Ignacio Mártil

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

(Una parte del contenido de este artículo está recogido en el Capítulo 6 de mi libro: “Microelectrónica. La historia de la mayor revolución silenciosa del siglo XX”; 2018, Ediciones Complutense)

Oblea con chips de altas prestaciones fabricada por TSMC, uno de los grandes fabricantes mundiales de circuitos integrados

A finales de 1973 asistimos a unas escenas insólitas en numerosos países occidentales: la guerra del Yom Kipur provocó un recorte en las ventas de petróleo a gran parte de los países occidentales, dando lugar a una escasez en el suministro de los productos derivados del petróleo insólito, propio de tiempos de pos guerra:

En los años 70 vimos escenas asombrosas, principalmente en los países aliados de Israel

Ahora, el año de la pandemia está provocando unos efectos que guardan relación con aquel "shock", pero en otro mercado: el de los circuitos integrados (en lo que sigue, chips). No hay nada como una gran crisis de oferta para poner de manifiesto los cambios tectónicos que provocan en una industria, dejando al descubierto las realidades y las acumulaciones de poder tecnológico, industrial y de mercado, que se han ido fraguando de manera callada durante la última década. Esto es lo que está sucediendo en la industria de semiconductores, que factura anualmente la astronómica cifra de 430.000 millones de dólares USA. Desde finales del año pasado, estamos asistiendo a una enorme escasez de ciertos tipos de chips, situación que está arrojando luz sobre el dominio que ejercen las grandes empresas surcoreanas y taiwanesas del sector, encabezadas por dos gigantes: Samsung y TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), respectivamente.

1. Las razones del “Shock Chip”

La demanda de microprocesadores ya estaba creciendo antes de la pandemia, impulsada por cuatro grandes sectores del mercado: redes de telefonía 5G, vehículos autónomos, Inteligencia Artificial e Internet de las Cosas. La irrupción del “tsumani pandémico” ha disparado la demanda de productos para el trabajo y el ocio domésticos: pantallas de ordenadores, ordenadores portátiles, teléfonos móviles (un mercado siempre creciente) y otros equipos de trabajo. Pero la gota que colmó el vaso fue el fuerte aumento de los precios del bitcoin a principios de 2021. Esto ha incrementado, de una forma nunca vista hasta este momento, la demanda de las tarjetas gráficas que se utilizan tradicionalmente en las transacciones con la moneda digital, exacerbando aún más los problemas de suministro de chips de altas prestaciones, verdadero cuello de botella de los fabricantes en este momento.

Una de las consecuencias de ésta escasez de chips, es que está obligando a reducir drásticamente la producción a diversos fabricantes de automóviles de EEUU (General Motors, Ford Motor, Tesla) y de Europa (Seat ha tenido que ralentizar la producción de su fábrica de Martorell, Fiat, Peugeot, etc.) y amenaza con provocar pérdidas superiores a 60.000 millones de dólares USA de facturación este año 2021 en ésta industria. Los fabricantes de automóviles han estado luchando por hacerse con los chips que controlan los sistemas de frenos antibloqueo y las pantallas digitales de los salpicaderos, cada vez más dependientes de la electrónica, lo que ha llevado a los gobiernos de varias naciones, incluidos Alemania, Japón y los EEUU, a apelar al liderazgo de Taiwán a través de la empresa TSMC en busca de ayuda para resolver el problema. La situación subraya la importancia estratégica de Taiwán, que sigue siendo el punto del tablero global potencialmente más peligroso en la pugna entre las dos superpotencias del mundo, China y EEUU.

Un problema añadido a la escasez es la rentabilidad: los fabricantes de automóviles compran los componentes electrónicos de sus vehículos a grandes fabricantes, que incluyen microcontroladores muy sofisticados pero de precio muy bajo y muy poco interesantes para compañías como TSMC, que se decanta por los pedidos de chips más lucrativos.

En otros sectores, como el de las tarjetas gráficas y videoconsolas, empresas de gran experiencia como Nvidia y Microsoft están luchando por disponer de un suministro de chips imprescindible para las tarjetas gráficas (la primera) y la célebre Xbox (la segunda). Como muchas otras empresas de la industria microelectrónica, ni Nvidia ni Microsoft fabrican sus chips y dependen de Samsung o TSMC para disponer de ellos. Parece que ninguna empresa, grande o pequeña, tecnológica o no tecnológica, está a salvo del impacto global de la “gran hambruna” de chips de este 2021.

2. Lo que el “shock chip” revela: el problema de la concentración industrial

Si bien es fácil culpar a la pandemia de COVID-19 por esta situación, la verdad es que la cadena de suministro de semiconductores adolece de un problema de fondo: hasta el 43% de los chips del mundo son fabricados por las dos empresas mencionadas: TSMC y Samsung. Esto se debe, entre otras razones, a las gigantescas inversiones a realizar para poner en marcha una fábrica de chips, que son astronómicamente altas. En la actualidad, es necesaria una inversión inicial de 10.000-12.000 millones de dólares USA, para poner en marcha una fábrica de tamaño medio, seguido de un período no inferior a tres años para que esté lista para la producción. Esto solo pueden hacerlo fabricantes de la talla de los mencionados Samsung o TSMC, junto con Intel y Global Foundries, los cuatro grandes del sector:

En el interior de una Sala Limpia del fabricante de chips Global Foundries en Dresde, Alemania

Incluso tras realizar esas inversiones, no hay garantías de que los rendimientos de fabricación de chips cumplan con los márgenes esperados. Los chips se vuelven obsoletos rápidamente y las presiones de precios son un problema importante en este sector tecnológico, por lo que existen muchos riesgos para obtener rentabilidades aceptables. Debido a unas condiciones de competitividad y rentabilidad tan duras, solo un pequeño número de grandes actores invierten en capacidades de fabricación, para luego ser capaces de repartir los costes y los riesgos inherentes entre cientos de miles de clientes. Desde hace ya algunas décadas, la industria microelectrónica mundial ha ido dejando progresivamente las capacidades de fabricación de chips a TSMC y Samsung, lo que está creando una cadena de suministro que recuerda peligrosamente a un castillo de naipes.

En el siguiente vídeo se muestra el interior de una de estas fábricas, que permite entender las ingentes inversiones necesarias para ponerlas en marcha:

Las capacidades tecnológicas y las grandes inversiones requeridas para producir chips de 5 nanómetros, han consolidado la división de la industria en dos grupos principales de empresas: los que poseen sus plantas de fabricación (foundries) y los que contratan fabricantes para hacer los procesadores que diseñan (fabless). Samsung y TSMC ocupan un lugar destacado en el primer grupo, es decir, Corea del Sur y Taiwán son ahora los principales proveedores de chips del planeta, como en su día fueron los países de la OPEP con el petróleo. Las dos empresas no colaboran entre sí ni fijan precios –como en su día sí hicieron los países de la OPEP– y por consiguiente no constituyen un cártel, pero tienen el enorme poder de ser los fabricantes casi únicos de los chips de vanguardia.

Es decir, al igual que Arabia Saudita o Irán con el petróleo, TSMC y Samsung pueden convulsionar los mercados con solo “girar el grifo”. Por ejemplo, Samsung tomó la decisión a principios de 2019 de reducir sus inversiones en chips de memoria en un intento por impulsar sus ganancias, lo que hizo que los precios de estos tipos de chips (principalmente memorias RAM y Flash) subieran después de años de caídas. Por su parte, TSMC anunció a principios de este año inversiones por valor de 28.000 millones de dólares USA en nuevas plantas y equipos, un aumento del 37% con respecto al año anterior. Esto provocó un breve repunte mundial en las existencias de chips y avivó la especulación de que el objetivo no declarado de TSMC es crear las condiciones para que el gigante estadounidense Intel, en severos problemas de fabricación de chips de los últimos nodos, reduzca drásticamente o incluso abandone la fabricación de chips. Si esto llega a materializarse, estaríamos ante un “shock” dentro del “shock”.

La cuestión es fácil de resumir: Taiwán y Corea del Sur se han convertido en potencias de fabricación de chips porque han ocupado territorios cedidos por otros. A partir de la década de 1980, los fabricantes estadounidenses comenzaron a hacer la transición al diseño fabless (literalmente “sin fábrica”), mucho menos intensivo en capital. Se estima que en 2020, Estados Unidos representó solo el 12% de la capacidad de fabricación de chips, mientras que Taiwán y Corea del Sur juntos representaron el 43%. Lo muestra la imagen:

El reparto del mercado de chips por regiones para el período 1990-2020. Europa ha pasado de fabricar el 44% de los chips del mundo en 1990 a sólo el 9% en 2020. Durante ese mismo período, EEUU ha pasado del 37% al 10%. En sentido opuesto, véase el fuerte ascenso de Corea del Sur y de Taiwan, de ser prácticamente inexistentes en 1990, a copar el 43% del mercado en la actualidad

Fruto de esas políticas, nos encontramos con que, en la actualidad TSMC suministra los procesadores que alimentan todo tipo de equipos, desde los iPhones de Apple hasta la inteligencia artificial de Google. También cuenta entre sus clientes con varias de las empresas de chips sin fábrica más grandes del mundo, tales como Advanced Micro Devices, Nvidia y Qualcomm. Por su parte, Samsung Electronics y su compatriota SK Hynix Inc. (también conocida como Hyundai Electronics) juntos controlan más de dos tercios del mercado de chips de memoria, sector en constante expansión.

Así pues, Samsung y TSMC se están constituyendo en un auténtico oligopolio del mercado de chips. La pandemia realmente ha sido un punto de inflexión en términos de la transición hacia una economía cada vez más digitalizada y Asia está en excelentes condiciones para beneficiarse: el auge de las ventas de equipos para el trabajo doméstico ayudó a Corea del Sur a registrar una de las contracciones económicas más pequeñas del mundo el año pasado, mientras que Taiwán registró un crecimiento más elevado que China por primera vez en tres décadas. Un dato de lo más revelador: los precios de las acciones de TSMC y Samsung han subido un 190% y un 61% respectivamente en los últimos 12 meses gracias a la escasez de oferta.

3. Consecuencias más allá de la pandemia

El “shock chip” va más allá de las consecuencias de la pandemia. Una posible solución a este problema puede ser que los fabricantes asiáticos expandan su presencia en EEUU y en Europa. TSMC dijo el año pasado que invertirá 12.000 millones de dólares USA para construir una planta en Arizona que está programada para completarse en 2024. Por su parte, la Unión Europea está considerando la creación en el continente de una factoría avanzada de fabricación de chips, en la que participarían varios países, entre ellos España. El proyecto podría contar con la colaboración tecnológica de Samsung y/o TSMC. Se da la circunstancia, además, de que TSMC utiliza mayoritariamente los equipos fotolitográficos de fabricación de chips de ASML, una compañía holandesa que es el principal suministrador mundial y el más avanzado de este tipo de maquinaria. Todo esto pone de manifiesto el carácter global de la industria microelectrónica, tal y como describiré en un próximo artículo.

Por su parte China, que compra más procesadores que cualquier otro país del mundo –unos 300.000 millones de dólares USA anuales– ha invertido masivamente en esta industria. Su participación en la capacidad de fabricación mundial ahora es del 15%, tres puntos porcentuales por encima de EEUU. Por ahora, EEUU, China y sobre todo Europa están en una situación similar: dependen en gran medida del flujo de chips de Taiwán y Corea del Sur, que están aliados estratégicamente con EEUU, pero también entrelazados con China y con Europa económicamente.

Es posible que TSMC y Samsung, el duopolio realmente existente en la fabricación de chips, ahora tengan más poder que el que tenía la OPEP en el pasado, porque al menos los productores de petróleo estaban muy repartidos por todo el mundo, mientras que estos no lo están. El mundo mira a los dragones asiáticos.