El abecé de los chips: todo lo que necesitas saber para entender al 100% nuestros artículos de semiconductores

Los circuitos integrados acaparan el centro de atención desde hace muchos meses. Años, incluso. Están en todas partes. En todos y cada uno de los dispositivos equipados con componentes electrónicos que utilizamos de forma cotidiana. Y, lo que es aún más importante, el desarrollo tecnológico de un país está en gran medida condicionado por su capacidad de fabricar o adquirir chips de vanguardia. Este es, precisamente, el germen de la guerra de los semiconductores que están librando la alianza liderada por EEUU y China.

Nosotros nos debemos a la actualidad, y este conflicto es lo suficientemente importante para que le sigamos la pista muy de cerca e intentemos manteneros al tanto de todo lo relevante que sucede en una crisis que en gran medida nos afecta a todos. No obstante, somos conscientes de que algunos de nuestros lectores no os sentís cómodos con los conceptos y la terminología que utilizamos en nuestros artículos dedicados a los semiconductores. Este texto es para vosotros. Confiamos en que os resulte de ayuda para dejar todos los cabos bien atados.

Un semiconductor es un elemento o un compuesto que bajo ciertas condiciones de presión, temperatura, o al ser expuesto a radiación o a un campo electromagnético, se comporta como un conductor, y, por tanto, ofrece poca resistencia al movimiento de las cargas eléctricas. Y cuando se encuentra en otras condiciones diferentes se comporta como un aislante. En este último estado ofrece una gran resistencia al desplazamiento de las cargas eléctricas.

En los elementos con capacidad de conducción eléctrica algunos de los electrones de sus átomos, conocidos como electrones libres, pueden pasar de un átomo a otro cuando aplicamos una diferencia de potencial en los extremos del conductor. Precisamente, esta capacidad de desplazamiento de los electrones es lo que conocemos como corriente eléctrica, y todos sabemos de forma intuitiva que los metales son buenos conductores de la electricidad. Curiosamente, lo son porque tienen muchos electrones libres que pueden desplazarse de un átomo a otro y, así, consiguen transportar la carga eléctrica.

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El silicio es el semiconductor por excelencia. Es el más utilizado actualmente, y lleva siéndolo durante la friolera de casi seis décadas, desde que en los años 60 destronó al germanio y se afianzó como el semiconductor con más potencial y el más utilizado por la industria de la electrónica. Aun así, cabe la posibilidad de que su reinado en el futuro se vea en cierta medida amenazado por otros semiconductores que también tienen un gran potencial.

Uno de ellos es el arseniuro de galio. A diferencia del silicio, el germanio, el selenio o el telurio, no es un semiconductor elemental. Estos semiconductores se caracterizan por estar constituidos por un único elemento químico, pero el arseniuro de galio (GaAs), como podemos intuir aunque no sepamos mucha química, está compuesto de galio (Ga) y arsénico (As). Es poco probable que acabe reemplazando al silicio, pero está pujando cada vez más alto y consolidándose como un complemento ideal de este.

Tokyo Electron, Nikon y Canon son algunos de los fabricantes de equipos de fotolitografía más exitosos de esta industria, pero hay uno que es incluso más relevante: ASML

Los equipos de litografía son las máquinas utilizadas por los fabricantes de circuitos integrados para producir chips. Son extremadamente sofisticados y muy caros. Tokyo Electron, Nikon y Canon son algunos de los fabricantes de equipos de fotolitografía más exitosos de esta industria, pero hay uno que es incluso más relevante que estas tres compañías japonesas: la empresa de Países Bajos ASML.

Su relevancia reside en el hecho de que es la única compañía que ha conseguido diseñar y fabricar equipos de fotolitografía de ultravioleta extremo (UVE), que son las máquinas para fabricar chips más avanzadas que existen. De hecho, son las que se usan para producir circuitos integrados de vanguardia, como los de 7, 5 o 3 nm.

ASML es la auténtica reina de la industria de los chips. Esta empresa neerlandesa vende sus equipos de litografía de ultravioleta extremo (UVE), ultravioleta profundo (UVP) u otras máquinas no tan sofisticadas a TSMC, Samsung, Intel, GlobalFoundries, SMIC, UMC, Micron o SK Hynix, entre muchos otros fabricantes de semiconductores. No obstante, las únicas compañías que están fabricando chips de vanguardia actualmente con los equipos de litografía UVE son TSMC, Intel y Samsung.

Uno solo de estos sofisticadísimos equipos contiene más de 100.000 piezas, 3.000 cables, 40.000 pernos y nada menos que dos kilómetros de conexiones eléctricas. Ahí queda eso. No obstante, el hardware es solo uno de los ingredientes de la receta. El otro, y también es esencial, es el software integrado que se responsabiliza de dirigir y supervisar el correcto funcionamiento de cada uno de los equipos de litografía. ASML también se encarga de desarrollarlo.

Un equipo de litografía UVE contiene más de 100.000 piezas, 3.000 cables, 40.000 pernos y nada menos que dos kilómetros de conexiones eléctricas

La máquina de litografía UVE de alta apertura es actualmente el equipo de fotolitografía más avanzado que existe. Peter Wennink, el director general de ASML, confirmó a principios de septiembre que su empresa prevé entregar a uno de sus clientes antes de que finalice este año su primer equipo de litografía UVE de alta apertura (EUV High-NA por su sigla en inglés). En la práctica esta máquina es un equipo de litografía UVE de segunda generación, y cada uno de ellos costará aproximadamente 300 millones de dólares (el doble que una máquina UVE de primera generación).

TSMC, Intel y Samsung son los mayores fabricantes de chips del planeta. La compañía taiwanesa TSMC lidera esta industria con una cuota de mercado aproximada del 54%. La empresa estadounidense Intel y la surcoreana Samsung la siguen a mucha distancia con una cuota cada una de ellas que se mueve en la órbita del 12 al 15%. Tras ellas, ambas con un 7% de cuota, se posicionan la taiwanesa UMC y la estadounidense GlobalFoundries, y les pisa los talones la empresa china SMIC, con una cuota de mercado aproximada del 5%.

SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corp), el mayor fabricante chino de semiconductores, tiene actualmente la capacidad de fabricar circuitos integrados de 7 nm. Y probablemente también de 5 nm. Lo sabemos con total certeza porque esta empresa fabrica el SoC Kirin 9000S integrado en el recién presentado smartphone Mate 60 Pro de Huawei. Lo curioso es que en teoría no puede fabricar chips de vanguardia como estos debido a que la alianza liderada por EEUU ha prohibido a ASML vender sus equipos de litografía UVE a las empresas chinas.

Lo que sí posee son los equipos de ultravioleta profundo (UVP) Twinscan NXT:2000i que fabrica ASML. Estas máquinas no han sido diseñadas para poner a punto circuitos integrados equiparables a los más avanzados que fabrican actualmente TSMC, Intel o Samsung, pero, y aquí llega la sorpresa, los ingenieros de SMIC han conseguido refinarlas para producir semiconductores de vanguardia. El plan de China a medio plazo requiere que sus fabricantes de equipos de litografía sean capaces de desarrollar sus propias máquinas de ultravioleta extremo.

Imagen de portada: Intel

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Fuente: Xataka
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