Se abre un nuevo frente en el conflicto entre EE.UU. y China por los chips

“El envasado es el nuevo pilar de la innovación en el sector de los semiconductores: cambiará drásticamente la industria”, afirma Jim McGregor, fundador de la empresa de análisis tecnológico Tirias Research

Huawei Teardown Shows Chip Breakthrough in Blow to US Sanctions
Por Jane Lanhee Lee - Ian King - Mackenzie Hawkins - Jillian Deutsch
21 de noviembre, 2023 | 10:43 AM

Bloomberg — El Presidente Joe Biden ha adoptado una doble estrategia para frenar el avance tecnológico de China: restringir el acceso de Pekín a los chips más avanzados y reforzar la producción de semiconductores en Estados Unidos.

Está a punto de aumentar aún más la presión, centrándose en un campo emergente de la competición por la supremacía tecnológica: el proceso de empaquetado de semiconductores, que se considera cada vez más como una vía para lograr un mayor rendimiento.

Pero Estados Unidos no es el único país que reconoce el potencial del llamado empaquetado avanzado: También China está sacando provecho de un área que no está sujeta a sanciones, captando cuota de mercado mundial y logrando avances que se le niegan en la fabricación de chips de gama alta.

“El envasado es el nuevo pilar de la innovación en el sector de los semiconductores: cambiará drásticamente la industria”, afirma Jim McGregor, fundador de la empresa de análisis tecnológico Tirias Research. Para China, que aún no dispone de las capacidades más avanzadas, “es definitivamente más fácil que se desarrollen” aquí, ya que no está restringida por el gobierno estadounidense. “El envasado podría ayudarles a salvar la distancia”, afirma.

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Hasta hace muy poco, el empaquetado de semiconductores, es decir, el recubrimiento de los chips con materiales que los protegen y los conectan al dispositivo electrónico del que forman parte, era, en el mejor de los casos, una actividad secundaria de la industria. Así que se subcontrató, principalmente a Asia, con China como principal beneficiaria: en la actualidad, Estados Unidos representa sólo el 3% de la capacidad mundial de envasado, según Intel Corp.

Sin embargo, de repente, el envasado avanzado está en todas partes: Intel apuesta por él como parte fundamental de la estrategia del gigante estadounidense de los chips para recuperar la competitividad; China lo ve como un medio de desarrollar la capacidad nacional de semiconductores; y ahora Washington recurre a él como parte de sus propios planes de autosuficiencia.

Más de un año después de la entrada en vigor de la Ley CHIPS y de Ciencia, la administración Biden ha esbozado planes para un Programa Nacional de Fabricación Avanzada de Embalajes de 3.000 millones de dólares, tras nombrar recientemente a un director para el centro. El objetivo es crear múltiples instalaciones de envasado de gran volumen para finales de la década, dijo la Subsecretaria de Comercio Laurie Locascio - y reducir la dependencia de las líneas de suministro asiáticas que suponen un riesgo para la seguridad que Estados Unidos “simplemente no puede aceptar”.

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El presidente “ha convertido en una prioridad garantizar el liderazgo de Estados Unidos en todos los elementos de la fabricación de semiconductores, de los cuales el envasado avanzado es una de las áreas más apasionantes y críticas”, declaró Robyn Patterson, portavoz de la Casa Blanca.

Los envases avanzados se están convirtiendo rápidamente en un nuevo frente en el conflicto mundial sobre los chips.

La administración se ha centrado hasta ahora en las subvenciones para que la fabricación de chips vuelva a Estados Unidos, pero “no podemos ignorar el embalaje porque no se puede hacer una cosa sin la otra”, dijo el representante Jay Obernolte, republicano de California y uno de los dos vicepresidentes del Grupo de Inteligencia Artificial del Congreso. “No importaría que el 100% de la fabricación de chips se hiciera en el país si el empaquetado se hiciera en el extranjero”, añadió.

El ensamblaje, las pruebas y el empaquetado -que suelen considerarse en conjunto como la fabricación “back-end”- siempre ha sido el extremo menos glamuroso de la industria de semiconductores, con menos innovación y menor valor añadido que el negocio “front-end” de fabricar chips con características que se miden en milmillonésimas de metro. Sin embargo, el nivel de sofisticación está aumentando rápidamente a medida que las nuevas tecnologías permiten combinar y apilar chips y mejorar su rendimiento en lo que los ejecutivos del sector denominan un punto de inflexión.

Los envases avanzados no pueden ayudar a China a competir con los semiconductores de vanguardia desarrollados en Estados Unidos, pero permiten a Pekín construir sistemas informáticos más rápidos y baratos uniendo estrechamente diferentes chips. En ese caso, China podría reservar su última tecnología de chips, cara y probablemente disponible en volumen limitado, para la parte más importante del chip y utilizar tecnologías más antiguas y baratas para fabricar chips que realicen otras funciones como la gestión de la batería y el control de los sensores, combinando el conjunto en un potente paquete.

Se trata de una “solución fundamental”, afirma Charles Shum, analista tecnológico de Bloomberg Intelligence. “No se limita a mejorar la velocidad de procesamiento de los chips, sino que permite una integración perfecta de diversos tipos de chips”. Como resultado, “va a remodelar el panorama de la fabricación de semiconductores”.

Pekín lleva mucho tiempo dando prioridad estratégica a las tecnologías de envasado de semiconductores, incluso en el programa Made in China del presidente Xi Jinping anunciado en 2015. Según la Asociación de la Industria de Semiconductores, con sede en Estados Unidos, China posee el 38% del mercado mundial de ensamblaje, pruebas y embalaje, el mayor porcentaje de todos los países. Aunque va por detrás de Taiwán y Estados Unidos en tecnología avanzada, los analistas coinciden en que, a diferencia del procesamiento de obleas, está en una posición mucho mejor para poder ponerse al día.

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China ya cuenta con el mayor número de instalaciones de back-end, incluida la tercera mayor empresa de ensamblaje y pruebas del mundo, JCET Group, que sólo es superada por ASE Group de Taiwán y Amkor Technology de EE.UU. en ingresos. Además, las empresas chinas están ganando cuota de mercado, por ejemplo con la adquisición por parte de JCET de unas avanzadas instalaciones en Singapur y la construcción de una planta de envasado avanzado en su ciudad natal, Jiangyin.

“Para China, una forma de eludir las restricciones a la transferencia de tecnología es el envasado avanzado, porque hasta ahora es un espacio seguro en el que todo el mundo invierte”, afirma Mathieu Duchatel, del think tank Institut Montaigne, experto en China con sede en Taiwán que estudia la geopolítica de la tecnología.

Washington se da cuenta de ello cuando intenta impedir el acceso de Pekín al tipo de tecnologías informáticas avanzadas que podrían utilizarse con fines militares, con un éxito cuestionable.

Cuando Huawei Technologies Inc. lanzó discretamente su teléfono inteligente Mate 60 Pro en septiembre, los halcones chinos en Washington se preguntaron por qué los controles de exportación de EE.UU. no habían podido impedir un desarrollo supuestamente más allá de las capacidades de Pekín.

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En su comparecencia ante la Cámara de Representantes el 19 de septiembre, la Secretaria de Comercio, Gina Raimondo, defendió el objetivo de la administración Biden de impedir el acceso de China a los chips más avanzados y a los equipos necesarios para fabricarlos. Pero se centró en los envases avanzados. EE.UU. necesita aumentar su propia capacidad de embalaje avanzado, dijo, ya que “los chips sólo pueden ser tan pequeños, lo que significa que toda la salsa especial está en el embalaje”.

Una de las razones de la repentina atención prestada a esta salsa especial es su necesidad para el tipo de semiconductores de alta potencia necesarios para las aplicaciones de inteligencia artificial. De hecho, la escasez de un tipo concreto de embalaje conocido como Chip on Wafer on Substrate, o CoWoS, es un cuello de botella clave en la producción de los chips de inteligencia artificial de Nvidia Corp.

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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co, el principal fabricante de chips de Nvidia, se comprometió este verano a invertir 3.000 millones de dólares en una planta de empaquetado para ayudar a paliar el bloqueo. El consejero delegado, C.C. Wei, dijo a los inversores en la llamada de resultados del tercer trimestre de la empresa que ésta planeaba duplicar la capacidad de CoWoS para finales del año que viene.

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Aunque TSMC lleva 12 años trabajando en esta tecnología, se trata de un nicho de aplicación que no ha despegado hasta este año, según declaró Jun He, Vicepresidente de Tecnología de Embalaje Avanzado, en una conferencia celebrada en Taipei en octubre. “Estamos creando capacidad como locos”, afirmó Jun He, y añadió que “todo el mundo, probablemente hasta en Starbucks”, habla de CoWoS.

No es sólo TSMC. Micron Inc. está creando una planta de back-end de 2.750 millones de dólares en la India, mientras que Intel ha acordado construir una planta de ensamblaje y pruebas de 4.600 millones de dólares en Polonia y está invirtiendo unos 7.000 millones de dólares en embalaje avanzado en Malasia. La surcoreana SK Hynix declaró el año pasado que tiene previsto invertir 15.000 millones de dólares en una planta de empaquetado en Estados Unidos.

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Intel cuenta ahora con “una tecnología muy exclusiva en el área del embalaje”, declaró en una entrevista su Consejero Delegado, Pat Gelsinger. Todos los que trabajan hoy con chips de inteligencia artificial quieren decir: “Vaya, esta es la forma en que puedo mejorar mis capacidades con chips de inteligencia artificial”.

Algunos analistas pronostican una bonanza para las empresas del sector. Según McKinsey, los chips de alto rendimiento para centros de datos, aceleradores de IA y electrónica de consumo crearán la mayor demanda de tecnologías de envasado avanzadas.

Se prevé que en los próximos 18 meses se multiplique por diez el número de chips fabricados con embalaje avanzado, pero podría llegar a multiplicarse por 100 si se convierte en estándar en los smartphones, según escriben Mark Lipacis y Vedvati Shrotre, analistas de Jeffries, en un informe publicado el 14 de septiembre en el que califican esta tecnología de parte de un “cambio tectónico” en el sector.

La razón, aludida por Raimondo, es que la fabricación de chips se está topando con los límites de la física.

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Los chips han ido mejorando en los últimos cincuenta años en gran parte gracias a los avances en la tecnología de producción. Los componentes contienen ahora hasta decenas de miles de millones de los diminutos transistores que les dan la capacidad de almacenar o procesar información. Pero ahora esa senda de avance, llamada Ley de Moore por el fundador de Intel, se topa con barreras fundamentales que dificultan y encarecen enormemente las mejoras.

La Ley de Moore -más bien una observación- establece que el número de transistores de un chip se duplica aproximadamente cada dos años. A medida que el ritmo de avance se ralentiza y las empresas “no son capaces de suministrar el doble de transistores, a la mitad de coste, al doble de velocidad de reloj y con niveles de potencia más bajos cada dos años, la industria ha empezado a confiar más en las técnicas avanzadas de empaquetado para recuperar el retraso”, escriben Lipacis y Shrotre.

En lugar de atiborrar una pieza de silicio con componentes cada vez más diminutos, muchos diseñadores y empresas pregonan las ventajas de un enfoque modular, de construir productos a partir de varios “chiplets” apretados en el mismo envase.

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Esto explica por qué el especialista holandés BE Semiconductor Industries NV, que fabrica las herramientas utilizadas para los paquetes de chips, ha duplicado su valor a unos 9.800 millones de dólares en los últimos 12 meses, superando dos veces el Índice de Semiconductores de Filadelfia a pesar de una caída en la industria de chips en la segunda mitad de este año.

La empresa holandesa ASML NV, que tiene casi el monopolio de las máquinas necesarias para producir semiconductores de vanguardia, tiene una capitalización de mercado cercana a los 250.000 millones de dólares. La vanguardista planta de fabricación de chips de Intel en la ciudad de Magdeburgo, al este de Alemania, tiene un precio de 30.000 millones de dólares, es decir, más de cuatro veces su compromiso con Malasia.

Sin embargo, entre Magdeburgo, un nuevo emplazamiento en Irlanda y su planta polaca con capacidad para envasado avanzado, “Polonia podría ser en realidad la más importante”, afirmó Gelsinger.

Las empresas chinas también están apostando por este sector. Entre ellas se encuentran Semiconductor Manufacturing International Corp. -el mayor fabricante de chips de China, que fabricó el chip de 7 nanómetros que impulsa el Mate 60 Pro- junto con el líder en IP VeriSilicon y Huawei, según los investigadores con sede en Berlín Jan-Peter Kleinhans y John Lee.

Estas empresas “ven potencial en la utilización de procesos de empaquetado avanzados para lograr mejoras de rendimiento sin depender de procesos frontales extranjeros de vanguardia”, escribieron Kleinhans y Lee, del think tank Stiftung Neue Verantwortung y de la consultora East West Futures, respectivamente, en un informe de diciembre.

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El Departamento de Comercio estadounidense justifica su decisión de centrarse en la fabricación frontal alegando que sancionar los servicios de ensamblaje, prueba y embalaje (APT) perturbaría las cadenas de suministro sin reducir los riesgos para la seguridad nacional. Los servicios APT de China “desempeñan ahora un papel crítico e indispensable en la cadena de suministro mundial” y “no pueden sustituirse fácilmente”, declaró en septiembre el Instituto Nacional de Normas y Tecnología de Comercio.

El gobierno de Biden “ha tomado las medidas necesarias para impedir que las tecnologías estadounidenses avanzadas relacionadas con los semiconductores se utilicen de forma que socaven nuestra seguridad nacional, y estamos evaluando continuamente si se justifican medidas adicionales para seguir el ritmo de los avances tecnológicos”, declaró Patterson, portavoz de la Casa Blanca.

La ironía es que atraer a empresas de la talla de TSMC y Samsung Electronics Co. para que construyan plantas de chips de vanguardia en Arizona y Texas no garantiza la autosuficiencia, ya que la actual falta de capacidad significa que las obleas avanzadas que producen esas plantas tendrán que ser enviadas a Asia para ser empaquetadas, muy probablemente en Taiwán.

Para Jack Hergenrother, Vicepresidente de Desarrollo de Sistemas Empresariales Globales de IBM, el envasado avanzado está relativamente “olvidado” en términos de financiación. Quiere que se duplique la dotación para ayudar a impulsar un aumento de la capacidad de envasado en Estados Unidos hasta alcanzar el 10-15% del total mundial, e idealmente llegar al 25% en una década, para garantizar una cadena de suministro segura. “Tener un centro en Norteamérica para el envasado avanzado es importantísimo”, afirmó.

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