TSMC, el fabricante taiwanés de chips por encargo, iniciará este segundo semestre la producción industrial de semiconductores con la tecnología de proceso N3, la más avanzada de toda la industria en densidad, consumo de energía y prestaciones globales de los chips fabricados. El año pasado, TSMC lideró el mercado mundial de semiconductores con el 26% de la producción total (excluyendo las memorias) y espera seguir aumentándolo, gracias a su expansión en el mercado 5G y de aplicaciones informáticas de alto rendimiento (HPC). Únicamente le hace sombra Samsung, a pesar de que aún tiene problemas en la producción de chips de muy altas prestaciones, porque el tercero en discordia, Intel, sigue anclado en su tecnología de fabricación de hace más de un lustro.
El miércoles pasado, con motivo de la asamblea general y la presentación de la memoria de 2021, el presidente del consejo de TSMC, Mark Liu, y su consejero delegado, C.C. Wei, se mostraron sumamente confiados con el porvenir de su empresa, gracias a su producción fiable y continuamente ampliada de semiconductores avanzados. Esta situación de TSMC contrasta con la del resto de la industria, que se enfrenta a numerosos retos de eficiencia productiva, de aprovisionamiento de materiales y líneas de producción y de talento y mano de obra cualificada, que hace temer que seguirá sin poder cumplir con sus compromisos de entregas de semiconductores a sus clientes, incluso el año que viene.
En la memoria de 2021 , se oficializa un aumento de la facturación de TSMC el año pasado del 24,9% respecto a 2020 e incrementos constantes de la facturación durante doce años consecutivos. En la asamblea, Liu reiteró su objetivo de aumentar la facturación este año el 30%, respecto a la de 2021. TSMC está entrando en un periodo de alto crecimiento estructural, gracias a la fuerte demanda de redes y móviles 5G y de aplicaciones de alto rendimiento, que disparan las necesidades de chips mucho más avanzados, dijo Liu.
TSMC tiene resuelta la producción de chips altamente competitivos durante los próximos tres años, según anunció en su asamblea anual
La producción masiva del proceso de fabricación de chips N5 (referido coloquialmente a chips de 5 nanómetros, aunque esta medición poco tiene que ver ahora con la distancia física entre transistores) está entrando en su segundo año y ya representa el 19% de todas las ventas de obleas de la compañía taiwanesa. La tecnología de proceso N4P, una versión mejorada de la N5, fue introducida el pasado octubre y se espera que entre en producción masiva a lo largo de este próximo semestre. La N4P y la N4X, la extensión de la N4P, logran una mejora de las prestaciones del 11% y 13%, respectivamente, respecto a la N5. Se prevé que la N4X entre en producción masiva durante el primer semestre del año que viene y será la primera en enfocarse en chips informáticos de alto rendimiento, básicamente para centros de proceso de datos.
Entra en juego la generación de chips N3
C. C. Wei confirmó que a finales de año se empezarán a fabricar chips con la tecnología N3 en grandes cantidades y que la versión mejorada, la N3E, entrará en producción un año después, con lo que progresivamente los chips llamados de 3 nanómetros irán desplazando a los actuales de 5 nanómetros para las aplicaciones más exigentes. El consejero delegado de TSMC aseguró, además, que el desarrollo de la siguiente tecnología de fabricación de chips, la N2, sigue su curso previsto.
Para los próximos diez años, a la industria de semiconductores se le presentan muy buenas oportunidades, gracias a la transformación digital y a la robusta demanda de coches eléctricos y aplicaciones HPC, así como de redes móviles. Wei reconoció, sin embargo, que la demanda de smartphones, ordenadores y productos de electrónica de consumo está bajando. Esto ha hecho que la compañía ajuste su portafolio de productos hacia los que ofrecen un mayor rendimiento, con más prestaciones y menor consumo de energía debido a la mayor densidad de integración de sus chips. Con la tecnología de proceso N3, queda claro que las posibilidades de los chips serán mayores que con la N5 y las N4P y N4X.
Mark Liu, a la izquierda, y C. C Wei, máximos responsables de TSMC.
Las buenas expectativas proclamadas por ambos directivos de TSMC y la continuidad de la curva de integración de los semiconductores en los próximos años y la hoja de ruta de la empresa, que se pueden ver impresas en la memoria anual, no evita que también haya cierta preocupación por el aumento de los costes de las materias primas, de la construcción de las plantas de fabricación, de las líneas de producción y de la falta de talento y de mano de obra cualificada, así como de los problemas de suministro de todo tipo.
Samsung negocia con ASML la rápida entrega de líneas de fabricación de semiconductores avanzadas, al precio que sea, para abastecer la demanda
TSMC puede no tener tantos problemas para suministrar chips a sus clientes como el resto de la industria, pero también se ve afectada. La cadena de suministro de un chip es muy larga y con la oblea fabricada, o incluso cortada en pequeños trozos o chips, que es lo que se hace en Taiwán, sólo es el primer paso. La pandemia en la isla, que ya ha provocado que haya más de dos millones de infectados por la Covid en los dos últimos meses, es otra de las preocupaciones.
Tanto es así que TSMC alquiló un hotel para su asamblea anual y pidió a sus centenares de accionistas que la siguieran grabada y retransmitida en directo desde habitaciones separadas y distribuidos en muy pequeños grupos, mientras los directivos de TSMC hablaban en una sala vacía. TSMC, como todo Taiwán, se toma tanto o más en serio que la China continental la Covid, lo que ha permitido que su producción de chips siguiera con más o menos normalidad estos dos últimos años.
Costes más elevados de lo previsto en EE UU
Mark Liu reconoció en la asamblea, por primera vez en público, que los costes de construcción de su planta de fabricación de chips en Estados Unidos son más elevados de lo previsto y que la contratación de personal adecuado es todo un reto. La localización de la planta en Arizona, al sur de Estados Unidos, tampoco facilita las labores de construcción, porque hace un calor sofocante.
Liu quiso quitar hierro al problema del reclutamiento en Estados Unidos, al señalar que encontrar ingenieros y técnicos en Estados Unidos “es más difícil que en Taiwán, pero lo estamos logrando y por ahora tenemos las personas que necesitamos”. En el caso de Arizona, el hecho de que también Intel y Samsung estén construyendo plantas puede hacer que sea más competitiva la cadena de suministro en los próximos años, señaló. En Arizona se tiene la ventaja de que el terreno es abundante y se dispone de agua, un recurso sumamente escaso en California, donde antes estaban ubicadas las grandes plantas estadounidenses de chips.
Imagen de la planta de TSMC en Phoenix (Arizona), en septiembre del año pasado.
En la planta que TSMC está construyendo al norte de la capital del estado, en Phoenix, la inversión inicialmente prevista es de 12.000 millones de dólares. Se empezarán a fabricar chips en 2024, con la tecnología N5, y TSMC calcula que a un ritmo de 20.000 obleas mensuales. Para cuando esté terminada la planta estadounidense, la compañía ya tendrá a pleno rendimiento su tecnología de proceso N3 en Taiwán. Los chips de TSMC que se fabriquen en Estados Unidos se destinarán principalmente a componentes usados en los smartphones y ordenadores.
Es habitual que las fábricas más avanzadas de semiconductores se construyan primero en el país de origen de las compañías y años más tarde se repliquen en el exterior. Es lo que siempre ha hecho Intel: la planta que está haciendo en Oregón dispondrá de tecnología punta cuando entre en funcionamiento y la que ahora está ampliando en Irlanda y dentro de unos años en Alemania, gracias en parte a las subvenciones de la Unión Europea, utilizarán la tecnología de proceso probada unos años antes por Intel en Estados Unidos. Samsung hace lo mismo: las plantas más avanzadas las tiene en Corea del Sur y después cuenta con otras en China y en Estados Unidos.
Liu reiteró su compromiso en construir plantas de fabricación de chips fuera de Taiwán, como hará en Japón gracias a su acuerdo con Sony o está haciendo en Estados Unidos, pero a la vez defendió la importancia de ampliar la producción de chips en Taiwán. “Se habla de las tensiones geopolíticas en torno a Taiwán y de si es una zona ideal para tener tantas plantas”, concedió, pero añadió que “políticamente, si existe una buena y deliberada cooperación internacional, Taiwán es un sitio muy estable para fabricar chips”. Respecto a fabricar chips en Europa, Liu dijo que se está evaluando la posibilidad, “aunque se está muy lejos de tener planes concretos”.
Liu desdeñó la posibilidad de que Estados Unidos se alíe con Japón y Corea del Sur para hacer frente al dominio de su compañía en la fabricación de chips avanzados, como se había especulado con la visita del presidente Joe Biden a Japón y a una fábrica de Samsung en Corea del Sur. La fabricación avanzada de un chip no es algo que se pueda conseguir a base de imitar a otros sino a base de destinar durante muchos años ingentes cantidades de dinero y de talento, dijo Liu, aunque, aclaró, no se pueden tomar a los rivales a la ligera.
Gira del responsable de Samsung en Europa
Precisamente, Lee Jae-Yong, heredero del conglomerado de Samsung y vicepresidente de la compañía surcoreana, está estos días de visita en Holanda, después de pedir permiso para salir al exterior a las autoridades de su país, por “razones de interés nacional”, ya que se encuentra bajo vigilancia judicial. El motivo principal es reunirse con Peter Wennink, consejero delegado de ASML, la única compañía capaz de construir líneas de producción de semiconductores con tecnología ultravioleta extrema (EUV, en inglés), imprescindible para conseguir una fotolitografía tan precisa y diminuta.
El mandatario de Samsung viene con la chequera en el bolsillo, dispuesto a firmar la cantidad que sea con tal de que ASML le suministre rápido líneas de producción de chips. Pero Wennink ya le había advertido que la demanda de sus productos excede ampliamente a su capacidad de producción, aunque se haya aumentado notablemente en los últimos meses y años. ASML se siente, además, muy presionado últimamente por Washington y Pekín para que también les venda equipos. TSMC es también uno de los grandes clientes de ASML pero, al parecer, fue el primero que le pasó hace tiempo los pedidos para los próximos años mientras que otros, como Intel, se han despertado más tarde. Al tiempo, China presiona para que ASML no haga ningún caso a los dictados de Washington.
ASML cuenta con más de 5.000 suministradores de todo el mundo de componentes altamente sofisticados, que también tienen problemas para abastecerse de materias primas y enviar los productos terminados a ASML. Y aumentar la producción de un componente tampoco es tarea sencilla, porque lleva mucho tiempo y destinar personal altamente cualificado. Cada línea de producción EUV de ASML tiene un precio de tarifa de 150 millones de dólares la unidad y requiere varios meses de montaje, aparte del desplazamiento de varios aviones con material.
Samsung anunció a finales de mayo un plan de 356.000 millones de dólares para invertir en la fabricación de semiconductores durante los próximos cinco años y así abastecer a la demanda insaciable que se prevé en la próxima década. Samsung, además, fabrica dos tipos distintos de semiconductores: los de memoria, tipo DRAM o NAND flash, que son diseños muy repetitivos altamente integrados, y los de componentes más o menos a medida, como procesadores o controladores. Sus posibilidades inversión son así más amplias y diversificadas; aunque siempre se trate de fabricar chips, los ciclos de oferta y demanda no son los mismos.
Los rivales principales de Samsung para el primer tipo de chips son su compatriota SK Hynix, la estadounidense Micron o la unión de Toshiba y Western Digital, ahora llamada Kioxia. Para el segundo tipo, el rival es sobre todo TSMC, ya que Intel fabrica fundamentalmente microprocesadores estandarizados y otras compañías, muchas de ellas europeas, se dirigen principalmente a chips para sectores verticales como automoción o procesadores digitales de señal (DSP) y son más pequeñas.
Buscar una alternativa fiable a TSMC
Para no depender tanto de TSMC, compañías estadounidenses como Qualcomm y Broadcom han intentado pasar pedidos de sus diseños de chips más sofisticados a Samsung e Intel, con relativo éxito porque la maestría de TSMC es difícil de conseguir. Un ejemplo reciente es el nuevo procesador M2 diseñado por Apple y fabricado en exclusiva por TSMC, como su predecesor M1, y que está dejando en evidencia a los venerables diseños de Intel con su arquitectura x86. AMD también está ganando mucha cuota a Intel con sus diseños de procesadores x86 fabricados por TSMC y GlobalFoundries, antiguo accionista. Y NVidia está consiguiendo mucho prestigio en el mercado de procesadores para servidores de alto rendimiento, con sus diseños fabricados por TSMC y que compiten con los de AMD e Intel. Es lógico que tanto Apple como NVidia desearan tener un suministrador alternativo a TSMC, por ahora difícil.
Para Samsung, crecer en el mercado de chips de alto rendimiento es fundamental, porque es donde se prevé el mayor crecimiento y donde los márgenes de beneficio son más elevados. Pero también es el caso de Intel, que en los últimos años no ha crecido apenas su facturación mientras que la de TSMC, Samsung y otros fabricantes más pequeños se ha disparado. Para Estados Unidos, conseguir que Intel despegue es una prioridad, porque así aumentaría todo el ecosistema estadounidense de semiconductores.
La rivalidad creciente entre los tres grandes fabricantes de semiconductores (TSMC, Samsung e Intel) plantea sin embargo crecientes dudas de rentabilidad a medio plazo. Mientras las inversiones anuales en líneas de fabricación de semiconductores rondaban los 40.000 millones de dólares entre 2012 y 2017 y los 60.000 millones durante los tres años siguientes, en 2021 se superaron los 90.000 millones y para este año se prevén rozar los 105.000 millones de dólares.
Cierto es que la facturación mundial de semiconductores será casi de 650.000 millones de dólares este año, 100.000 millones más que el año pasado, pero tampoco está claro que se pueda mantener este ritmo de crecimiento de la facturación cuando las inversiones actuales en líneas de fabricación entren a pleno rendimiento dentro de dos o tres años.
Es razonable pensar que la oferta empiece a superar la demanda a medio plazo y caigan, en consecuencia, los precios. Pero también está claro que el optimismo de TSMC para los próximos dos o tres años está justificado. El problema, a fin de cuentas, es vislumbrar qué pasará a partir de 2025, un horizonte demasiado lejano para los políticos y ejecutivos actuales, preocupados, con razón, por la situación actual a todos los niveles.