¿Por qué tardan los ordenadores en llegar?: la compleja producción de microchips, superada por la demanda

Están en el corazón de la mayoría de los aparatos electrónicos que utilizamos en nuestra rutina diaria y han cambiado el estilo de vida de la humanidad: desde patinetes eléctricos a aviones hipersónicos, pasando por relojes, marcapasos, lámparas fluorescentes o cepillos de dientes, y por supuesto, en radios, televisiones, teléfonos móviles y todo tipo de reproductores de video y audio que podamos conocer…

El ritmo del día a día puede ser tan veloz que se podría presuponer que lo más sofisticado forma parte de lo natural, sin más preguntas. Y, sin embargo, si algo encierra la naturaleza de los microchips es precisamente la complejidad en el desarrollo de su producción: por el elevado número de procesos necesarios, la variedad de los materiales que se emplean, por las particulares reglas que implica su diseño y por los protocolo de trabajo en la fábricas en las que se producen.

Son necesarios 700 pasos y alrededor de tres meses para dar por terminada cada producción de chips. Y a esto hay que sumar la exquisita pulcritud con la que trabajan los ingenieros y demás especialistas de cualquier planta de fabricación que se preste.

Este extremado cuidado por mantener un entorno estéril es una de las particularidades que más llama la atención. La vestimenta de los operarios lleva una doble capa de cubierta para los zapatos, dos pares guantes, redecilla para el pelo, capucha, mono, gafas protectoras y mascarilla. En la “sala limpia” en la que trabajan se respira el aire más puro.

Pero todas estas medidas de seguridad no están pensadas para ellos, sino para proteger la esterilidad de los chips. Una partícula de polvo, las células muertas de la piel o el cabello podrían contaminar el entorno de fabricación y tirar por tierra todo el trabajo.

Enfundados de punta a punta en los que se conocen como “trajes de conejo”, muchos se reconocen por su manera de andar. Así distingue a su equipo de más de 90 personas Christopher Belfi, ingeniero de una de las pocas fábricas de semiconductores con sede en Estados Unidos, GlobalFoundrides, propiedad del gobierno de Abu Dhabi.

La proeza de la cienciaLa creación de los microchips se realiza sobre una “oblea de silicio” algo más pequeña que el tamaño estándar de un tablero de ajedrez y sobre ella se depositan capas de materiales semiconductores o aislantes. Los elementos del “chip”, son “emparedados” de estos materiales con dimensiones micro o nanométricas (milésimas o millonésimas de milímetro). Para lograr estos patrones los materiales se protegen de ataques químicos o físicos a través de procesos fotolitográficos (impresión de microfotografías).

Un chip puede contener desde algunos elementos hasta millones en un área muy pequeña. Por su diminuto tamaño, al ojo humano le resulta prácticamente imposible percibir las pequeñas estructuras que se encuentran dentro de cada pieza tecnológica aunque, con la ayuda de un microscopio, la historia cambia.

En cada oblea se fabrican simultáneamente miles de chips que posteriormente se cortan y encapsulan en soportes cerámicos o plásticos que le dan su apariencia típica. La enorme cantidad de información que es capaz de almacenar sirve como procesador en cualquier producto electrónico.

En el mundo hay cientos de empresas que se dedican a su fabricación, pero apenas una veintena de ellas los producen en grandes cantidades. Durante la pandemia se dio una importante crisis en la producción de microchips que llegó a detener en Europa y Estados Unidos la actividad de algunas fábricas de coches, con todas las consecuencias que esto conlleva. No sólo por los despidos que causó en las propias fábricas, sino en todas aquellas que pertenecen al sector y que también sufrieron daños colaterales.

Con la gente confinada en casa, la demanda de suministros tan básicos como los ordenadores o los teléfonos móviles aumentó, mientras que la de los coches cayó, por lo que los fabricantes de chips cambiaron sus líneas de producción.

Sin embargo, no se no esperaba que las ventas de los automóviles comenzaran a recuperarse “tan pronto” (en el tercer trimestre de 2020), a la par que la demanda de los dispositivos caseros no cesó. Y el mercado se colapsó.

La crisis podría provocar que este año se fabriquen unos 2.5 millones de vehículos menos de lo previsto y que el sector sufra un golpe de más de 61.000 millones de dólares, según una estimación de la consultora global AlixPartners. La demanda global ha superado con creces la oferta.

Al otro lado de la balanza, empresas como Taiwan Semiconductor Manufacturing (TSMC), uno de los mayores fabricantes mundiales de microchips, lejos de verse afectados por la crisis, ha conseguido obtener durante el primer trimestre de 2021 un beneficio neto más de 4.800 millones de dólares, lo que representa un incremento interanual del 19,4%, según ha informado la compañía.

No en vano, los mayores productores de microchips se encuentran en Asia, que produce cerca de las tres cuartas partes de los semiconductores mundiales, mientras que Estados Unidos fabrica alrededor del 13%. Muy lejos de la posición que llegó a alcanzar en la década de los 90 cuando fabricaba más de un tercio de los chips del mundo.

La producción, como la de tantos otros productos manufacturados, terminó trasladándose a Asia a medida que las empresas de chips buscaban mano de obra más barata. Fue entonces cuando Taiwan, Corea del Sur y China, comenzaron a subsidiar fuertemente la fabricación de microprocesadores.

En Taiwan, donde se encuentran actualmente muchas de las instalaciones más grandes, se produce el 20% de los semiconductores del mundo y más del 90% de los chips de alta tecnología.

Todo esto tendiendo en cuenta que los rivales asiáticos son especialmente potentes, tal y como subraya Steven Vogel, experto en el estudio de chips y presidente del programa de economía política de la Universidad de California en Berkeley: “Taiwán y los coreanos son los mejores del mundo en cuanto a precio y calidad”, ha dicho Vogel.

Visto el panorama, para impulsar la producción estadounidense, el Senado autorizó recientemente una partida de 52.000 millones de dólares. El objetivo es acelerar la fabricación de semiconductores y la investigación de chips. La medida cuenta con el apoyo del presidente Biden, aunque aún tiene que ser aprobada por el Congreso.

El propósito no sólo se plantea en el enfoque industrial propiamente dicho, respecto a la “seguridad económica”, sino que forma parte de la necesidad de tener un control de la “defensa nacional” del país, tal y como manifestó el líder de la minoría del Senado, Chuck Schumer, mientras promocionaba el proyecto de ley de financiación federal.

Los costes que acarrea levantar una fábrica de microchips son multimillonarios (la maquinaria de GlobalFoundries está valorada en 10.000 millones de dólares). Además hay que tener en cuenta el tiempo que requiere poner una planta en marcha: entre 18 y 24 meses tras haberla construido.

GlobalFoundries planea expandir la producción de su fábrica en al menos una cuarta parte si recibe la ayuda del gobierno. Mientras tanto Intel, el gigante de microchips estadounidense con sede en California, se ha comprometido a gastar 20 mil millones dólares para construir dos fábricas en Arizona. Su director ejecutivo, Pat Gelsinger, ha dicho que Estados Unidos debería apuntar a aumentar su participación en la producción mundial de chips por encima del 30%.

Pero las intenciones de expansión no sólo están en occidente. Al otro lado del mundo, fabricantes de primerísima línea como TSMC de Taiwan, y Samsung de Corea del Sur, han anunciado su intención de construir nuevas fábricas en Estados Unidos, pudiendo ser elegibles incluso para las ayudas que el gobierno proporcionaría en el sector industrial.