La fiebre de los chips. Se dispara la demanda y se concentra la oferta de semiconductores

El 13 de enero la automotriz japonesa Honda informó que tenía que cerrar su fábrica en Swindon, una ciudad en el sur de Inglaterra, por un tiempo. La causa no era el Brexit ni los trabajadores enfermos de Covid-19, sino la escasez de microchips. Otras terminales automotrices también están sufriendo el mismo problema. Volkswagen, que produce más vehículos que cualquier otra empresa, acaba de anunciar que fabricará 100.000 menos este trimestre por este tema. Como casi todas las industrias y sectores, desde los bancos hasta las cosechadoras, los automóviles no pueden funcionar sin computadoras.

La industria de la fabricación de chips está en auge. La capitalización de mercado de las empresas de semiconductores que cotizan en bolsa en el mundo supera ahora los 4 billones de dólares, cuatro veces lo que valían hace cinco años. Los precios de las acciones de los fabricantes de chips aumentaron durante la pandemia del Covid-19, ya que el trabajo se mudó al home office y los consumidores recurrieron al streaming y los videojuegos en busca de ayuda.

Este nuevo escenario ha impulsado una ola de acuerdos. En septiembre, Nvidia, una firma que diseña chips para juegos e inteligencia artificial, anunció que compraría Arm, una empresa inglesa cuyos planos (conocidos como blueprints) se utilizan en casi todos los teléfonos inteligentes, a cambio de US$40.000 millones. En octubre, AMD, que elabora planos para gráficos y chips, anunció otro mega acuerdo para adquirir Xilinx, un fabricante de chips reprogramables, por US$35.000 millones.

Derroche de silicio

El gasto de capital también está aumentando. El gigante coreano Samsung quiere invertir más de US$100.000 millones en los próximos diez años en su negocio de chips. El 14 de enero, la firma Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), que convierte los planos en silicio, sorprendió a los mercados cuando aumentó su inversión de capital planificado para 2021 de US$17.200 millones a US$28.000 millones, en previsión de fuertes demanda. Ese es uno de los presupuestos más grandes de cualquier empresa privada en el mundo.

Todo esto ocurre en medio de una confluencia de grandes tendencias que están realineando la fabricación de chips. En un extremo, la industria es un hervidero de competencia e innovación. Los diseños de chips establecidos, incluidos los de AMD, Nvidia e Intel, el mayor fabricante de chips del mundo por ingresos, están siendo desafiados por nuevas creaciones. Gigantes de la web como Amazon y Google -que ya son grandes clientes de los proveedores tradicionales- están elaborando sus propios diseños. A ellos se suma un grupo de nuevas empresas, deseosas de capitalizar la demanda de hardware adaptado a las necesidades de inteligencia artificial, redes u otras aplicaciones especializadas.

Todo esto sería sin duda una gran noticia para la economía, si no fuera por lo que está sucediendo en el otro extremo, en las fábricas donde esos diseños se convierten en circuitos electrónicos grabados en fragmentos de silicio. Los crecientes costos de mantenerse al día con el avance de la tecnología significan que la explosión de diseños de chips se canaliza a través de un número cada vez menor de empresas capaces de fabricarlos. Solo tres empresas en el mundo pueden producir procesadores avanzados: Intel, TSMC -cuyo sede es una isla que China reclama como su territorio-, y Samsung de Corea del Sur, con un vecino despótico con armas nucleares al norte. La Asociación de la Industria de Semiconductores, un organismo comercial estadounidense, calcula que el 80% de la capacidad mundial de fabricación de chips ahora reside en Asia.

La lista pronto se reducirá a dos. Intel, que ha impulsado la vanguardia de la industria durante 30 años, ha tropezado. El 18 de enero, los informes de noticias sugirieron que la compañía podría comenzar a subcontratar parte de su propia producción a TSMC, que la ha superado.

Y la industria fundamental de la economía mundial parece preparada para polarizarse aún más, hacia una efervescencia cada vez mayor en el diseño y una producción cada vez más concentrada. Esta nueva arquitectura tiene consecuencias de gran alcance para los fabricantes de chips y sus clientes, que, en la actualidad, incluye a prácticamente todas las empresas.

Durante años, las empresas de tecnología compraron chips listos para usar. En sus 44 años de historia, Apple ha adquirido microprocesadores para sus computadoras de escritorio y portátiles de Mos Technology, Motorola, IBM y finalmente Intel. Sin embargo, poco después del lanzamiento del iPhone, en 2007, la empresa decidió hacerlo sola. Las versiones posteriores del teléfono inteligente emplearon sus propios diseños, fabricados primero por Samsung y luego por TSMC. Ese enfoque resultó tan exitoso que en 2020 Apple anunció que también reemplazaría los productos de Intel por otros hechos a medida.

Dos años antes, Amazon Web Services, la unidad de computación en la nube del gigante del comercio electrónico, comenzó a reemplazar algunos chips Intel en sus centros de datos con sus propios diseños "Graviton". Amazon afirma que sus chips son hasta un 40% más rentables que los de Intel. Casi al mismo tiempo, Google comenzó a ofrecer un chip personalizado, diseñado para impulsar los cálculos de inteligencia artificial, a sus clientes en la nube.

Baidu, un gigante de las búsquedas chino, afirma que sus chips de inteligencia artificial "Kunlun" superan las ofertas de Nvidia. Se rumorea que Microsoft, el tercer miembro del triunvirato occidental de la computación en la nube, está trabajando en sus propios diseños de chips.

Números millonarios

Las nuevas empresas inteligentes están demostrando ser muy rentables. Cerebras, una firma estadounidense que diseña chips de inteligencia artificial, ganó uno de US$1200 millones. Un rival británico llamado Graphcore, que ha estado trabajando con Microsoft, fue valorado en US$2800 millones en diciembre. El 13 de enero, Qualcomm, una empresa más conocida por sus chips para teléfonos inteligentes, pagó US$1400 millones por Nuvia, una startup integrada por veteranos del equipo interno de diseño de chips de Apple.

El silicio personalizado era una propuesta dudosa hace una década. Los chips de uso general estaban mejorando rápidamente gracias a la ley de Moore, que sostiene que la cantidad de componentes que se pueden meter en un chip de silicio debería duplicarse cada dos años aproximadamente. Hoy en día, el metrónomo de Moorean se está rompiendo, ya que las peculiaridades de la física fundamental interfieren con los componentes medidos en nanómetros (mil millonésimas de metro). Cada marca tarda ahora más de tres años, señala Linley Gwennap, que dirige Linley Group, una empresa de investigación, y ofrece menos beneficios de los que solía ofrecer.

Eso hace que modificar los diseños para obtener ganancias de rendimiento sea más atractivo, especialmente para las grandes empresas integradas verticalmente. Nadie sabe mejor que Apple exactamente cómo interactuarán sus chips con el resto del hardware y software de un iPhone. Los gigantes de la computación en la nube tienen una gran cantidad de datos sobre cómo se usa exactamente su hardware y pueden ajustar sus diseños para que coincidan.

Y mientras que diseñar sus propios chips antes significaba tener que fabricarlos también, eso ya no es cierto. Actualmente, la mayoría de los diseñadores subcontratan el proceso de fabricación a especialistas como TSMC o GlobalFoundries, una empresa estadounidense. Eliminar la necesidad de tener fábricas propias reduce drásticamente los costos. Una serie de herramientas automatizadas suaviza el proceso. "No es tan simple como diseñar una camiseta personalizada en Etsy", dice Macolm Penn, que dirige la consultora Future Horizons. Pero tampoco está a un mundo de distancia.

Aunque diseñar chips ahora es más fácil que nunca, fabricarlos nunca ha sido tan difícil. Mantenerse al día con la ley de Moore, incluso cuando se desacelera, requiere gastar grandes sumas (y crecientes) en fábricas repletas de equipos ultra avanzados: kit de grabado con plasma, dispositivos de deposición de vapor y máquinas de litografía de 180 toneladas del tamaño de un micro de dos pisos. Después de caer como una proporción de los ingresos totales, el gasto de capital de la industria de los chips está aumentando nuevamente. En términos absolutos, el costo de las "fábricas" de alta tecnología, como se las conoce a las fábricas de chips, ha crecido sin cesar, sin un final a la vista.

El estado de la técnica actual son los chips de cinco nanómetros (aunque "5 nm" ya no se refiere al tamaño real de los transistores como lo hacían las generaciones anteriores). Tanto Samsung como TSMC comenzaron a producirlos en 2020. Sus sucesores de 3 nm vencen en 2022, con 2 nm dibujados unos años después.

Intel afuera

En el cambio de milenio, una fábrica de vanguardia podría haber costado US$1000 millones. Un informe de 2011 de la consultora McKinsey calculó el costo típico de una fábrica avanzada en US$3000/4000 millones. Más recientemente, la fábrica de 3nm de TSMC, terminada en 2020, en el sur de Taiwán, costó US$19.500 millones.

Los tropiezos de Intel lo han dejado abandonado a 10 nm y su jefe, Bob Swan, sin trabajo. Su reemplazo entrante, Pat Gelsinger, deberá decidir si la empresa, que, a diferencia de TSMC, también diseña sus chips, quiere seguir fabricándolos. Los posibles nuevos jugadores se enfrentan a enormes barreras de entrada. La economía de las fábricas las empuja hacia arriba con cada avance tecnológico.

Eso importa. No toda la fabricación de chips requiere tecnología de vanguardia. Los coches utilizan en su mayoría semiconductores más viejos y apagados. La miniaturización puede parecer menos imperativa en centros de datos espaciosos. Pero es crucial: hay algunos cálculos que solo los chips más potentes pueden abordar.

Y es probable que la demanda de estos crezca a medida que el silicio infunde productos desde termostatos hasta tractores en la "Internet de las cosas" superconectada. Entre ellos, los clientes de TSMC y Samsung ya son un "Quién es quién" de la gran tecnología: Apple, Amazon, Google, Nvidia, Qualcomm (y pronto, si las noticias son ciertas, la propia Intel). A medida que cosas como los automóviles se vuelvan más informatizados y se vuelvan eléctricos, los chips que incorporan también se volverán más avanzados. Tesla, un fabricante estadounidense de automóviles eléctricos, ya confía en las fábricas de 7 nm de TSMC para fabricar sus chips autónomos internos.

Duopolio a nanoescala

El duopolio a nanoescala de Asia sigue siendo ferozmente competitivo, ya que Samsung y TSMC se mantienen alertas. Los márgenes operativos de la firma taiwanesa han sido más o menos estables desde 2005, cuando otras 15 firmas operaban a la vanguardia. Pero el punto final lógico del implacable aumento de los costos de fabricación es que, en algún momento, una empresa, con toda probabilidad TSMC, podría ser la última fábrica avanzada en pie. Durante años, dice un veterano de la industria, la mayoría de los jefes de tecnología ignoraron el problema con la esperanza de que desapareciera. No pasó.

Esas preocupaciones se ven agudizadas por la creciente importancia política de la industria. Como parte de su guerra económica contra China, Estados Unidos ha tratado de negar a las empresas chinas la capacidad de construir sus propias fábricas de chips de vanguardia. China ha puesto a los semiconductores en el centro de un plan multimillonario para volverse autosuficiente en tecnologías críticas para 2025, especialmente ahora que las sanciones estadounidenses la han privado de algunas importaciones extranjeras.

Las fuerzas estructurales detrás del aumento de la concentración llegaron para quedarse. Estados Unidos, preocupado por perder el acceso a las fábricas más avanzadas, ha dado dádivas a TSMC a cambio de una fabulosa en Arizona. Samsung puede expandir el que ejecuta en Texas. Otro paquete de subsidios e incentivos está esperando financiamiento del Congreso. La Unión Europea, que tiene focos de alta tecnología en Bélgica y los Países Bajos, quiere más. En diciembre, 17 países de la UE acordaron gastar decenas de miles de millones en efectivo para estímulos posteriores a la pandemia para intentar crear fábricas de vanguardia a mediados de la década. La historia de la industria de los chips sugiere que estas sumas solo se volverán más atractivas con el tiempo.

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