Mi coche, un coche normal, de una marca generalista, tiene alrededor de 100 centralitas electrónicas que, como nódulos de terminaciones nerviosas, alcanzan a todas y cada una de las partes que hacen funcionar el vehículo. Para que esas 100 unidades de control electrónicas (ECUs) realicen su trabajo correctamente hacen falta a su vez unos 100 millones de líneas de código de software.
Herbert Diess, presidente del consejo de administración del Grupo Volkswagen, reconocía hace no mucho que "el 90% de la innovación en el automóvil del futuro se va a producir en el software", mientras los expertos opinan que en la próxima década la complejidad de esos códigos escritos se elevará al cubo.
Alta tecnología con chips.
Y si el software manda, quien genera, evalúa, analiza, asegura y da las órdenes, en base a los datos del momento en contraste con las reglas establecidas en dichos códigos, son unas piezas diminutas. Piezas que en algunos casos solo cuestan unos céntimos de euro, que se compran por millones pero que están poniendo en jaque fábricas, trabajos y salarios de la industria automovilística.
En algunos casos, incluso están provocando movimientos geopolíticos de máxima importancia mundial, como la relocalización de la producción industrial tanto en Europa como en EEUU. Se trata de los semiconductores o chips, de los que encontramos unas 3.000 unidades en cada coche y cuyo valor total ronda los 550 euros en un vehículo de gama media, dependiendo del equipamiento final elegido por el cliente.
Esta tecnologización del automóvil es imparable. La agresiva competencia y los deseos cada vez más insaciables de los usuarios fuerzan a los fabricantes a realizar incesantes aportes de sofisticación en comunicaciones, conectividad, ayudas a la conducción, comodidad, sostenibilidad y, por supuesto, seguridad a bordo. Y esto, tiene su lógico reflejo en el precio. La consultora estadounidense Deloitte Touche Tohmatsu Limited afirma que ya en 2017 un 40% del coste del vehículo era atribuible a todas las facetas relacionadas con los sistemas electrónicos basados en los semiconductores. Según ella, ese porcentaje se elevará hasta el 50% para 2030.
Gama de semiconductores de Bosch.
Más chips para 'premium'
La escasez de semiconductores está ya teniendo una clara repercusión en el mercado de coches, provocando varios meses de caídas de ventas en España, entre los que destaca septiembre con un bajón del 30%.
EAE Business School calcula en 600.000 unidades la disminución de la producción en las 17 fábricas peninsulares en este año. Un decrecimiento que, por ahora, se cuantifica en unos 12 millones de vehículos a nivel mundial. Los grandes beneficiados son los coches de ocasión, cuyo precio lleva varios meses subiendo sin parar pues el comprador acude al mercado de seminuevos en vista de la escasez y las largas listas de espera de los nuevos vehículos -casi un año en el caso de algunos Mercedes, por ejemplo-.
Además, la falta de producto ha hecho que los precios de los coches viren al alza irremediablemente. Esto está resultando ser beneficioso para algunas marcas aunque parezca un contrasentido, pues hace que los consumidores compren más caro. Así, el margen de beneficio bruto en general se ha incrementado un 8,8%, estando entre las más beneficiadas BMW (14,5% más), Mercedes (alza del 12,5%) o Toyota (10,7% superior).
Sin embargo, en las marcas más generalistas se están cancelando incluso las campañas de promoción de vehículos para no calentar una demanda a la que quizá no sea posible atender.
En los grupos grandes con varias marcas, las de mayores márgenes (habitualmente las premium) se ven beneficiadas en el reparto de chips. Por otro lado, en cada marca también se priorizan las ventas de ciertos coches, casi siempre los más caros y con mayor equipamiento. Aunque también se desvía la producción a los vehículos ecológicos que puedan rebajar la media de emisiones de CO2 de su flota y ayudan a reducir o evitar las multas de la Unión Europea a final de año.
Pero, repetimos, a mayor tecnología y equipamiento, mayor precio. Una inesperada consecuencia que les está saliendo rentable a las empresas por el momento. En otra dimensión, están apoyando a aquellos segmentos en los que por estrategia necesitan ganar cuota de mercado y a aquellos modelos que quieren potenciar para obtener mejores puestos en las listas de ventas, pues normalmente estar en estas listas retroalimenta las matriculaciones futuras.
Con todo esto, las 16 principales marcas mundiales obtuvieron un beneficio operativo de 71.500 millones de euros en el acumulado del año frente a las pérdidas de 4.100 millones del año 2020, según la consultora de estrategia EY.
Un robot en una fábrica de coches.
Limpiaparabrisas mágico
Es posible que su coche tenga un limpiaparabrisas que reconoce cuando llueve y decida que hay que barrer su superficie para que usted tenga una visión adecuada de lo que sucede en la carretera. Además, también se mueve más o menos rápido en función del ritmo de la lluvia. Pero ¿cómo funciona?
Gracias a un conjunto de sensores, en el que unos diodos led emiten luz y otros reconocen, reciben y miden la refracción que dicha luz produce. Restándole la parte de la refracción producida por el grosor del cristal -que siempre es la misma- obtienen el dato del caudal de agua que soporta el parabrisas. Después, un circuito eléctrico integrado, según el dato numérico que recibe, da unas ordenes de marcha u otras al motor de las escobillas. Todo este conjunto de chips y sensores realiza un trabajo del que antes estaba obligado el conductor a ocuparse, analizando, tomando decisiones y actuando en conveniencia.
Ese es un ejemplo práctico y básico de cuál es la función de los semiconductores: el control de lo que determinados automatismos del coche deben ejecutar, dependiendo de una serie de información que recogen en su mayoría los sensores (de luz, de presión, de inclinación, de humedad...). Esta especie de mini ordenadores toman decisiones por nosotros -en base a órdenes prefijadas- para quitarnos el trabajo sucio, dejando que disfrutemos de la conducción y nos concentremos en realizar únicamente las maniobras más importantes.
¿Por qué hay escasez de chips?
- El coste de producción de los chips es muy caro y se trabaja bajo demanda.
- Durante la pandemia, bajaron las ventas de coches y subieron las de aparatos electrónicos que también tienen chips y acapararon las existencias.
- Se tardan dos años en montar una nueva planta de producción para chips que pueden costar hasta 450 millones de euros.
El sistema nervioso
Los semiconductores son como los centros nerviosos del automóvil. Son los sustitutos de relés y fusibles, que debían agruparse y quedar situados en zonas de fácil acceso para poder ser sustituidos o manipulados de forma sencilla. Ahora se despliegan por toda la arquitectura del vehículo, incrustados en las más de 100 pequeñas centralitas distribuidas cerca de cada componente a controlar, para hacer su trabajo de forma más rápida, económica, sostenible y eficaz. En algunas ocasiones estos semiconductores permiten reacciones mecánicas que se miden en décimas, incluso a veces en centésimas de segundo.
Sus funciones son muy numerosas, aunque las principales son: electrónica de control de vehículos híbridos y eléctricos, sistemas de seguridad activa y pasiva, sistemas de tren motriz, electrónica de carrocería y chasis (transmisión, suspensión...), ciberseguridad y ayudas a la conducción o ADAS. Y muchos de ellos no son solo aplicables a los coches, sino que tienen variantes para autobuses, camiones, tractores, motocicletas... en el transporte terrestre, pero también en navegación aérea y marítima, generadores, cortacéspedes...
Veamos algunos ejemplos concretos.
Stop/Start
Tren motriz. Son actualmente decisivos en la gestión de motores térmicos, al controlar procesos tan delicados como el sistema de arranque y parada (denominado Stop/Start), que al combinar las revoluciones del motor, el movimiento y su velocidad y la presión sobre los diferentes pedales (freno, acelerador), determina si estamos parados frente a un semáforo para detener el motor y cuándo deben actuar sobre los inyectores de combustible para reiniciar la inyección del combustible en la cámara. Igualmente regulan la marcha que debe engranar la transmisión desde el cambio automático, restándole a usted una enorme cantidad de esfuerzo sobre todo en la ciudad.
Huella ecológica
Vehículos híbridos y eléctricos. Desde controlar la recarga de la baterías a proteger todos sus elementos eléctricos y electrónicos de posibles sobrecargas y recalentamientos, las funciones de estos chips en los coches con sistemas a baterías son aún mayores que en los térmicos. Gracias a su ligereza y dimensiones, su uso permite una reducción de la huella ecológica de hasta un 80%.
El control del sistema de energía de la frenada -que nació nada menos que en la Fórmula 1- es quizá una de sus funciones estrella en los vehículos híbridos y eléctricos, generando un gran ahorro en combustible y energía. También gestiona la necesaria conversión entre corrientes continuas y alternas.
La frenada
Carrocería y chasis. Ya es electrónica en la mayoría de modelos y no mecánica. Es gestionada desde estas ECU's, en las que los microcontroladores son los reyes del mambo, igual que los ABS y el control de estabilidad que permiten que el coche no abandone la trayectoria fijada por el volante en caso de una frenada de emergencia. En estas como en tantas otras funciones, la verificación de la calidad y eficacia de la labor realizada supone hoy día la mitad del software de cada unidad de control, según destacada la empresa de componentes ZF Friedrichshafen AG.
Los cinturones
Sistemas de seguridad activa y pasiva. Algunos de los ejemplos más evidentes son los pretensores de los cinturones de seguridad o los actuadores que permiten saltar los airbag en caso de choque. Pero, por supuesto, tienen intervenciones decisivas en todos los ADAS; en el control de crucero adaptativo que regula nuestra velocidad respecto al vehículo que nos precede; en el mantenimiento de carril que lee las líneas de la carretera y actúa sobre la dirección para devolvernos al carril; en el avisador de ángulo muerto; en la alerta de tráfico cruzado trasero; en la frenada de emergencia con detección de peatones y ciclistas; en los avisadores del aparcamiento y en las cámaras de visualización externas.
Iluminación automática
Sistemas secundarios. Controlan desde el manejo de las pantallas de infoentretenimiento y la instrumentación de detrás del volante a la distribución de la energía para los diferentes sistemas, el control de la iluminación externa automática del vehículo o el control de ciberseguridad en los puertos de entrada de esas ECU's.
Bloqueo del volante
Sistemas de confort. Se refiere al manejo del aire acondicionado o el bloqueo del volante, los controles electrónicos de la colocación de los asientos -incluyendo la calefacción o refrigeración-, la apertura (y cierre) del portón trasero, los controles de las puertas (ventanillas electrónicas) o el techo solar.
Muchas de estas funciones las llevan a cabo en colaboración con sensores con los que trabajan en conjunto, como son las cámaras, los sensores de vídeo, los sensores de ultrasonidos, el radar e incluso el sensor por láser o LIDAR. Todos estos sentidos del coche miden datos que envían a los microprocesadores para su computación. Y sin la intervención de los microcontroladores, las funciones de estos sensores serían imposibles de realizar.
Interior de un Porsche.
El margen del beneficio
Y si son tan fundamentales ¿cómo es posible que nadie haya previsto el problema de su escasez? La primera razón es porque, para ahorrar costes de almacenaje, la industria de automoción funciona bajo el sistema de trabajo just in time. Bajo él, las órdenes de materiales y componentes se ajustan de forma que sean recibidas solo cuando se necesitan para ser integradas en el producto final.
Los fabricantes de coches han frenado las órdenes de compra de microchips mientras se disparan las ventas de aparatos electrónicos
Y ahora tenemos que remontarnos al mundo paralizado por la pandemia. Inmersos en la total incertidumbre, los fabricantes de coches frenaron las órdenes de compra de toda la industria de la automoción, también la de los microchips. Sin embargo, entre la población mundial confinada, el apetito por aparatos electrónicos de todo tipo (ordenadores, móviles, tablets, consolas, televisores...) se multiplicó exponencialmente.
Para los proveedores mundiales de estos semiconductores, aquello casi fue un regalo. Y es que el margen de beneficio de la electrónica de consumo supone un 40% del coste de los dispositivos, mientras que en la industria automotriz, sujeta a una presión de precio mucho mayor, sus márgenes de beneficio se sitúan entre el 3% y el 9%. Por otro lado, mientras el mercado de automóviles es de unas ventas de 100 millones de coches al año, el de la electrónica de consumo supone unos 1.000 millones de unidades anuales. Es decir, sus pedidos son muchísimo más grandes además de pagarse mejor.
Fabricación de chips, un proceso muy complejo.
Una oblea de microchips.
El desconfinamiento trajo la desconfianza en el transporte compartido y el interés de los consumidores por un medio individual y propio creció. Pero para entonces los proveedores de chips ya habían comprometido sus producciones y existencias a la industria de los dispositivos de comunicación y comenzaron a dar un "no" por respuesta a los pedidos de las marcas. Respuestas negativas que han forzado gestiones en su ayuda de los presidentes de Estados Unidos Trump y Biden, así como la intervención en forma de SOS de diversos ministros de finanzas europeos, incluyendo el de Economía alemán, Peter Altmaier.
Hay una tercera razón que engrosa el cuello de botella actual. Los fabricantes de semiconductores son reacios a invertir en nuevas plantas debido al gran coste que supone. Sus márgenes no son elevados y necesitan funcionar al menos al 90% de su capacidad para poder ser rentables, por lo que siempre han mantenido la oferta por debajo de la demanda. Y si crear nuevas líneas de producción, no es sencillo ni rápido (se tarda unos dos años), además los productos demandados son cada vez más potentes y complejos, necesitando más trabajo y por tanto mayor tiempo de producción.
Un chip: 450 millones
Todas estas variables han hecho que la Comisión Europea se haya fijado como meta que la UE pase del 9% al 20% de cuota global de producción de chips para 2030. Una tarea nada fácil y menos si tenemos en cuenta que CLEPA, que es la Asociación Europea de Suministradores de Automoción, fija en 450 millones de euros solo el diseño de uno de los chips más pequeños y de mayor tecnología punta del mercado: el de cinco nanómetros.
Y con esto hemos vuelto a la relocalización nombrada al principio, para explicar que aproximadamente un 70% de los chips para la industria automotriz procede de Taiwan (y básicamente de la primera empresa mundial TSMC) y de China (SMIC), aunque la estadounidense Intel y la coreana Samsung son los dos gigantes mundiales que copan las ventas globales de semiconductores en general con 16.069 y 13.897 millones de euros vendidos en el primer trimestre de 2021 respectivamente, según la consultora especializada IC Insights.
En Europa, empresas como Infineon (12 en el ránking mundial de ventas) y Bosch, están invirtiendo y acaban de abrir dos fábricas en Alemania. En España, el PERTE de automoción trata de dar aliento a este negocio, que además va a adquirir una importancia preponderante con el 5G, la Inteligencia Artificial y el futuro coche autónomo. Este será el encargado de engullir definitivamente a base de más de 500 millones o más líneas de código de software -y su brazo armado, los semiconductores- a la conducción tradicional.
Microcomponentes para chips.