Guerra tecnológica: 10 puntos sobre los semiconductores

1- ¿Qué es un semiconductor?

Los semiconductores (también llamados circuitos integrados (CI) o microchips) son la base tecnológica esencial de la microelectrónica. Se dividen en dos grandes categorías: chips analógicos (productos más sencillos como sensores, actuadores y osciladores) y chips digitales. Estos últimos incluyen los procesadores, que permiten el funcionamiento de un dispositivo electrónico, y la memoria. Los semiconductores se encuentran en muchos de nuestros productos electrónicos cotidianos, como teléfonos inteligentes o smartphones, computadoras y coches. También se utilizan en muchos ámbitos cruciales para la defensa y la seguridad nacional, como los sistemas de armamento y la tecnología aeroespacial.

En la actualidad, los principales mercados de consumo de semiconductores son el de la informática (computadoras y servidores) y el de las telecomunicaciones (teléfonos inteligentes), con un valor de 225 mil y 170 mil millones de dólares respectivamente en 2021 (casi ⅔ del mercado mundial de semiconductores). Las proyecciones para 2030 prevén que sólo esos dos mercados tendrán un valor de 350 mil y 280 mil millones de dólares respectivamente. Del mismo modo, las predicciones sobre el tamaño del mercado mundial de semiconductores prevén un aumento de casi el 60% en 2030 en comparación con 2021.

2- ¿Por qué son importantes?

La producción de un microchip implica una serie de pasos que definen la cadena de valor de los semiconductores, que se concentra en torno a seis actores clave interdependientes: China, Corea del Sur, Japón, Estados Unidos, Taiwán y Europa.

Según la Ley de Moore, el número de transistores en los semiconductores se duplica cada dos años. El esfuerzo continuo por mantener esa tendencia de desarrollo tecnológico exponencial y generar «más Moore» han sido el principal motor del crecimiento de la industria microelectrónica y del mercado de semiconductores en los últimos años. Esto es posible gracias a la reducción de la distancia entre dos transistores mediante procesos de grabado con tecnología de 13 micrómetros en la década de 2000 (13.10^-6) a 20 nanómetros en 2012, y 5 nanómetros (5.10^-9) en la actualidad. La reducción del tamaño de los grabados en los últimos 15 años ha sido posible gracias a la tecnología de litografía ultravioleta extrema.

La continuación de la Ley de Moore ha provocado un fuerte aumento del costo de diseño de los chips para hacerlos más potentes y eficientes. Además, el costo de las fábricas de semiconductores ha aumentado drásticamente con cada nueva generación de chips. Esto ha llevado, desde principios de los años 90, a una creciente especialización de los actores. Mientras que algunas empresas siguen diseñando, produciendo y comercializando los chips internamente (fabricantes de dispositivos integrados como Intel o Samsung), otras se han especializado en actividades de diseño intensivas en I+D (empresas sin fábrica como Nvidia o Qualcomm) y subcontratan la producción a fundidoras (la mayor de ellas es TSMC), antes de comercializar los chips.

3- La cadena de valor y la interdependencia de los principales actores

La cadena de valor de los semiconductores se caracteriza por la coexistencia de efectos de interdependencia y de las llamadas tecnologías llamadas de «cuello de botella» (choke point technologies). Los que controlan esas tecnologías tienen una gran ventaja estratégica. Además de Estados Unidos y China, los otros grandes actores de esta industria son Europa, Japón, Corea del Sur y Taiwán.

Estados Unidos

Estados Unidos desempeña un papel ultradominante en las fases previas de la cadena de valor (I+D, diseño, producción de software de diseño) y en la comercialización (el 47% de los chips vendidos en 2020 fueron vendidos por empresas estadounidenses), lo que le permite producir el 38% del valor añadido mundial del sector. Sin embargo, Estados Unidos alberga ahora sólo el 13% de la producción mundial de chips, frente al 37% de 1990. Esto se debe a que muchas empresas estadounidenses del sector se han especializado en el diseño y la comercialización de chips, al tiempo que han subcontratado la producción a fundidoras extranjeras, incluso cuando los IDM y las fundidoras estadounidenses han trasladado la producción a Asia Oriental.

Muchas grandes empresas estadounidenses dependen ahora en gran medida de TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, la mayor fundidora de semiconductores del mundo). Los chips diseñados por Apple para equipar iPhones, iPads y diversos aparatos electrodomésticos son producidos por la empresa taiwanesa. Este papel clave de TSMC en el abastecimiento de Estados Unidos se puso de manifiesto durante el viaje de Nancy Pelosi el pasado mes de agosto; durante una visita de 19 horas a Taiwán, la presidenta de la Cámara de Representantes tuvo tiempo para reunirse con altos ejecutivos de TSMC.

Así pues, Estados Unidos es un actor clave en la cadena de valor de los chips, aunque está perdiendo terreno en la importante fase de producción. En cuanto al consumo final de chips por parte de Estados Unidos, parece que sigue siendo el mayor mercado del mundo, justo por delante de China.

China 

China, por su parte, ha hecho un progreso impresionante en las dos últimas décadas y se ha convertido en uno de los seis principales actores del mundo en la industria de semiconductores. Este éxito se basa en la interdependencia global que caracterizaba la cadena de valor hasta la intensificación de las medidas de control sobre la transferencia de tecnología.

Dado el inmenso tamaño de su industria electrónica, China es el mayor importador mundial de semiconductores. En 2021, el país compró semiconductores por valor de más de 430 mil millones de dólares, el 36% de los cuales procedían de Taiwán. Sólo el 15.7% de su demanda se produjo en suelo chino. En 2020, la balanza comercial china de semiconductores tuvo un déficit de 233,400 millones de dólares, más que el petróleo y las importaciones totales de su mayor socio comercial, la Unión Europea.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que una parte importante de esos semiconductores se utiliza como insumo para productos electrónicos destinados a la exportación. Por tanto, se reexportan en computadoras, teléfonos inteligentes, etc. Esto ayuda a explicar por qué China sólo representa el 24% de la demanda final de chips (véase el diagrama anterior).

Sin embargo, la industria de semiconductores ha crecido en China, inicialmente gracias a la inversión extranjera. Más recientemente, la industria china está emergiendo. Las ventas de las empresas chinas de semiconductores, que ascendieron a solo 13 mil millones de dólares en 2015 (el 3.8% del mercado mundial), aumentaron a 39,800 millones de dólares en 2020, una tasa de crecimiento anual sin precedentes del 30.6% (el 9% del mercado mundial)¹. Esto se debe al desarrollo de un ecosistema de empresas sin fábrica (fabless) especializadas en el diseño (HiSilicon, filial de Huawei, pero también ZTE u Omnivision), pero también de fundidoras (en primer lugar SMIC).

Unión Europea

La especialización de la industria europea de semiconductores está estrechamente vinculada a las especificidades de la industria europea. Los productores europeos de integrados, STMicroelectronics, NXP e Infineon, son importantes productores de chips analógicos, que satisfacen las necesidades de las industrias europeas (automóviles, sensores para máquinas herramienta, etc.). De hecho, a falta de una industria de equipos informáticos (computadoras, servidores, smartphones), la demanda de procesadores o chips de memoria sigue siendo limitada. Así, se observa que la proporción de inversiones europeas en los sectores de la robótica (28%), automotriz (30%) y la industria aeroespacial (14%) es mucho mayor que en el resto del mundo. Por el contrario, Europa va a la zaga en cuanto a inversión en telecomunicaciones (4.8%) e informática (7%).

Sin embargo, Europa cuenta con un activo ultraestratégico: ASML. Esta empresa holandesa tiene el monopolio de la fabricación y comercialización de máquinas de litografía ultravioleta extrema, necesarias para grabar las últimas generaciones de chips. Estos equipos de gran complejidad, que cuestan más de cien millones de euros por unidad, están en el punto de mira de los servicios de control de exportaciones de la administración estadounidense. La empresa ha bloqueado las exportaciones a China a petición del gobierno estadounidense.

Taiwán y Corea del Sur

El peso de Taiwán en la industria de los semiconductores y la dependencia de Estados Unidos de la isla para los chips se han convertido en sinónimos de cuatro letras: TSMC – Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. La empresa taiwanesa es un peso pesado de los semiconductores, ya que represento el 53% del mercado mundial de fundición de semiconductores en 2020². Como muestra de su dominio del mercado, TSMC suministró el 92% de los chips más avanzados en 2019, según un informe del Boston Consulting Group³.

Corea del Sur, con Samsung y SK Hynix, tiene prácticamente el monopolio en el segmento de los chips de memoria. De hecho, Samsung desempeña un papel estratégico en la industria de los semiconductores como segundo productor mundial: junto con su compatriota y competidor SK Hynix, tiene una posición dominante en el segmento de las tarjetas de memoria, ya que Corea representó el 62% de las ventas mundiales en 2018.

Hasta la fecha, sólo TSMC (Taiwán) y Samsung (Corea del Sur) fabrican semiconductores basados en tecnología de menos de 7 nanómetros. Los smartphones de gama alta requieren un proceso de fabricación de 7 nanómetros como mínimo para sus microprocesadores, lo que significa que la economía digital mundial, incluida la China, depende de Taiwán y Corea del Sur.

4- ¿Por qué Taiwán?

Este verano, buques militares chinos practicaron un bloqueo naval de Taiwán⁴, simulando un escenario que preocupa a los líderes políticos de todo el mundo: no una guerra abierta, sino un cierre de las cadenas de suministro electrónico. 

Una personalidad en particular ha desempeñado un papel importante para convertir a Taiwán en un actor clave en la cadena de producción de semiconductores: el empresario Morris Chang. Presente en la cena con Nancy Pelosi durante la visita de la presidenta de la Cámara, el fundador de TSMC ha sido fundamental en el desarrollo de la industria en Taiwán durante los últimos 30 años.

Al reconocer la gran complejidad de la cadena de suministro de la industria y su configuración de puntos de cuello de botella tecnológicos, Chang convirtió el estrecho de Formosa en un cuello de botella fundamental en la producción de semiconductores⁵.

5- ¿Por qué los semiconductores están en el centro de la rivalidad geopolítica mundial?

Recientemente, la administración de Biden emitió una serie de sanciones que llevan el enfrentamiento mundial en este ámbito a un nuevo nivel, lo que impide que las empresas envíen a China los procesadores avanzados necesarios para ejecutar algoritmos de inteligencia artificial complejos⁶. Las sanciones se aplican no sólo a las empresas estadounidenses, sino también a todas las que utilizan insumos estadounidenses en sus procesos de producción (propiedad intelectual, software de diseño, etc.). Esta decisión viene tras una serie de decisiones que ya empezaron a endurecer los controles sobre las exportaciones de semiconductores a China.

Mientras que algunos ven esto como una vuelta a la lógica de la Guerra Fría, la decisión es emblemática de la importancia de los semiconductores en la rivalidad tecnológica global. Ya hemos visto cómo los actores implicados son también importantes actores geopolíticos, pero una serie de factores contribuyen a subrayar aún más la importancia de los semiconductores: la transformación digital global en curso, la pandemia de Covid con sus efectos disruptivos en las cadenas de suministro y la guerra en Ucrania que repercute en el suministro de materias primas.

6- ¿Cuál es la posición de Estados Unidos?

La fuerte reducción de la cuota de Estados Unidos en la producción total de semiconductores, que pasó del 37% en 1990 al 12% en 2020, se identifica ahora como un riesgo. La crisis de Covid y los problemas de la cadena de suministro han tenido, en efecto, fuertes repercusiones en los sectores derivados, especialmente en el del automóvil, lo que ha desestabilizado la producción y contribuido a la inflación. Las tensiones en torno a Taiwán también refuerzan el deseo de autosuficiencia de Estados Unidos. 

Por ello, en julio de 2022, el Congreso de Estados Unidos aprobó el financiamiento de los programas de la ley CHIPS for America Act en el seno de la ley Chips and Science Act, destinada a apoyar la soberanía de Estados Unidos en cuanto a la fabricación de semiconductores, su competitividad y, finalmente, su seguridad nacional. La ayuda financiera es el núcleo de este programa, con fondos que ascienden a más de 50 mil millones de dólares, incluidos 39 mil millones de dólares en subvenciones para inversiones destinadas a construir, ampliar o mejorar las instalaciones y equipos nacionales de fabricación, ensamblaje, pruebas y embalaje avanzado de chips. Se destinarán 13 mil millones de euros para apoyar la investigación y el desarrollo. La ley también prevé un nuevo crédito fiscal específico.

Para garantizar el objetivo del Congreso de promover la competitividad nacional, la ley establece garantías para asegurar que los beneficiarios de los fondos federales no puedan producir semiconductores en países que supongan un riesgo para la seguridad nacional, como China o Rusia. Uno de los principales objetivos de Estados Unidos es limitar la participación global de las empresas de telecomunicaciones con estrechos vínculos con el PCC, incluida Huawei.

7- ¿Cuál es la posición de la Unión Europea?

En la constitución de una cadena de suministro cada vez más centrada en el Pacífico, la UE ha visto disminuir su papel en las dos últimas décadas. En comparación con su peso económico (casi el 23% del PIB mundial), la proporción de la UE de los ingresos mundiales por semiconductores ronda el 10%, y sólo el 6% por los segmentos de TI y comunicaciones. La limitada capacidad de producción para satisfacer la futura demanda, los elevados costos de entrada, el inadecuado acceso a financiamiento y las diferentes normativas en comparación con otras regiones amenazan la capacidad de las empresas europeas para seguir siendo competitivas en este mercado. 

La estrategia europea para recuperar algún tipo de liderazgo en este ámbito es la adopción de la ley European Chips Act. Propuesto en febrero, es el primer instrumento de la Unión Europea para entrar en el juego de los grandes semiconductores: la Comisión Europea ha declarado que la Unión pretende alcanzar el 20% de la producción mundial en 2030⁷.

Los principales objetivos de la Chips Act son apoyar la innovación en el ecosistema europeo de semiconductores y asegurar la cadena de suministro. El primer instrumento de la ley es la iniciativa «Chips for Europe», que servirá de guía para las empresas y centros de investigación que busquen financiamiento europeo y nacional. La verdadera novedad de la iniciativa es la creación de un Chips Fund, que pretende reunir a varias instituciones y mecanismos europeos ya existentes como respuesta a las peticiones de la industria.

Otro objetivo de la Chips Act es apoyar el desarrollo de fábricas europeas capaces de producir los semiconductores más avanzados en grandes volúmenes. La ley de los chips le proporciona a la UE el espacio legal para aprobar ayudas estatales con este fin. El pasado mes de julio, Emmanuel Macron anunció la construcción de una planta de semiconductores en Francia, cuyo proyecto de fundición se enmarca en la ley europea de los chips. 

Sin embargo, si los objetivos de la Comisión son ambiciosos y la Chips Act es sólo el primer paso, la posición de la Unión Europea sigue siendo mucho menos ambiciosa que la de otros actores. De hecho, Europa ha hecho principalmente excepciones a su régimen de prohibición de ayudas estatales, pero no ha movilizado nuevos fondos para apoyar al sector. Queda en manos de los Estados miembros asumir el costo de las subvenciones. 

Sobre todo, Europa sigue dependiendo en gran medida de Estados Unidos para las herramientas de diseño, y de Asia para la fabricación de chips avanzados. Además, en comparación con Estados Unidos, la debilidad de la producción en Europa no se compensa con una mayor fortaleza en las actividades previas y posteriores.

8- ¿Qué se está haciendo o planeando para contrarrestar la escasez de semiconductores?

Estados Unidos y la UE no han sido los únicos en planear potentes inversiones para contrarrestar los factores estructurales y cíclicos señalados y fomentar la investigación y la producción de semiconductores. Entre ellas se encuentran las inversiones públicas, como las previstas -y en algunos casos ya desencadenadas- por China, India, Japón y Taiwán por valor de varios cientos de miles de millones de dólares (entre 2014 y 2018, el gobierno taiwanés proporcionó apoyo presupuestario a TSMC por valor del 3% de los ingresos del grupo).

Esas inversiones son también privadas, como las previstas en los planes industriales de las principales empresas del sector: entre ellas, Intel (que prevé invertir 80 mil millones en una década sólo en Europa) y la taiwanesa TSMC (que prevé invertir entre 40 mil y 44 mil millones de dólares en los próximos cinco años, en parte en Europa). En Extremo Oriente, principalmente -pero no sólo- las inversiones públicas y privadas no se traslapan ni compiten entre sí, sino que tienden a la realización de programas sinérgicos.

Pero también hay razones y motivaciones, no menos importantes, vinculadas a los imperativos de la seguridad nacional y la defensa, exacerbados por las fuertes tensiones que existen actualmente en el contexto geopolítico. Podemos hablar con razón de inversiones estratégicas porque contribuyen con el proceso de reestructuración de las cadenas de valor mundiales que tiende a garantizar la «autonomía estratégica«. Los actores implicados son, en primer lugar, los Estados (y, en Europa, la Unión Europea), pero también las empresas, y en particular las Big Tech, como demuestra la elección de Apple de diseñar internamente los chips que necesita.

9- ¿Qué impacto han tenido las nuevas restricciones estadounidenses en el mercado mundial de semiconductores?

Las medidas anunciadas recientemente por el gobierno estadounidense tendrán un impacto en la configuración global del mercado de semiconductores. Estas nuevas medidas de control de las exportaciones pretenden restringir el envío de chips y equipos semiconductores a China por parte de las empresas. Estas son las medidas más importantes que ha tomado EUA contra la industria china de semiconductores, mientras que las anteriores se dirigían más a menudo a empresas individuales y a un conjunto más reducido de tecnologías. En concreto, los proveedores estadounidenses han dejado de prestar apoyo a los equipos ya instalados en YMTC (Yangtze Memory Technologies, un fabricante chino de semiconductores), han dejado de instalar nuevas herramientas y han retirado al personal estadounidense de YMTC.

El objetivo de esta medida es obstaculizar la capacidad de China para desarrollar de forma independiente los chips más avanzados y equipar su ejército, y sobre todo evitar una escalada hacia una nueva Guerra Fría.

Esto tendrá un impacto comercial evidente para Estados Unidos. Applied Materials Inc, uno de los principales fabricantes de equipos de fabricación de chips, recortó el miércoles sus previsiones para el cuarto trimestre, advirtiendo de que las nuevas normativas de exportación reducirán las ventas en unos 400 millones de dólares en ese periodo. La empresa realizó más del 27% de sus ventas en China en el segundo trimestre, es decir, casi 1,800 millones de dólares. Por parte de China, YMTC se enfrenta a la congelación del apoyo de sus principales proveedores.

China está gastando miles de millones de dólares para desarrollar una industria nacional de semiconductores menos dependiente del resto del mundo, pero esos fabricantes de chips siguen teniendo que comprar equipo altamente especializado a proveedores de Estados Unidos, Europa y otras partes de Asia. Estados Unidos es consciente de ello y está intensificando su estrategia para sofocar el desarrollo de una industria de semiconductores independiente en China. 

10- ¿Qué pasa cuando se acaban los semiconductores?

Los semiconductores están en el corazón del esfuerzo bélico de Rusia. Occidente es consciente de que el resultado de la guerra dependerá en parte de si Rusia encuentra una forma de recuperar el acceso a esos chips, y quieren asegurarse de que no lo haga. Rusia busca semiconductores, transformadores, conectores, carcasas, transistores, aislantes y otros componentes que el país necesita para alimentar su esfuerzo bélico. La mayoría de ellos son fabricados por gigantes de la electrónica estadounidenses (Marvell, Intel y Holt, entre otros).

En la lista de prioridades de Rusia se encuentra el Field-Programmable Gate Array (FGPA) 10M04DCF256I7G, fabricado por Intel, que puede obtenerse por 66,000 rublos, es decir, más de 1,100 euros por unidad. Antes de la escasez de chips, la pieza habría costado menos de 20 euros.

Los proveedores rusos del ejército tienen varias formas de adquirir esos semiconductores, que van desde la compra en mercados online no regulados hasta el uso de apartados postales para introducir componentes tecnológicos en el país de forma clandestina. Tampoco se puede descartar el establecimiento de canales e intermediarios con Irán, Corea del Norte o China. Sin embargo, la estrategia occidental de sanciones parece estar funcionando por el momento, ya que los suministros rusos siguen disminuyendo.

El reto para Occidente es aprovechar el déficit tecnológico de Rusia y su falta de semiconductores, necesarios para el funcionamiento de los sistemas de combate modernos, así como de los equipos de vigilancia e imagen por satélite. En consecuencia, Rusia busca ahora desesperadamente los semiconductores más sofisticados para apoyar su industria armamentística. 

Hasta cierto punto, el endurecimiento de las sanciones de EUA contra China en el sector de los semiconductores, ilustrado recientemente por la nueva ronda de sanciones impuesta el 7 de octubre, tiene un propósito similar. Al incluir nuevos productos útiles para la supercomputación en la lista de productos controlados (foreign product direct rules), estas medidas tienen como objetivo principal impedir la importación y el desarrollo de chips avanzados, especialmente útiles para aplicaciones de inteligencia artificial.

En un discurso clave pronunciado el 16 de septiembre con motivo de la publicación del informe del proyecto Special Competitive Studies Project, el asesor de Seguridad Nacional del presidente de Estados Unidos, Jake Sullivan, integró el lugar que se da a la competencia tecnológica entre Washington y Pekín en la doctrina china de la administración de Biden, y más ampliamente en la política exterior estadounidense. En dicha doctrina, la lógica defensiva está dando paso a un deseo más explícito de frenar el progreso económico y tecnológico de ciertas potencias extranjeras consideradas amenazantes,  con China a la cabeza de tales amenazas.