El enorme esfuerzo de las empresas para producir un diminuto microchip

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Algunos cuentan con más de 50.000 millones de diminutos transistores que son 10.000 veces más pequeños que el grueso de un cabello humano. Se elaboran en fábricas gigantescas y extremadamente limpias que pueden tener siete pisos y la longitud de cuatro campos de fútbol americano.

Los microchips son, en muchos sentidos, el elemento vital de la economía moderna. Hacen funcionar computadoras, teléfonos inteligentes, automóviles, electrodomésticos y muchos otros dispositivos electrónicos. Pero la demanda mundial por ellos ha aumentado desde la pandemia, la cual también provocó interrupciones en la cadena de suministro, lo que generó una escasez mundial.

Eso, a su vez, está fomentando la inflación y activando alarmas de que EE.UU. se está volviendo demasiado dependiente de los chips fabricados en el extranjero. El país representa solo alrededor del 12% de la capacidad mundial de fabricación de semiconductores; más del 90% de los chips más avanzados provienen de Taiwán.

Intel, un titán de Silicon Valley que busca restaurar su antiguo liderazgo en la fabricación de chips, está haciendo una apuesta de US$ 20.000 millones para aliviar el déficit de estos productos. Está construyendo dos plantas en su complejo de fabricación de chips en Chandler, Arizona, que tardarán tres años en completarse, y hace poco anunció planes para una expansión potencialmente mayor, con nuevas sedes en New Albany, Ohio y Magdeburgo, Alemania.

Por qué fabricar millones de estos componentes diminutos se traduce en construir -y gastar- tanto? Un vistazo al interior de las plantas de producción de Intel en Chandler e Hillsboro, Oregón, ofrece algunas respuestas.

¿Qué hacen los chips?

Los chips, o circuitos integrados, se producen en una pieza de silicio y se conectan para trabajar en conjunto. Los chips resultantes almacenan datos, amplifican señales de radio y realizan otras operaciones; Intel es famosa por una variedad llamada microprocesadores, que realizan la mayoría de las funciones de cálculo de una computadora.

La empresa ha logrado reducir los transistores de sus microprocesadores a tamaños alucinantes. Pero su rival, Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC), puede fabricar componentes aún más pequeños, razón por la que Apple la eligió para fabricar los chips de sus iPhones más recientes.

Tales victorias de una empresa con sede en Taiwán se suman a las señales de una creciente brecha tecnológica que podría poner en riesgo los avances en computación, dispositivos de consumo y hardware militar, tanto por las ambiciones de China como por las amenazas en Taiwán, como terremotos y sequías. Además, puso de relieve los esfuerzos de Intel por recuperar el liderazgo tecnológico.

¿Cómo se hacen?

Los fabricantes de chips están colocando más y más transistores en cada pieza de silicio, lo cual explica por qué la tecnología logra hacer más cada año. También es la razón por la que las nuevas fábricas de chips cuestan miles de millones de dólares y menos compañías tienen el dinero para construirlas. Además de pagar edificios y maquinaria, las empresas deben invertir en desarrollar los complejos pasos de procesamiento para elaborar chips a partir de obleas o láminas de silicio del tamaño de una placa. A este tipo de fábricas se les llama fabs.

Enormes máquinas proyectan diseños para chips en cada oblea y luego depositan y graban capas de materiales para crear sus transistores y conectarlos. Hasta 25 obleas se pueden mover a la vez entre esos sistemas, en cápsulas especiales dispuestas en pistas automatizadas que cuelgan.

Procesar una oblea conlleva miles de pasos y hasta dos meses. TSMC ha marcado el ritmo de la producción en los últimos años, al operar gigafabs, instalaciones con cuatro o más líneas de producción. Dan Hutcheson, vicepresidente de la firma de investigación de mercado TechInsights, estimó que cada sitio puede procesar más de 100.000 obleas al mes. También calculó la capacidad de las dos instalaciones que Intel construirá por US$ 10.000 millones en Arizona en 40.000 obleas mensuales cada una.

Después del procesamiento, la oblea se corta en chips individuales, se prueban y se envuelven en paquetes de plástico para conectarlos a placas de circuitos o partes de un sistema.

Ese paso en particular se ha convertido en un nuevo campo de batalla, porque es más difícil hacer transistores aún más pequeños. En la actualidad, las empresas apilan múltiples chips colocándolos uno al lado de otro en un paquete, conectándolos para que actúen como una sola pieza de silicio.

En una realidad donde empaquetar un puñado de chips juntos ya es rutina, Intel desarrolló un producto avanzado que utiliza una nueva tecnología para agrupar una cantidad notable de 47 chips individuales, entre ellos algunos fabricados por TSMC y otras compañías, así como los producidos en sus fábricas.

Fábricas diferentes

Los chips de Intel en general se venden por cientos o miles de dólares cada uno. Por ejemplo, en marzo, Intel lanzó su microprocesador más rápido para computadoras de escritorio a un precio inicial de US$ 739. Una mota de polvo invisible al ojo humano puede dañar uno de estos microprocesadores, por eso las fábricas deben ser más limpias que el quirófano de un hospital y requieren de sistemas complejos para filtrar aire y regular la temperatura y la humedad.

Estas fábricas también deben ser inmunes a casi cualquier vibración. Por eso las salas limpias, también llamadas de ambiente controlado, se construyen sobre enormes bloques de cemento encima de amortiguadores especiales. También es crucial la capacidad de mover grandes cantidades de líquidos y gases. El nivel superior de las fábricas de Intel, que tienen unos 21 metros de altura, tiene ventiladores gigantes para circular el aire hacia la sala limpia que está directamente debajo. Debajo de la sala limpia hay miles de bombas, transformadores, gabinetes eléctricos, tuberías y enfriadores que se conectan a las máquinas de producción.

Patrick Gelsinger, quien se convirtió en el director ejecutivo de Intel hace un año, está presionando al Congreso estadounidense para que otorgue subvenciones para la construcción de fabs y créditos fiscales para la inversión en equipos. Para administrar el riesgo de gasto de Intel, Gelsinger planea enfatizar la construcción de «carcasas de fabricación» que pueden dotarse con equipos para responder a los cambios del mercado.