Digital Trends | En busca del Santo Grial tecnológico: microprocesadores y cadenas de valor globales y complejas

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Digital Core

Pocos imaginaron que uno de los sectores más impactados por la pandemia, además de la salud, sería el de los microprocesadores. La contingencia evidenció la importancia de estos componentes en un sinnúmero de equipos tecnológicos que usamos a diario, y otros más que no imaginábamos que requerían tal volumen de chips, como los automóviles. En este primer número de Digital Trends, dedicamos un ramillete de contenidos para analizar la situación de la industria de producción de microprocesadores y su cadena de distribución. Las principales potencias tecnológicas -y el resto de los países también- descubrieron que los chips son estratégicos y decidieron tomar cartas en el asunto para asegurar el suministro de estos nano componentes que son al mismo tiempo el corazón y el cerebro de la tecnología avanzada, al grado de considerarlos un Santo Grial tecnológico. Como con la famosa reliquia, muchos actores relevantes (países, desarrolladores, fabricantes, legisladores, políticos…) están tras sus huellas y también están dispuestos a iniciar una guerra competitiva por los chips

Ante una mayor digitalización de la información y la conectividad omnipresente, los semiconductores se han convertido en el componente quizá más importante del siglo XXI, encargados de recibir/enviar, almacenar y procesar los datos en objetos tan básicos como una tarjeta de crédito hasta computadoras encargadas de complejos procesos industriales.

La pandemia por Covid-19 puso a prueba la resiliencia de la industria, que al enfrentarse a una demanda atípica y disrupciones a la cadena de suministro, provocó la escasez de los semiconductores necesarios para la fabricación de múltiples artículos, desde consolas de videojuegos, dispositivos de cómputo hasta vehículos automotores.

Por ejemplo, los envíos de PCs durante 2021 reportaron un crecimiento de 14.8 por ciento, una tasa de crecimiento extraordinaria para un mercado que se había mantenido plano durante varios años. 

Aunado a la mayor demanda, se presentaron incidentes que agravaron el problema, tales como cortes de energía en Texas ante un clima extremo durante el invierno de 2020/2021, medidas también extremas de confinamiento en algunas provincias de China, incluso el incendio en una fábrica de chips en Japón.

Después de este escenario complejo, parecía que venía la tranquilidad ante una desaceleración en la demanda de dispositivos y la reapertura paulatina de actividades. 

Directivos de Intel y AMD consideraron que la escasez de semiconductores podría resolverse paulatinamente en 2022 y desaparecer en 2023.

Sin embargo, la creciente tensión política entre China y Estados Unidos (EE.UU.) por la isla de Taiwán, además de la nueva amenaza rusa sobre Europa, representan nuevos riesgos para la continuidad en las operaciones de fabricación y logística de semiconductores, que podría expandirse al resto de industrias que dependen de este componente, tanto para sus productos como para sus procesos de producción.

Reposicionamiento de EE.UU.

La experiencia vivida ante la pandemia y la amenaza de nuevos riesgos ha llevado al gobierno estadounidense a revalorar su posición en la industria de semiconductores. Para tal propósito ha destinado más de 52 mil millones de dólares en subsidios para incentivar la instalación de foundries en territorio estadounidense, que le permitirían capturar más valor de la industria y protegerse ante los crecientes riesgos en la cadena de suministro.

China, por su parte, interpreta este movimiento no sólo como un intento de EE.UU. por mejorar su industria local, sino como una nueva barrera impuesta por el país norteamericano para evitar su ingreso a industrias tecnológicas avanzadas como la Inteligencia Artificial y la computación cuántica.

De hecho, EE.UU. se ha asegurado de que los fondos aportados a la industria no beneficien indirectamente al país asiático, ya que cualquier compañía que quiera acceder a estos subsidios tendrá prohibida la expansión de su producción en China más allá de tecnología legada de semiconductores, es decir, que utilicen el proceso de fabricación de 28 nm o con más de 10 años en el mercado.

Sin embargo, los esfuerzos del país norteamericano podrían tardar años antes de rendir frutos, a la vez que los recursos podrían quedarse cortos si pretende mantenerse a la vanguardia. 

De acuerdo con cifras estimadas por las universidades de Stanford y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), el costo de una fábrica está aumentando alrededor de 13 por ciento cada año y se espera que alcance ¡ 16 mil millones de dólares o más en 2022 (en línea con la llamada Ley de Rock, que afirma que cada 4 años se duplica el costo de una fábrica de chips).

Se debe considerar, además, que el desafío al liderazgo asiático va más allá de fondos económicos y se ha convertido en un juego de geopolítica. Mientras EE.UU. busca formalizar la alianza “Chip 4” con Japón, Taiwán y Corea del Sur, para cercar aún más el acceso de China a la cadena de valor de semiconductores, Taiwán mide sus pasos frente a una potencial amenaza militar, en tanto que Corea del Sur busca no enemistarse con uno de sus principales socios comerciales.

Estados Unidos: contribución de la industria de semiconductores al PBI

Fuente: Asociación de la Industria de Semiconductores (SIA).  

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Fabricación de semiconductores en Estados Unidos

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Fuente: Asociación de la Industria de Semiconductores (SIA). 

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Competencia y colaboración mundial

La intensidad de capital y la complejidad de fabricación de los transistores, ha llevado a que la industria se divida en esencialmente dos categorías, aquellas que se dedican a la fabricación y manufactura llamadas foundries y aquellas que se limitan al diseño de los procesadores pero que dependen de terceros para su fabricación, conocidas como fabless.

Intel resulta un caso especial, ya que sería la única compañía estadounidense en estar involucrada en el segmento como foundry y como fabless. A principios de 2021, la firma anunció su estrategia Intel Device Manufacturing 2.0 (IDM 2.0), con la cual busca aportar a los esfuerzos de las naciones occidentales para incrementar su participación ante el liderazgo asiático en la fabricación de chips.

Las dos fábricas anunciadas por Intel en Arizona, se estima que representan un costo de cerca de 20 mil millones de dólares, con la expectativa de iniciar el proceso de fabricación hasta 2024.

La fabricación de chips es una de las industrias más intensivas en gasto de capital (Capex). La Asociación de la Industria de los Semiconductores (SIA) estima que la industria de semiconductores de EE.UU. destina al menos 16.4 por ciento de sus ventas para investigación y desarrollo, sólo detrás de la industria farmacéutica y de biotecnología con 20.8 por ciento, lo que incrementa los costos de desarrollo para los países y compañías que deseen participar de esta valiosa industria.

Venta de semiconductores por unidades en el mundo

Fuente: IC Insights. 

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Aunque la industria estadounidense de semiconductores captura el mayor valor al aportar la mayor parte de la propiedad intelectual, la cadena de producción es un complejo entramado de compañías que se extiende a nivel global entre diseño, producción, montaje, embalaje y pruebas.

Mientras que EE.UU. aporta los diseños y la propiedad intelectual, generalmente son Taiwán y Corea del Sur las que se encargan de la manufactura de los chipsets, y la industria china en particular de ensamblar los dispositivos que contienen estos componentes, con algunas empresas europeas que aportan las herramientas o máquinas requeridas para su manufactura.

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Protagonistas de la cadena de valor de la producción de chips

Desarrollo de software para diseñoDiseñosProcesos, herramientas y máquinasManufactura
Cadence Design Systems (EE.UU.) ??Qualcomm (EE.UU.) ??Applied Materials (EE.UU.) ??TSMC (Taiwán) ??
Synopsys (EE.UU.) ??Arm (Reino Unido) ??Lam Research (EE.UU.) ??Samsung (Corea del Sur) ??
Ansys (EE.UU.) ??Intel (EE.UU.) ??KLA Tencor (EE.UU.) ??GlobalFoundries (EE.UU.) ??
Mentor Graphics (EE.UU.) ??Nvidia (EE.UU.) ??ASML (Países Bajos) ??Intel (EE.UU.) ??
Tokyo Electron (Japón) ??

La SIA estima que la industria de semiconductores de EE.UU. tiene una participación global de 65 por ciento del mercado en el negocio fabless, y de tan sólo 10 por ciento del mercado de manufactura pura. Aunque tendría cerca del 90 por ciento del mercado de desarrollo de software y herramientas para diseño de chips.

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