque a pesar de que el sol naciente hace tiempo que fue desplazado por Corea del Sur y perdió peso en el mercado de semiconductores (apenas maneja un 10% de la producción global) sigue siendo un productor clave de equipo de litografía ultravioleta profunda, gracias a empresas como Nikon, Lasertec o Resonac. También de origen japonés es el grupo Ajinomoto, conocido por el glutamato pero es el único productor de la resina ABF, clave para la producción, entre otras cosas, de semiconductores.

"En el corto y medio plazo parece muy difícil", contesta Mártil de la Plaza cuando se le pregunta si China puede tener su propia tecnología litografía ultravioleta extrema. Las máquinas de ASML son una de las obras de ingeniería más complicadas que jamás ha creado la humanidad.

Su funcionamiento no es nada sencillo y depende de proveedores e inventos muy especializados de diferentes países. El láser que se utiliza para golpear las gotas de estaño y generar la luz ultravioleta está fabricado y concebido en California. El sistema para mantener el vacío proviene de Reino Unido. Zeiss, un fabricante alemán conocido por sus productos para fotografía, le diseñó una serie de espejos que no absorbieran la pequeñísima onda de la luz ultravioleta como ocurría con las lentes tradicionales. La cerámica estructural y componentes químicos llegan desde Japón.

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Es decir, el plato es holandés pero el 65% de los ingredientes provienen de otros países, según cifras de Boston Consulting Group. Una cadena de suministro tan concreta da más posibilidades a Estados Unidos de actuar quirúrgicamente y bloquear las aspiraciones de China de replicarla. "Además hay que tener en cuenta que ASML venía de una larga tradición de muchos años. Esto es difícil empezar desde cero. Y aunque tengas experiencia no te asegura nada. Otras empresas como Canon o Nikon han tirado la toalla", concluye el catedrático.