La compañía taiwanesa TSMC prevé invertir 100.000 millones de dólares en los próximos tres años para construir varias plantas de fabricación de semiconductores y ampliar la producción de chips muy avanzados para terceras compañías. Este anuncio de TSMC se solapa con los realizados por Intel, Samsung, SMIC y otras compañías, que también quieren destinar grandes recursos en los próximos años para la fabricación de semiconductores. Con ello, no sólo se debería acabar la actual penuria de chips sino que podríamos asistir a una sobrecapacidad productiva a mediados de esta década, agravada por el interés de Estados Unidos, China, Japón y la Unión Europea en ser lo más autosuficientes posible en la fabricación de semiconductores.
El pasado enero, TSMC anunció que destinaría este año entre 25.000 y 28.000 millones de dólares para el desarrollo de chips avanzados y el aumento de su capacidad productiva. Hace justo una semana, el consejero delegado de la compañía, C.C. Wei, envió una carta a sus clientes en la que aseguraba que planeaba invertir 100.000 millones de dólares hasta 2023 en tecnologías avanzadas de fabricación de semiconductores.
Junto al anuncio de la inversión, TSMC solicitaba a sus clientes que aceptaran un mayor precio de los chips a entregar en los próximos meses y que cancelaba todas las reducciones de precio de los contratos de suministro de obleas durante los cuatro trimestres de 2022, según la carta que ha visto el periódico japonés Nikkei Asia. Wei asegura que la mayor inversión de su compañía responde “a un aumento estructural y fundamental” de la demanda de chips, motivada por grandes tendencias a largo plazo, entre ellas el despliegue de 5G y la informática de altas prestaciones.
TSMC sólo produce el 10% del mercado mundial de chips en valor, pero casi todos los componentes fundamentales de los smartphones están fabricados por TSMC, así como los procesadores de NVidia, entre otros
Wei opina que “esta modesta acción [aumentar precios] es la opción menos disruptiva para las cadenas de suministro de chips y permitirá a TSMC cumplir su misión de suministrar tecnologías de semiconductor líderes y contar con una capacidad de producción sostenible”. Suspender los recortes de precio es una acción inusual para TSMC, consideran los expertos consultados por Nikkei Asia, porque lo habitual es que cada trimestre la compañía taiwanesa baje los precios, conforme aumenta la producción de nuevos chips al ser menor el número de piezas defectuosas y mayor el volumen a suministrar.
TSMC, líder en chips por encargo
TSMC es, desde hace años, el fabricante de chips por encargo más importante del mundo. De hecho, desde que la compañía inició la fabricación de chips hace 35 años, la gran mayoría de su producción ha sido para terceros, lo que en el sector se conoce como “pure-play foundry”, una novedad durante años, porque lo habitual en las últimas décadas del siglo pasado era que las compañías diseñaran y fabricaran los chips que comercializaban.
El crecimiento exponencial de la inversión necesaria para construir una planta avanzada de fabricación de chips, de decenas y centenas de millones a varios miles de millones de dólares, unido al aumento de tamaño y capacidad de las fábricas de chips y a la sofisticación de su actividad, ha provocado que, con los años, muchas compañías se dedicaran sólo a diseñar chips y patentarlos y encargaran a otros su fabricación.
Esta estrategia fue seguida especialmente por las compañías estadounidenses, como Qualcomm, Apple, NVidia o Broadcom, que hacen sus pedidos de chips físicos a TSMC. AMD, que en un principio diseñaba y fabricaba los microprocesadores que rivalizaban con los de Intel, también vendió sus activos fabriles a GlobalFoundries, como una planta construida en Dresde con subvenciones alemanas que aún funciona. Ahora, una parte de los procesadores de AMD están fabricados por GlobalFoundries y la otra, la más avanzada, por TSMC.
TSCM está construyendo una gigantesca planta de chips en Taiwan con tecnología de tres nanómetros, superada la actual de cinco nanómetros, mientras Intel considera que está aumentando la confianza en su tecnología de siete nanómetros
Y es que TSMC, aparte de fabricar muy mayoritariamente por encargo, tiene la particularidad de que su producción es tremendamente avanzada respecto al resto de fabricantes de chips. En la actualidad, la producción de chips de TSMC sólo es comparable a la de Samsung, que también utiliza las técnicas de fotolitografía de chips más sofisticadas, las de ultravioleta extrema, con reglas de diseño de cinco a diez nanómetros y, el año que viene, ambas iniciarán la de tres nanómetros a escala industrial. La diferencia es que Samsung destina una gran parte de su producción a hacer memorias DRAM y NAND, con diseños muy repetitivos, y la otra parte a fabricar circuitos de diseño y consumo propio y también por encargo a terceros.
Desde hace unos meses, por ejemplo, parte de los chipsets SnapDragon de Qualcomm para smartphones los hace Samsung en su planta de Corea del Sur y prácticamente todos los subconjuntos de radiocomunicaciones para smartphones de Qualcomm los fabrica Samsung en la planta que tiene en Austin (Tejas). Esta planta, justamente, se quedó sin electricidad a causa del temporal de frío en el estado norteamericano y está provocando serios problemas de suministro de chips para smartphones.
En el caso de TSMC, casi toda su producción es para terceras compañías, que le envían sus diseños para que los fabrique físicamente con tecnología extremadamente avanzada. El 90% de toda la fabricación de chips por encargo (pure-play foundry) de cinco a diez nanómetros la hace TSMC y el 10% restante Samsung (previsiblemente para Qualcomm). Se trata de un mercado de 21.100 millones de dólares, que es más de una cuarta parte del todo el mercado mundial de chips por encargo, según el gráfico inferior publicado por el Financial Times el 25 de marzo en base a datos de las consultoras Bain, IC Insights y Gartner.
TSMC también acapara casi tres cuartas partes del mercado mundial de chips por encargo de entre 12 y 32 nanómetros, la mitad del menos sofisticado de entre 45 y 90 nanómetros y una cuarta parte del proceso más sencillo. La participación de compañías como el fondo de inversión estadounidense GlobalFoundries, la taiwanesa UMC, la china SMIC o incluso Samsung en el mercado mundial de chips por encargo es relativamente reducida y sólo significativa a medida que baja la sofisticación los chips. Del mercado total de chips por encargo de 75.900 millones de dólares evaluado en el gráfico, TSMC factura cerca de 46.500 millones de dólares, el 80% del total. Y, evidentemente, es el más rentable.
El mercado mundial de semiconductores oscila en torno a los 450.000 millones de dólares, aunque este año quizás superará los 470.000 millones estimados por WSTS. Esto significa que TSMC sólo produce el 10% del mercado mundial de chips en valor. Pero este 10% es altamente estratégico, porque casi todos los componentes fundamentales de los smartphones están fabricados por TSMC (los de Qualcomm, Apple y MediaTek, con la excepción de los que hace Samsung).
TSMC también hace los procesadores para servidores de NVidia, de los ordenadores de Apple que no llevan chips de Intel y gran parte de los chips con diseños de ARM, como tabletas y muchos dispositivos IoT, así como los baratos, pero igualmente fundamentales, microcontroladores para coches. Muchos fabricantes de automóviles se han enterado ahora que sus componentes más sofisticados se fabricaban en una isla diminuta al sur de Japón que, encima, el gigante chino considera que es parte de su territorio y no pierde ocasión en reclamarla.
El chip, eslabón de una gran cadena logística
TSMC se dedica, al final, a insolar y grabar las diminutas pistas que hacen que funcione un circuito integrado en obleas de hasta 45 centímetros de diámetro que compra a otros, con maquinaria adquirida a la holandesa ASML y software de diseño de circuitos de varias empresas, principalmente estadounidenses. Estas obleas grabadas son cortadas minuciosamente en trocitos muy pequeños, denominados chips, que posteriomente son verificados, encapsulados, vueltos a verificar e integrados en otros componentes o directamente en placas base, formando circuitos completos.
A veces, un chip fabricado por TSMC viaja en sus distintas fases un total de 45.000 kilómetros. En otros casos, sólo recorren los 170 kilómetros que separan Taiwan de la China continental. Pero siempre pasan por decenas de manos o equipos automatizados de muy distintas compañías hasta llegar a ser empaquetados en dispositivos electrónicos y facturados a su destino.
Esta cadena de suministro estaba perfectamente engrasada, o al menos lo parecía, hasta finales de 2019. Pero llegó la pandemia, cerraron muchas fábricas, los pedidos de productos acabados cayeron y se echó mano de los stocks existentes para suministrar a las pocas tiendas abiertas. Pasado el susto inicial, particulares y empresas empezaron a comprar ordenadores y portátiles para trabajar o pasar el rato en casa y la demanda de chips y de productos electrónicos empezó a subir.
Como los stocks de chips almacenados a mediados de 2020 se fueron agotando, la industria empezó a hacer más pedidos de los necesarios, con la esperanza de que les llegara algo. Para finales de 2020, la cadena de suministro de chips estaba totamente colapsada. Meses antes, Trump también había contribuido con el drástico embargo a Huawei que impuso a TSMC. Y previendo el embargo, Huawei le había estado comprando a TSMC y a quien tuviera producto todo lo que pudo, agravando la disponibilidad de stocks para otoño, un periodo de fuerte demanda.
Causas naturales adversas
Este primer trimestre de 2021 ha visto nuevas interrupciones de la cadena logística global de chips por causas naturales, como el frío intenso en Tejas, que dejó sin servicio eléctrico dos grandes plantas de Samsung y de otras compañías, aparte de un terremoto que dañó a una planta de Renesas, como se ha indicado. Hace casi un mes, una de las grandes fábricas de controladores para automóviles que Renesas tiene en Japón se incendió, con la previsión de que se tardarían cuatro meses en recobrar la actividad.
La semana pasada, Renesas anunció que podría trasladar parte de la producción de la planta quemada a otra planta que tiene en Japón, sin especificar tampoco cómo y por cuánto tiempo quedaría afectado el suministro de chips vitales para la industria de automóviles, muchas de las cuales han tenido que parar la producción de automóviles precisamente por falta de chips. Otros fabricantes de chips especializados, como las europeas Infineon, STMicroelectronics, NXP o la estadounidense Texas Instruments también están a tope, con muchos retrasos en las entregas.
La escasez de suministros de todo tipo es tan grave que ahora se ha sabido que Apple cancela la producción de parte de sus ordenadores Mac y tabletas iPad, como acaba de publicar Nikkei Asia, por falta de stocks de componentes y se prevé que no se reanude hasta junio. Para los expertos, el parón de Apple revela que la situación es más grave de lo que se pensaba, porque el gran activo de Apple es justamente su maestría a la hora de gestionar su inmensa cadena de suministro y que las compañías le fabriquen y le suministren a tiempo todo lo que necesita.
Para completar el dramático panorama, embarranca un portacontenedores en el canal de Suez, quedando centenares de buques mercantes atrapados durante una semana y agravando el casi colapso ya existente de muchos puertos occidentales. De pronto, al encallarse el Ever Given, de 200.000 toneladas y 400 metros de largo, con espacio para llevar 20.000 contenedores de seis y doce metros de largo cada uno de ellos, se ha visto la importancia estratégica que tienen los contenedores, que fue implantado a partir de 1950 y que es una pieza fundamental de la cadena logística global, casi tanto como el chip en su terreno.
Al igual que el mundo vio al inicio de la pandemia que China y la India controlaban la producción mundial de mascarillas o de medicamentos, resulta que alrededor del 98 por ciento de la producción mundial de contenedores están fabricados en China, según Mai Boliang, consejero delegado de China International Marine Containers (CIMC), y que fabrica alrededor de la mitad de los contenedores mundiales, según South China Morning Post.
CIMC tiene en funcionamiento 20 líneas de producción en su base de Shenzhen, que fabrican el equivalente a 220.000 contenedores de seis metros de largo cada mes, con miles de trabajadores en turnos de 11 horas seis días a la semana, y ni así dan abasto a la explosiva demanda. El precio de un contenedor estándar de seis metros se ha más que duplicado en un año, hasta superar los 3.500 dólares cada uno. El flete, evidentemente, también se ha disparado, y cuesta además encontrar contenedores en los puertos asiáticos, porque no han vuelto muchos que están en Occidente, a la espera de descargar y volver a cargar mercancías.
Intel subcontrata a TSMC e invierte en nuevas plantas
En medio de este panorama de fabricación de chips avanzados totalmente desbordado, Pat Gelsinger, el nuevo consejero delegado de Intel, con apenas un mes en el cargo, desveló el pasado 23 de marzo su compromiso de invertir 20.000 millones de dólares hasta 2024 en la construcción de dos nuevas plantas de fabricación de chips en Arizona, que entrarían en funcionamiento en 2024, y la actualización de otras ya existentes en otros países, como Israel o Irlanda.
El plan esbozado por Gelsinger es que Intel siga fabricando la gran mayoría de sus chips en sus propias plantas, pero con una mayor dependencia de terceros en la producción a corto plazo de chips, y en apostar por la fabricación de chips para terceros a partir de 2023. Todo ello, con el acuerdo con varias compañías, entre ellas IBM, para el desarrollo de estructuras de transistores avanzados que le pemitan seguir reduciendo las reglas de diseño de los chips.
El plan es disponer la tecnología de cinco nanómetros hacia 2023, de tres nanómetros hacia 2025, de dos nanómetros hacia 2027 y de 1,4 nanómetros hacia 2029, según una diapositiva presentada por el fabricante holandés de líneas de producción ASML en una conferencia en el congreso IEDM, muy especializado en el futuro de los chips, y sobre una dispositiva previa de Intel de mayo de 2019, como se ve en los dos gráficos inferiores, extraidos de Anandtech.
A mediados de febrero, en la también muy especializada Conferencia internacional de circuitos de estado sólido (ISSCC), Mark Liu, presidente de TSMC, detalló la hoja de ruta de las reglas de diseño de sus chips. En el gráfico inferior, se ve que el año pasado las reglas de diseño de cinco nanómetros estaban muy avanzadas en el caso de TSMC, para ser optimizadas a lo largo de este año, y empezar el que viene con las de tres nanómetros, con las mejoras de densidad de integración, velocidad y ahorro de energía que figura en el gráfico inferior.
El avance de TSMC respecto a Intel en tecnología de integración de chips es, como mínimo, de tres años y cerca de dos tecnologías de integración completas, suponiendo que Intel logre en el futuro una cadencia de dos años para avanzar en cada generación, que en los últimos no ha conseguido. La medida en nanómetros no se corresponde ahora con la realidad de la distancia entre transistores, pero da una idea del salto entre sucesivas tecnologías de integración de semiconductores.
Fuente: Semiconductor Digest
El plan de Intel es contribuir a reducir la penuria actual de chips con su inversión de 20.000 millones de dólares hasta 2024. Gelsinger confirmó además, por primera vez, que Intel utilizará los servicios de TSMC para fabricar algunos de sus procesadores más avanzados en 2023 y anunció también la creación de un negocio de fabricación de chips para terceros, llamado Intel Foundry Services.
La cuestión que plantea Bloomberg en un artículo de opinión, en el que coinciden muchos especialistas, es la dificultad de que Intel consiga clientes en 2023 para fabricarles chips avanzados si por aquel entonces Intel recurre a TSMC para que le haga sus chips más avanzados. A no ser que haya imposición por parte del cliente final (por ejemplo, el Ministerio de Defensa) de que los chips sean exclusivamente Made in USA, se ve difícil que logre muchos contratos.
En cualquier caso, la inversión prevista por Intel hasta 2024 será superada este mismo año por TSMC y multiplicada por cinco en tres años, si se cumplen los planes explicados por Wei a sus clientes por carta de invertir 100.000 millones de dólares. TSMC ya está construyendo una planta de 12.000 millones de dólares en el estado de Arizona, como quiere hacer Intel, anunciada el pasado mayo a instancias de Trump. Y en el sur de Taiwan, TSMC está a punto de completar una gigantesca planta de chips de 160.000 metros cuadrados (equivalente a un cuadrado de 400 metros de lado o 16 manzanas del ensanche de Barcelona) con tecnología de tres nanómetros.
Samsung, por otro lado, planea invertir en la fabricación de semiconductores alrededor de 116.000 millones de dólares hasta 2024, según anunció hace unos meses, aunque el grueso de la inversión será para hacer memorias de semiconductor, que también requieren la utilización de tecnología de fabricación punta. Mientras, Gelsinger dijo la semana pasada a los inversores que “la confianza en la tecnología de siete nanómetros [de Intel] está aumentando”.
China, por su parte, acaba de exonerar el pago de impuestos a las compañías que adquieran equipos para fabricar y diseñar chips, junto al continuo anuncio de importantes inversiones en los próximos años para reducir su dependencia de Taiwan y otros países y ser el máximo de autosuficiente. Y la Comisión Europa planea invertir 10.000 millones de dólares en este decenio también para fabricar chips avanzados. Todos quieren atrapar a TSMC o, como mínimo, que los chips más avanzados no dependan totalmente de ella.
El próximo lunes, está prevista una cumbre en la Casa Blanca para que la Administración de Biden analice y busque alternativas con los fabricantes de semiconductores y de la industria automovilísitica a la actual penuria de chips. Entre los invitados se encuentran Samsung, General Motors y GlobalFoundries, entre otros. Joe Biden, presidente de Estados Unidos, ha propuesto una inversión de 50.000 millones de dólares para el desarrollo de semiconductores y la industria está presionando para conseguir mayores exenciones fiscales para hacer chips en su país. Si los chips ya obsesionaban a Trump a finales de su mandato, ahora el tema es prioritario para Biden, mucho más incluso que el 5G.