La microelectrónica nos rodea. Basta pensar en todos los artefactos que envuelven nuestra vida cotidiana: el conmutador del climatizador del coche, el sistema por el que la unidad del control del motor entrega la potencia al coche, el programador del lavavajillas. Todo se basa en la microelectrónica y dentro de ella están los semiconductores.
Para muchas personas, el semiconductor representa un invento tan disruptivo y revolucionario como lo fueron en su momento el control del fuego, la rueda, la imprenta, el control de las ondas de radio o el transformador eléctrico.
Y el reducido tamaño de los semiconductores es realmente increíble puesto que en una moneda de un céntimo de euro pueden entrar más de 20.000 millones de transistores. Pero esa sorprendente cifra se ha quedado obsoleta, dado que la industria de los procesadores sigue evolucionando y jibarizando el límite físico de estos dispositivos. Ya hay empresas como Samsung que producen chips de 5 nanómetros. Pero la gigante Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), líder indiscutible del sector, ya fabrica chips de 3 nanómetros. Para tener idea de las dimensiones microscópicas que esto representa, sirva recordar que un nanómetro equivale a una millonésima parte de un milímetro; en otras palabras, un cabello humano promedio tiene aproximadamente 60.000 nanómetros de espesor. En la fabricación de chips se utiliza esta medida diminuta, el nanómetro. para medir la separación existente entre los transistores, que son las puertas lógicas básicas en el tratamiento de la información. Una analogía para comprender la dificultad de alcanzar esta tecnología es que la pared de una célula mide unos 10 nanómetros. Otro símil: El tamaño de un átomo típico es de 0,32 nanómetros.
En definitiva, la miniaturización de los transistores permite la reducción del tamaño de los sensores, esenciales para el perfecto funcionamiento de la fábrica del futuro o de la Internet Industrial de las Cosas (IIoT).
La firma Carsan, por ejemplo, se ha aprovechado de los avances de esta tecnología horizontal. Esta pyme se dedica al “renting textil y lavandería industrial” y toda la ropa que entrega limpia y planchada a hoteles y hospitales lleva incorporada un microchip, una etiqueta casi invisible, que garantiza la trazabilidad de la toalla o la sábana, además de recoger otros datos relevantes como el cliente, o su entradas y salidas. El caso de Carsan fue uno de los ejemplos prácticos de aplicación de la industria 4.0 que se mostraron durante el III Congreso Getafe Industria 4.0 celebrado esta semana.
Los semiconductores forman parte del club de los 12 Proyectos Estratégicos para la Recuperación y Transformación Económica (PERTE) ya aprobados por el Consejo de Ministros. Este PERTE, adoptado hace ahora casi un año, tiene como objetivo “reforzar las capacidades de diseño y producción de la industria de la microelectrónica y los semiconductores en España desde una perspectiva integral y favorecer la autonomía estratégica nacional y de la UE en este sector, en línea con lo previsto en la Ley Europea de Chips”. Está previsto que este proyecto estratégico movilice una inversión pública de 12.250 millones de euros hasta 2027 y active a su vez un importante volumen de inversión privada.
El PERTE Chip se desarrolla en torno a cuatro ejes estratégicos que abarcan toda la cadena de valor de la industria en distintas fases: concepción, diseño, producción de chips y dinamización de la fabricación de productos electrónicos TIC, para que actúe como generadora de demanda de los microchips producidos, e impulso al ecosistema emprendedor de semiconductores. Esta visión integral ejercerá un efecto multiplicador para el conjunto de la economía española.
Este Proyecto, el más ambicioso de todos hasta la fecha a nivel presupuestario, tiene cuatro ejes:
1.- Refuerzo de la capacidad científica. Con actuaciones para fortalecer la I+D+i sobre microprocesadores de vanguardia y arquitecturas alternativas (475 millones) y la fotónica integrada (150 millones), desarrollar chips cuánticos (40 millones) y lanzar una línea de financiación para reforzar el Proyecto Importante de Interés Común Europeo (IPCEI) de Microelectrónica y Tecnologías de la Comunicación, presupuestada en 500 millones. En total se prevé una inversión de 1.165 millones de euros para el periodo 2022-2027.
2.- Estrategia de diseño. Esto incluye actuaciones que potenciarán la capacidad española en el diseño de microprocesadores mediante la creación de empresas fabless (cuyos diseños pueden ser fabricados por otros, sin necesidad de tener una fábrica propia o foundry) de diseño de microprocesadores de vanguardia y arquitecturas alternativas (950 millones de euros); líneas de pilotos de pruebas (300 millones); red de educación, formación y capacitación en materia de semiconductores (80 millones). Se destinarán 1.330 millones de euros para este eje.
3.- Construcción de plantas de fabricación. Para dotar la capacidad de producción nacional de semiconductores en la fabricación de tecnología de vanguardia, por debajo de 5 nanómetros (7.250 millones), y de gama media, por encima de 5 nanómetros, 2.100 millones. La inversión pública presupuestada es de 9.350 millones de euros.
4.- Dinamización de la industria de fabricación TIC. Contempla actuaciones como la creación de un fondo de capital centrado en los chips para financiar startups, scaleups y pymes innovadoras del sector de semiconductores nacional, con una dotación pública inicial de 200 millones de euros. También se dirige a fortalecer la producción interna de la fabricación de productos electrónicos –que utiliza los microchips como input- para que ejerza de sector tractor sobre la industria de los semiconductores y absorba parte de su producción. El presupuesto estimado asciende a 400 millones de euros.
El comisionado especial para este PERTE, que depende del Ministerio de Asuntos Económicos y Transformación Digital (MINECO), se llama Jaime Martorell. Experto en el sector de la microelectrónica y de las telecomunicaciones, y uno de los pioneros en Silicon Valley, la meca tecnológica mundial, Martorell fue en 1987 director general de AT&T Microelectrónica, la fábrica de chips que hubo en Tres Cantos (Madrid). Luego fue presidente de Motorola en España y director general de ONO, solo por mencionar algunos de los cargos que ha ocupado. Es, por consiguiente, una voz muy autorizada y experimentada.
Martorell considera que el sector de la microelectrónica y semiconductores juega “un papel fundamental en la transición hacia una economía más verde, más digital y más soberana, que son los pilares del crecimiento de la industria del futuro”. No obstante, opinó Martorell, también es uno de los sectores “más complejos desde el punto de vista tecnológico y geoestratégico que existen”.
El comisionado compartió algunas reflexiones con los participantes del V Congreso Iberoamericano de Ingeniería y Tecnología (CIBITEC23), celebrado los días 24 y 25 de abril y que industry TALKS cubrió como medio oficial. Una de estas ideas es las consecuencias que tiene la concentración de fabricación de semiconductores que en su día Europa delegó a Asia.
“Hoy por hoy, el 80-85% de la capacidad de fabricación de chips” se encuentra en el continente asiático, “en una zona geopolíticamente estratégica y muy sensible”, dijo Martorell. En concreto, los dos países que más semiconductores fabrican del mundo son Taiwán y Corea del Sur.
“Esta concentración en Asia nos hace dependientes de los chips que se fabrican allí. En cuanto al resto del ecosistema, el diseño se hace mayoritariamente en Estados Unidos, el 75%. En cambio, Estados Unidos, el país donde se gestó la industria de los semiconductores, se amplió y se desarrolló, sólo fabrica el 12% de los chips. Y, además, los chips más avanzados no se fabrican ni siquiera en Estados Unidos. Por tanto, tenemos una situación muy delicada y no sería así si no fuera porque esta industria es vital”, explicó.
Y si Estados Unidos es dependiente. Europa lo es más incluso, puntualizó Martorell en CIBITEC23. La participación del Viejo Continente en la cadena de valor y del diseño ronda el 8% del mercado mundial y sobre todos los productos que se fabrican están más enfocadas a la automoción, donde no son necesarios los chips más punteros.
Este contexto es el que motiva la creación del PERTE Chip, en particular, y sendas iniciativas estadounidense y europea, en general. En referencia a los chips, destacó el comisionado especial, es preciso cambiar la situación y “recuperar un porcentaje suficiente de esta producción” para poder ser soberanos.
EEUU se ha marcado el objetivo del 25% de la cuota para 2030. La Unión Europea ha fijado el suyo en el 20% para el mismo periodo de tiempo, lo que significa, en el caso europeo, doblar la producción, pero la previsión del mercado para los chips de aquí al 2030 se multiplicará por dos. ¿Qué significa eso? Que en realidad habrá que multiplicar por cuatro la producción para mantener el ritmo de crecimiento. “Esto es crítico e incluso se puede cuestionar que sea un objetivo realista”, admitió Martorell desde la tribuna de oradores de CIBITEC23. “Para Europa y para Estados Unidos”. ¿Por qué? Porque el proceso de microelectrónica depende no solo de la tecnología en sí misma sino también de unos equipos diseñados expresamente para ello que, hoy por hoy, muchos de ellos tienen un plazo de entrega de cinco años.
Europa ha lanzado una política ambiciosa, la denominada Chips Act, fruto de un acuerdo político alcanzado el pasado 18 de abril y basado en tres pilares básicos:
- Refuerzo de las capacidades de I+D y de líneas de pilotos. “Sin investigación ni desarrollo, sin una ampliación de la capacidad tecnológica de los chips, sin entrar en nuevos mercados como la fotónica o la tecnología cuántica no conseguiremos llegar a este objetivo”, remarcó Martorell.
- Refuerzo de la fabricación, mediante instalaciones First of a Kind (FOAK), es decir, pioneras, novedosas, con capacidades de fabricación que no existen todavía en Europa. “Novedosas no solo en el tamaño de los nodos”, señaló el comisionado gubernamental.
- Marco de gobernanza y supervisión, para evitar futuras crisis de suministro como las evidenciadas durante la pandemia.
“España responde a esta llamada movilizando una serie de recursos a través del PERTE Chip para alinearse, de modo lógico, con la Chips Act entorno a las fortalezas que tenemos”, dijo y citó en concreto el procesador de hardware abierto RISC-V y la fotónica integrada. Esos son dos de los cinco “activos estratégicos” para el PERTE; los otros tres son la computación cuántica, la micronano-fabs (la red española de salas blancas de micro y nano fabricación) y los sectores tractores (automoción, particularmente).
“En estos últimos ocho-nueve meses en los que he estado recorriendo España tanto a nivel académico como empresarial me ha sorprendido agradablemente el nivel que ya tenemos, pero tenemos que construir sobre esto. Y esa es la oportunidad que ofrece el PERTE Chip”, reconoció Jaime Martorell.
“Es una situación trascendental para nuestra industria y nuestro futuro”, resumió.
La microelectrónica es un sector tan estratégico para Europa que forma parte del selectivo programa denominado Proyecto Importante de Interés Común Europeo (IPCEI), igual que lo son el hidrógeno como vector energético o el Cloud Computing. El IPCEI está financiado, con grandes volúmenes de ayuda, por cada Estado miembro, pero coordinado por la Comisión Europea a través de su Dirección General de la Competencia, que vigila que no haya distorsión en el mercado. Estos programas, según explicó en CIBITEC2023 José María Insenser, contacto industrial nacional para el IPCEI de Microelectrónica y Semiconductores, “deben tener un grado importante de innovación y favorecer fundamentalmente a la industria europea”. Este IPCEI sectorial cuenta con cuatro workstreams o flujos de trabajo:
- Sense (captación de datos y sensorización)
- Think (microprocesadores y aceleradores)
- Act (motorización, energías renovables)
- Communicate (redes inalámbricas y ópticas).
Según José María Insenser, España presentó 11 proyectos al IPCEI de Microelectrónica, de los que 10 fueron aprobados, 4 de ellos como direct partners y 6 como associate partners.
En este sentido, la patronal AMETIC, representante del sector de la industria digital en España, constituyó un grupo de trabajo para realizar un mapeo del ecosistema del sector de los semiconductores y conocer así sus fortalezas y debilidades. El mencionado grupo de trabajo también busca dinamizar este ecosistema para aprovechar las oportunidades que ofrece el PERTE Chip. Como anunció el director de Industria Electrónica, Nuevo Emprendimiento y Desarrollo Territorial de AMETIC, Eduardo Valencia, el mapeo ya está disponible en la web de la asociación tras haber sido presentado en la CEOE.
El ecosistema español es “pequeño, pero potente”, remarcó, por su parte, Guillermo Gómez Fontecha, ingeniero industrial adscrito a la oficina del Comisionado para el PERTE Chip. El objetivo, indicó Gómez, apunta a focalizar los esfuerzos en nichos muy concretos con potencial de futuro y “crecer en soberanía tecnológica”.
Los semiconductores son “una materia prima” de primer nivel, en opinión de Gregorio Martín, catedrático de Ciencias de la Computación de la Universidad de Valencia, pues se utilizan para fabricar innumerables productos: teléfonos móviles (26% del total), TIC (24%), ordenadores (19%), industria (12%), automóvil (10%) y otros aparatos electrónicos (9%). Pero no es una materia prima al uso como el cobre. La concepción de los circuitos integrados y de las máquinas que los producen se da en Estados Unidos y en Europa. Holanda, especialmente la empresa ASML tiene el monopolio de las máquinas de litografía extrema ultravioleta. La fabricación de los chips se realiza en Corea del Sur, Japón y Taiwán. China tiene la capacidad de integración, de ensamblado, de testeo, pero no los fabrica. Y los principales clientes son Estados Unidos, China y Europa. Así está el ecosistema.
En marzo, TSMC declaró que estaba considerando la opción de invertir en la construcción de una fábrica en Europa. El periódico financiero taiwanés Commercial Times llegó a publicar que Dresde es la ciudad elegida por TSMC, dado que es el hub de los semiconductores de Alemania. En Dresde tienen plantas de semiconductores las compañías Infineon, Bosch, GlobalFoundries, X-Fab y NXP.
TSMC, que fabrica el 90% de los semiconductores más avanzados de todo el mundo, está terminando la construcción de una planta en Arizona (Estados Unidos) que fabricará chips de 4 y 3 nanómetros, cuya producción en masa comenzará previsiblemente en 2024 y 2026. También está levantando otra en Japón, de procesos de 12nm, 16nm y 22nm, que arrancará su producción industrial en 2024.
