Ecosistema necesario para la industria de los semiconductores

El primer transistor fue probado con éxito en 1947, en los Bell Labs, por William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain. Muchos lo consideran la invención más importante del siglo XX. A estos tres investigadores les dieron el Premio Nobel en 1956 por "su investigación en semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor".

La introducción industrial de este nuevo dispositivo cambió el paradigma en la fabricación de los equipos electrónicos. Las pesadas y enormes válvulas dejaban paso a unos componentes que permitían reducir el consumo y el tamaño de los equipos de forma sustancial. Por eso, nuestros abuelos llamaron "el transistor" a la pequeña radio de transistores que apareció en sustitución de la antigua de válvulas, que tenía el tamaño de un microondas actual. 

Después, vino el desarrollo del circuito integrado. Jack Kilby, trabajando en Texas Instruments, demostró el funcionamiento del primer circuito integrado en 1958. En su patente, describió el invento como: "un cuerpo de material semiconductor donde todos los componentes del circuito electrónico están completamente integrados". Como su circuito integrado no era completamente monolítico (es decir, realizado completamente en un único substrato semiconductor), otro personaje lo acompaña en el olimpo de los inventores: Robert Noyce, que desarrolló un año después el primer circuito integrado realmente monolítico, cuando trabajaba en Fairchild Semiconductor.

El número de componentes en un circuito integrado no paró de aumentar desde que se inventó y, de la mano, fue el crecimiento de las prestaciones. Gordon Moore publicó un artículo en 1965 en el que predijo el aumento exponencial del número de componentes en un circuito integrado. Su observación, poco tiempo después, se configuró en la famosa Ley de Moore: "el número de transistores en un circuito integrado se dobla aproximadamente cada dos años".

Esta ley ha funcionado como referencia de la industria de los semiconductores desde aquellos años hasta la actualidad. La miniaturización del transistor ha permitido integrar en un puñado de milímetros cuadrados de silicio miles de millones de transistores.

La referencia de longitud esencial del proceso tecnológico de fabricación (aproximadamente la longitud del transistor) pasó de diez micras en 1971 a 90 nanómetros (el nanómetro es una millonésima de milímetro) en 2004; en la actualidad es de unos pocos nanómetros (menos de diez) en las tecnologías más avanzadas. En esta carrera por la miniaturización del transistor se plantea una competencia intensa entre INTEL, TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) y SAMSUNG. Un transistor más pequeño permite integrar más componentes en un circuito integrado (también conocido como chip) y reducir, así, el área de semiconductor utilizada. En general, a menos área menos costo.

Los chips están por todos lados, no hay rama industrial que pueda prescindir de ellos. Un ordenador tiene muchos chips, así como un coche, un avión, un router o un televisor. Y también los electrodomésticos, y los equipos de medida… ¿Y qué pasaría si nos quedamos sin chips? Pues ya tuvimos oportunidad de experimentarlo en la pandemia, y se pararon líneas de fabricación de muchos productos, y los gobiernos le vieron las orejas al lobo. Sin chips podríamos retroceder industrialmente decenas de años.

Por eso, hoy todos los países desarrollados quieren tener fábricas de chips en sus territorios, geoestratégicamente son un activo. En Estados Unidos han planteado su Chips and Science Act, en la EU el European Chips Act, y en España el PERTE de microelectrónica y semiconductores. Este último se articula sobre el refuerzo de la capacidad científica, la estrategia de diseño, la construcción de plantas de fabricación y la dinamización de la industria de fabricación TIC. Todas estas acciones deberían descansar sobre un ecosistema potente y estable.

En particular, es esencial la posibilidad de contratar a personal técnico, necesario para las cuatro acciones, y, sobre todo, para las plantas de fabricación. En el capítulo de recursos humanos nos enfrentamos a varios retos.

Las salas blancas en las que se fabrican los circuitos integrados son carísimas. En concreto, las salas blancas que consiguen un bajo número de partículas en el aire, que pueden mantener la capacidad de reconfiguración para tecnologías cambiantes, y que serían la mejor elección desde el punto de vista industrial. Los gastos de construcción y mantenimiento no son integrables en los presupuestos de las universidades españolas. Eso significa que formar a ingenieros en España en procesos donde se fabriquen chips completos con tecnologías punteras (y en obleas de tamaño estándar en la industria) es muy difícil.

Con el fin de solventar este vacío se ha diseñado la convocatoria de Cátedras Chips; aunque, no nos engañemos, las infraestructuras docentes están lejos de las que se utilizan en la industria. En cuanto al contexto de las empresas de diseño, la formación de técnicos en el contexto de Cátedras Chips sí que es prometedor para paliar la escasez de profesionales en el tejido productivo nacional.

¡Ojo con el tema de los recursos humanos! Todos los países de nuestro alrededor están potenciando su industria de semiconductores porque los meses de escasez de chips le han metido el miedo en el cuerpo a los gobiernos. En Alemania se prevén dos fábricas de última generación (INTEL y TSMC), en Israel otra de INTEL, en Estados Unidos y Extremo Oriente muchas otras… Y estos ejemplos hay que entenderlos, como dicen los castizos, con la coletilla de "para muestra un botón".

Se nos viene encima, en relación con nuevas instalaciones, un periodo de expansión histórico (recomiendo echar un vistazo al artículo Money pours into new fabs and facilities, en Semiconductor Engineering). La presión para contratar técnicos será tremenda en los próximos años y la competencia durísima.

Como he comentado al comienzo de este artículo, la sucesión de inventos y desarrollos que disparó la industria electrónica ocurrió en Estados Unidos. En ese tiempo, se creó allí el ecosistema necesario para impulsar los avances de una tecnología naciente, que a la postre condicionaría al resto de la industria. En España, la creación del ecosistema "necesario" es esencial. El potencial establecimiento de fábricas de chips de tecnología por debajo de los 10 nanómetros dependerá en gran medida de ello. En estos últimos meses se están llevando a cabo muchas iniciativas. Por ahora, la música suena bien; el tiempo juzgará qué tal fue la letra.

El PERTE de microelectrónica y semiconductores avanza, se ha creado una asociación importante, AESEMI, para dar voz al "gremio de los semiconductores" y coordinar esfuerzos. Parece que hay más concienciación de que este tema es un "sí o sí", porque jugamos con un pilar básico de nuestra industria. El proceso de construcción de un ecosistema es largo, espero que futuros cambios de gobierno, de ciclo económico, etc, no nos lleve a levantar el pie del acelerador. Tenemos mucho que ganar y que perder.

***Juan Bautista Roldán Aranda es catedrático del Departamento de Electrónica y Tecnología de los Computadores de la Universidad de Granada.