Autor: Juan Carlos López

China y EEUU son los países que más recursos están dedicando al desarrollo de las tecnologías cuánticas. Y también los que están alcanzando los logros más relevantes. Sin embargo, ningún país avanzado puede permitirse permanecer al margen de una tecnología con un indiscutible potencial rupturista a medio plazo. En este terreno Japón está adoptando una postura discreta, pero sus contribuciones, aunque no son tan numerosas como las de los otros dos países que he mencionado en este párrafo, también son muy importantes.

En 2023 un grupo de investigadores del Centro RIKEN de Computación Cuántica, en Japón, liderado por el profesor Keisuke Fujii ideó un algoritmo muy avanzado que consigue reducir drásticamente la complejidad computacional de algunos procedimientos cuánticos. Su trabajo fue publicado en la revista científica Physical Review, y aún hoy es la mejor herramienta disponible para reproducir de una manera eficiente las interacciones a nivel atómico que tienen lugar en algunos materiales complejos.

El protocolo diseñado por estos científicos japoneses consigue lidiar con los operadores de evolución temporal de una forma mucho más eficiente que la técnica utilizada hasta ahora, que se conoce como troterización. A grandes rasgos estos operadores son unas matrices de números que describen las complejísimas interacciones que tienen lugar en los materiales de naturaleza cuántica. Además, el algoritmo ideado por Fujii y sus colegas es una solución híbrida que combina protocolos cuánticos y clásicos, y tiene la capacidad de permitir que ordenadores cuánticos relativamente sencillos, como los que tenemos ahora, se enfrenten a problemas muy complicados.

El Centro RIKEN y Fujitsu han puesto a punto un ordenador cuántico de 256 cúbits

Hoy, hace apenas unas horas, el Centro RIKEN de Computación Cuántica y Fujitsu han anunciado que han desarrollado en un proyecto conjunto un ordenador cuántico superconductor dotado de 256 cúbits. A priori puede no parecer un gran logro si tenemos presente que IBM ya tiene Condor, un procesador cuántico superconductor de 1.121 cúbits, y también la plataforma Heron (5K) dotada de mitigación de errores. Y el Grupo Cuántico de China Telecom (CTQG) y el Centro de Excelencia en Información Cuántica y Física Cuántica de la Academia China de Ciencias han desarrollado el procesador cuántico Xiaohong de 504 cúbits superconductores.

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Sin embargo, la implementación de esta máquina japonesa merece ser considerada un éxito indudable si tenemos en cuenta que utiliza tecnologías desarrolladas íntegramente en Japón. No emplea el hardware diseñado por IBM o Intel, que es lo que han hecho algunos centros de investigación diseminados por Europa. Una de las bazas más atractivas de este ordenador cuántico japonés es que permite escalar de una forma eficiente el número de cúbits sin necesidad de rediseñar completamente toda la arquitectura de la máquina.

Además, el sistema de refrigeración de dilución que utiliza es, según Fujitsu, más eficiente que las soluciones empleadas habitualmente en otros ordenadores cuánticos. Esta afirmación es creíble debido a que esta máquina de 256 cúbits funciona correctamente con la misma unidad de refrigeración que el anterior ordenador cuántico de 64 cúbits del Centro RIKEN. Suena muy bien. No obstante, esto no es todo. El plan de los creadores de esta máquina cuántica es tener listo un ordenador de 1.000 cúbits en 2026. Si lo consiguen Japón se colocará en este terreno a solo un paso de EEUU y China.

Imagen | Fujitsu

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La noticia Japón acaba de meterse de lleno en la carrera de los ordenadores cuánticos. Y lo ha hecho con tecnología propia fue publicada originalmente en Xataka por Juan Carlos López .

El tritio que está presente en la naturaleza es muy escaso. Escasísimo. Este isótopo radiactivo del hidrógeno se produce de forma natural en las capas superiores de la atmósfera debido a la interacción de los rayos cósmicos y los núcleos de los gases atmosféricos, pero su producción es muy modesta. De hecho, en la atmósfera de la Tierra solo se producen anualmente unos pocos kilogramos. Tan pocos, de hecho, que los científicos estiman que podemos contarlos con nuestros dedos.

Curiosamente no todo el tritio que está disponible en nuestro planeta tiene un origen natural. Las pruebas nucleares atmosféricas que tuvieron lugar entre el final de la Segunda Guerra Mundial y los años 80 han arrojado unas pocas decenas de kilogramos de este isótopo a los océanos, y, además, los reactores nucleares de tipo CANDU, que son dispositivos de agua pesada sometida a presión desarrollados en Canadá, también lo producen. Cada reactor de 600 MW genera anualmente unos 100 g de tritio, por lo que su producción global anual es de unos 20 kg.

ITER, el reactor experimental de fusión nuclear que un consorcio internacional liderado por la Unión Europea está construyendo en la localidad francesa de Cadarache, utilizará como combustible dos isótopos del hidrógeno: deuterio y tritio. Como acabamos de ver, el tritio es muy escaso, pero el que está acumulado actualmente en todo el planeta es suficiente para garantizar que este reactor experimental de energía de fusión tendrá el que necesita durante toda su vida operativa, que se prolongará aproximadamente durante quince años.

ITER probará una estrategia innovadora para producir grandes cantidades de tritio

El problema es que después de ITER llegará DEMO, que será el reactor de fusión nuclear de demostración que aspira a poner sobre la mesa la validez de esta tecnología para producir grandes cantidades de electricidad. Y después de DEMO, si todo sale como han previsto los ingenieros de ITER, llegarán las primeras centrales eléctricas comerciales de energía de fusión. Cada uno de sus reactores necesitará anualmente entre 100 y 200 kg de tritio, así que es evidente que las cuentas no salen.

Los reactores CANDU no pueden generar la gran cantidad de tritio que necesitarán las máquinas de fusión, pero, afortunadamente, este dilema tiene solución. Una muy ingeniosa.

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Estos son los plazos que maneja ITER actualmente para demostrar la viabilidad de la fusión nuclear

El propósito de los científicos que trabajan en la fusión nuclear mediante confinamiento magnético, que es la estrategia utilizada actualmente por los reactores experimentales JET, en Oxford (Inglaterra), y JT-60SA, en Naka (Japón), es que los futuros reactores de energía de fusión sean capaces de generar por sí mismos todo el tritio que necesitan. Que sean capaces de autoabastecerse. Este plan propone que el aporte externo de tritio sea mínimo y se ciña a momentos muy concretos de la vida operativa del reactor de fusión nuclear. Suena bien, pero lo más interesante es saber cómo van a hacerlo.

Y, sobre el papel, lo que van a hacer es sencillo: van a colocar litio en el manto que recubre el interior de la cámara de vacío del reactor de fusión. Uno de los subproductos resultantes de la fusión de un núcleo de deuterio y otro de tritio es un neutrón que sale despedido con una energía de unos 14 MeV. Cuando una de estas partículas incide sobre uno de los átomos de litio alojados en el manto de la cámara altera su estructura, produciendo de esta forma un átomo de helio, que es un elemento químico inocuo, y un átomo de tritio. Aquí lo tenemos. Esto es justo lo que necesitan los reactores de energía de fusión. Sobre el papel parece una idea simple, pero llevarla a la práctica no es nada sencillo.

Los desafíos que plantea la puesta a punto de las soluciones tecnológicas que son necesarias para implementar el autoabastecimiento de tritio son enormes. Por un lado es imprescindible que la tasa que relaciona los neutrones de alta energía producidos en la fusión y los átomos de tritio generados en las paredes de la cámara de vacío sea la idónea. Además, es necesario resolver el transporte del tritio desde el lugar en el que se genera hasta el lugar en el que va a ser consumido, y no es algo en absoluto trivial porque es un gas que se dispersa fácilmente, especialmente a altas temperaturas. Este procedimiento plantea otros retos, pero estos dos son críticos. Crucemos los dedos para que la regeneración del tritio en ITER salga bien.

Imagen de portada | ITER

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La noticia Solo se producen 20 kg de tritio al año en el mundo: así aspira la fusión nuclear a conseguir todo el que necesita fue publicada originalmente en Xataka por Juan Carlos López .

El tritio que está presente en la naturaleza es muy escaso. Escasísimo. Este isótopo radiactivo del hidrógeno se produce de forma natural en las capas superiores de la atmósfera debido a la interacción de los rayos cósmicos y los núcleos de los gases atmosféricos, pero su producción es muy modesta. De hecho, en la atmósfera de la Tierra solo se producen anualmente unos pocos kilogramos. Tan pocos, de hecho, que los científicos estiman que podemos contarlos con nuestros dedos.

Curiosamente no todo el tritio que está disponible en nuestro planeta tiene un origen natural. Las pruebas nucleares atmosféricas que tuvieron lugar entre el final de la Segunda Guerra Mundial y los años 80 han arrojado unas pocas decenas de kilogramos de este isótopo a los océanos, y, además, los reactores nucleares de tipo CANDU, que son dispositivos de agua pesada sometida a presión desarrollados en Canadá, también lo producen. Cada reactor de 600 MW genera anualmente unos 100 g de tritio, por lo que su producción global anual es de unos 20 kg.

ITER, el reactor experimental de fusión nuclear que un consorcio internacional liderado por la Unión Europea está construyendo en la localidad francesa de Cadarache, utilizará como combustible dos isótopos del hidrógeno: deuterio y tritio. Como acabamos de ver, el tritio es muy escaso, pero el que está acumulado actualmente en todo el planeta es suficiente para garantizar que este reactor experimental de energía de fusión tendrá el que necesita durante toda su vida operativa, que se prolongará aproximadamente durante quince años.

ITER probará una estrategia innovadora para producir grandes cantidades de tritio

El problema es que después de ITER llegará DEMO, que será el reactor de fusión nuclear de demostración que aspira a poner sobre la mesa la validez de esta tecnología para producir grandes cantidades de electricidad. Y después de DEMO, si todo sale como han previsto los ingenieros de ITER, llegarán las primeras centrales eléctricas comerciales de energía de fusión. Cada uno de sus reactores necesitará anualmente entre 100 y 200 kg de tritio, así que es evidente que las cuentas no salen.

Los reactores CANDU no pueden generar la gran cantidad de tritio que necesitarán las máquinas de fusión, pero, afortunadamente, este dilema tiene solución. Una muy ingeniosa.

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El propósito de los científicos que trabajan en la fusión nuclear mediante confinamiento magnético, que es la estrategia utilizada actualmente por los reactores experimentales JET, en Oxford (Inglaterra), y JT-60SA, en Naka (Japón), es que los futuros reactores de energía de fusión sean capaces de generar por sí mismos todo el tritio que necesitan. Que sean capaces de autoabastecerse. Este plan propone que el aporte externo de tritio sea mínimo y se ciña a momentos muy concretos de la vida operativa del reactor de fusión nuclear. Suena bien, pero lo más interesante es saber cómo van a hacerlo.

Y, sobre el papel, lo que van a hacer es sencillo: van a colocar litio en el manto que recubre el interior de la cámara de vacío del reactor de fusión. Uno de los subproductos resultantes de la fusión de un núcleo de deuterio y otro de tritio es un neutrón que sale despedido con una energía de unos 14 MeV. Cuando una de estas partículas incide sobre uno de los átomos de litio alojados en el manto de la cámara altera su estructura, produciendo de esta forma un átomo de helio, que es un elemento químico inocuo, y un átomo de tritio. Aquí lo tenemos. Esto es justo lo que necesitan los reactores de energía de fusión. Sobre el papel parece una idea simple, pero llevarla a la práctica no es nada sencillo.

Los desafíos que plantea la puesta a punto de las soluciones tecnológicas que son necesarias para implementar el autoabastecimiento de tritio son enormes. Por un lado es imprescindible que la tasa que relaciona los neutrones de alta energía producidos en la fusión y los átomos de tritio generados en las paredes de la cámara de vacío sea la idónea. Además, es necesario resolver el transporte del tritio desde el lugar en el que se genera hasta el lugar en el que va a ser consumido, y no es algo en absoluto trivial porque es un gas que se dispersa fácilmente, especialmente a altas temperaturas. Este procedimiento plantea otros retos, pero estos dos son críticos. Crucemos los dedos para que la regeneración del tritio en ITER salga bien.

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Gina Raimondo, la Secretaria de Comercio de EEUU, es una fuente inagotable de declaraciones. Hace apenas tres días confirmó que la Administración estadounidense tendrá que realizar una inversión económica continuada en el tiempo para sostener el liderazgo en la industria de los semiconductores que aspira a alcanzar. No obstante, hace unas horas ha ido si cabe más lejos al oficializar el propósito del Gobierno estadounidense: producir el 20% de los chips de vanguardia del planeta en 2030.

Europa se ha marcado este mismo objetivo. El 8 de febrero de 2022 Ursula von der Leyen, la presidenta de la Comisión Europea, anunció que el Viejo Continente quiere ser un actor fundamental en este mercado, y el primer paso para lograrlo requiere fabricarel 20% de los chips del planeta en 2030. La Directiva Chips Act moviliza hasta 43.000 millones de euros entre inversión pública y privada para hacerlo posible, y las plantas de chips que Intel y TSMC han programado en suelo alemán son dos piezas clave en este itinerario.

A pesar de sus similitudes, el plan de EEUU pinta mejor que el de Europa. El país liderado por Joe Biden tiene una infraestructura de fabricación de circuitos integrados más sólida que la del Viejo Continente. Además, Intel, TSMC, Samsung, Texas Instruments y GlobalFoundries son algunas de las empresas que ya están poniendo a punto nuevas plantas de vanguardia en suelo estadounidense. Y, como acabamos de ver, el Gobierno de EEUU parece estar decidido a invertir todo el dinero que haga falta para alcanzar la posición de liderazgo a la que aspira.

EEUU y Europa necesitan forzosamente reducir su dependencia de Asia

El dominio que ejerce Asia sobre la industria de los semiconductores es abrumador. Actualmente este continente produce el 90% de los chips de memoria, el 75% de los microprocesadores y el 80% de las obleas de silicio, lo que coloca a Europa y EEUU en una posición de dependencia que a medio plazo puede resultar contraproducente. Esta es precisamente la razón por la que ambos han elaborado una estrategia que persigue consolidar su posición en una industria vital que en el futuro tendrá si cabe incluso más importancia.

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Morris Chang, el fundador de TSMC, ha hecho unas declaraciones que reflejan claramente las sensaciones de los países asiáticos frente a la política de reagrupamiento de la industria de los chips que están desplegando EEUU y Europa a través de las campañas 'Chips and Science Act' y la Ley Europea de Chips. Taiwán, Japón y Corea del Sur comparten una misma cultura del trabajo. Esto es lo que los hace tan competitivos para este ejecutivo, y vaticina que los países occidentales no tendrán esto a su favor.

Probablemente este es uno de los motivos que explican por qué la industria de los semiconductores está actualmente vertebrada en torno al Mar de China Oriental. Los números no dejan ningún resquicio a la más mínima duda. En la siguiente tabla los hemos desglosado por países:

Antes de concluir este artículo merece la pena que reparemos en algo que diferencia a las estrategias de EEUU y Europa más allá de ese 20% de cuota de mercado que ambos esperan alcanzar en 2030. En su declaración Gina Raimondo especifica que su país quiere consolidar esa cifra ciñéndose a los circuitos integrados de vanguardia, que son los que tienen un mayor valor añadido. La Comisión Europea, sin embargo, no ha especificado qué tipo de semiconductores va a producir para alcanzar ese 20% global, por lo que esa cuota con toda probabilidad aglutina tanto circuitos integrados de vanguardia como maduros.

Imagen | Intel

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La alianza que han forjado Huawei y SMIC es muy robusta. A ambas compañías les va su futuro en ella. Las sanciones de EEUU y sus aliados han obligado al principal diseñador chino de chips y al fabricante más importante de semiconductores del país liderado por Xi Jinping a trabajar juntos y con más ahínco que nunca para proteger su negocio. El SoC Kirin 9000S que late en el interior del smartphone Mate 60 Pro de Huawei es uno de los productos resultantes de esta alianza.

Este chip, como os hemos contado en varios artículos desde que vio la luz en agosto de 2023, ha sido fabricado por SMIC utilizando los equipos de litografía de ultravioleta profundo (UVP) de ASML que esta última compañía neerlandesa ya no puede entregarle como consecuencia del paquete de sanciones de EEUU que entró en vigor el pasado 16 de noviembre. Los ingenieros de SMIC y Huawei han logrado fabricar el SoC Kirin 9000S empleando su litografía de 7 nm de segunda generación.

No obstante, aunque al principio no estaba del todo claro, no tardamos en confirmar que se habían visto obligados a recurrir a una técnica conocida como multiple patterning. Esta estrategia de fabricación de semiconductores consiste en transferir el patrón a la oblea en varias pasadas con el propósito de incrementar la resolución del proceso litográfico. Puede tener un impacto al alza en el coste de los chips y a la baja en la capacidad de producción, pero funciona. De hecho, funciona lo suficientemente bien para que SMIC siga utilizándola en otro chip para Huawei.

El procesador HiSilicon Taishan V120 de 7 nm para servidores ya está listo

Financial Times asegura haber tenido acceso a las declaraciones de dos expertos que defienden que SMIC está ultimando el refinamiento de sus procesos de fabricación de semiconductores en sus máquinas UVP. Su propósito, según esta fuente, es disponer de la tecnología necesaria para fabricar circuitos integrados de 5 nm de forma masiva antes de que concluya este año. Es algo creíble que encaja a la perfección con el vaticino que hicieron los técnicos de TechInsights hace ya casi seis meses.

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En cualquier caso, ahora mismo la litografía más avanzada que tiene este fabricante de chips en producción es la de 7 nm de segunda generación con la que fabrica no solo el SoC Kirin 9000S, sino también el nuevo procesador HiSilicon con núcleos Taishan V120, ambos para Huawei. Los núcleos de este último chip están implementados presumiblemente sobre la misma microarquitectura empleada en los núcleos de alto rendimiento del SoC Kirin 9000S. No obstante, existe un consenso en los medios especializados, y nosotros lo compartimos, que prevé que los núcleos Taishan V120 verán la luz oficialmente en la CPU para servidores Kunpeng 930 de Huawei.

Lo más interesante es que hace unas horas se ha filtrado el rendimiento que arroja el procesador con núcleos Taishan V120 en la prueba mononúcleo de Geekbench 6, y se mueve en la misma órbita que el procesador para servidores EPYC 7413 con núcleos Zen 3. AMD lanzó sus procesadores implementados sobre esta microarquitectura a finales de 2020, y desde mediados de 2022 tiene lista Zen 4, que es una implementación más avanzada. Aun así, con toda probabilidad para Huawei es un éxito tener preparada ya una microarquitectura con un rendimiento equiparable al de la solución de anterior generación de AMD.

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Mucho hemos hablado de la importancia de ASML para la industria de los semiconductores. La empresa holandesa es la única que suministra los equipos de fotolitografía ultravioleta extremo (UVE) para la fabricación de chips avanzados. Sin esta tecnología, cuyos competidores como Canon y Nikon abandonaron porque el esfuerzo para desarrollarla era demasiado grande, no habríamos podido sobrepasar la barrera de los 5 nanómetros en materia de transistores.

En el complejo y enraizado sector de la fabricación de los chips que dan vida a teléfonos inteligentes, ordenadores, centros de datos y otros dispositivos, ASML no es el único actor esencial. Hay otras empresas cuya aportación es clave y difícilmente reemplazable. La japonesa Valqua es una de ellas. Sus productos, no obstante, no contienen miles de piezas, cables y software integrado. La empresa se especializa en la fabricación de tanques extremadamente limpios.

La clave está en la personalización y la limpieza

Pese a que las soluciones de Valqua no son comparables a nivel de complejidad con otras que forman parte de la industria de los semiconductores, esta empresa fundada hace casi un siglo prácticamente no tiene competencia. Según Bloomberg, es el proveedor de depósitos de almacenamiento de químicos más grande del mundo y, por si esto fuera poco, uno de sus clientes más importantes es Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC).

Y cuando hablamos de TSMC, hablamos de otro gigante. Los taiwaneses dominan el mercado de los semiconductores de manera aplastante, con más del 50% de este, escoltado por Samsung. Ahora bien, ¿por qué esta empresa casi desconocida es una piedra angular en la fabricación de chips? Su historia es de lo más interesante. De acuerdo a su propia página web, fue fundada en 1927 y sus primeros productos fueron pastillas de frenos para coches.

La gran pericia de su equipo de técnicos e ingenieros permitió a los directivos de la empresa ir ampliando paulatinamente su catálogo de productos. En 1932 empezaron a fabricar juntas para uso industrial. La calidad que manejaban era destacable, por lo que también ingresaron al a industria de la aviación suministrando juntas de caucho sintético y láminas comprimidas para aeronaves. En un ascenso imparable, en 1962 llegaron a la segunda sección de la Bolsa de Tokio.

En los años posteriores, la dirección de la empresa japonesa se enfocó en consolidar su presencia en el extranjero y estableció subsidiarias en China, Taiwán, Corea del Sur, Vietnam y Estados Unidos. Al mismo tiempo continuó desarrollando su oferta de soluciones, añadiendo la posibilidad de que los clientes solicitaran tanques de acero a medida. Y esto último era un gran diferencial en torno a la competencia ya que buscaba satisfacer una necesidad puntual de la industria de chips.

Las fábricas de chips requieren de cientos de depósitos de químicos de diferentes tamaños, los cuales varían de acuerdo a las necesidades de cada fabricante. En otras palabras, no hay una medida estandarizada. Por esta razón, flexibilidad de Valqua para hacer tanques con características personalizadas es una enorme ventaja. Estos pueden tener hasta 4 metros de diámetro, 9 metros de altura y suelen tener una vida útil de 10 años.

Estos tanques son utilizados para almacenar productos químicos para la fabricación de semiconductores. Y sabemos muy bien que los entornos en los que se fabrican los chips, como la fábrica de Intel que visitamos en Israel, se caracterizan por ser extremadamente limpios. La presencia de partículas de polvo pueden acabar arruinando las obleas y, mucho peor aún, algunos de los costosos equipos de AMSL.

Por consecuencia, la fabricación de este producto en particular de Valqua requiere de un protocolo específico. La compañía recubre el interior de los depósitos con fluororesina con trabajadores cualificados y con la indumentaria adecuada. Estos también se encargan de revestir las tuberías que se conectan a los depósitos. Y todo el proceso se lleva a cabo en un ambiente extremadamente limpio.

“Una impureza a nivel molecular haría inútil toda la solución química en un tanque, ya que degradaría drásticamente los rendimientos de producción de la fabricación de chips de vanguardia”, señala el presidente de Valqua, Yoshihiro Hombo. Además asegura que la capacidad que tienen para fabricar y transportar sus tanques libres de impurezas “no es algo que se pueda imitar fácilmente”.

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La compañía japonesa, como mencionamos arriba, dio sus primeros pasos como fabricante de frenos para coches. Hoy es una pieza clave de la industria de los semiconductores. De hecho, más de la mitad de sus ingresos provienen de este sector que, por cierto, parece no tener freno. Desde Valqua apuntan a alcanzar un crecimiento de un 30% en sus ventas en los próximos cuatro años.

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Intel ha cambiado mucho después del regreso de Pat Gelsinger en febrero de 2021. Han transcurrido solo tres años, pero esta compañía es objetivamente más ambiciosa y está logrando mantener una cadencia de lanzamientos impensable antes de la llegada de Gelsinger a la dirección general. En octubre de 2022 este ejecutivo aseguró durante una entrevista con The Wall Street Journal que Intel tendría los mejores transistores y la tecnología de integración más avanzada del mundo en 2025.

En aquel momento lo más razonable era considerar esa afirmación una bravuconada. TSMC y Samsung tenían en operación nodos litográficos mucho más avanzados que los de Intel, por lo que resultaba difícil aceptar que en tan solo tres años el equipo liderado por Gelsinger fuese capaz no solo de ponerse a la altura de sus competidores, sino, incluso, de superarlos. Hoy no parece imposible. Y no lo parece porque Intel está cumpliendo escrupulosamente su itinerario a pesar de que a priori prometía algo exageradamente ambicioso: cinco nodos en cuatro años.

El nodo 14A estará listo en 2026 y será el primero que usará litografía UVE High-NA

Intel tiene la intención de consolidarse como el segundo mayor fabricante de semiconductores en el mercado global antes de que finalice esta década. A priori puede parecer que esta frase no dice gran cosa, pero nada más lejos de la realidad. Dice mucho. Y lo dice porque oficializa algo importante: la  distancia que mantiene la compañía taiwanesa TSMC, que es el mayor fabricante de circuitos integrados del planeta, sobre sus dos competidores más aventajados, que no son otros que Intel y Samsung, es insalvable a corto y medio plazo.

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Y en esta coyuntura Intel ha depositado sus ojos sobre Samsung. Actualmente la cuota de mercado global de TSMC es algo superior al 50%, mientras que la de Intel y Samsung se mueve en la órbita del 17 al 20% para ambas compañías. Es evidente que un plan realista requiere prestar atención al competidor más cercano y dar los pasos necesarios para desmarcarse de él y superarlo. Lograr este hito exige que Intel ponga a punto nodos litográficos competitivos, y su plan prevé que durante la primera mitad de 2024 esté listo el nodo Intel 20A, y a lo largo del segundo semestre de este año esta compañía pretende estar preparada para fabricar circuitos integrados en el nodo 18A. No obstante, como podemos ver en la siguiente imagen, su itinerario no acaba aquí.

Y es que cuando la producción de chips en el nodo 18A esté consolidada Intel pondrá a punto el nodo 14A (1,4 nm). El roadmap que podemos ver encima de estas líneas no desvela el momento exacto en el que estará lista esta tecnología de integración, pero es razonable asumir que ese momento llegará en 2026 debido a que en 2027, y esto sí lo refleja la imagen, estará preparada la litografía 14A-E, que no será otra cosa que una revisión de la tecnología de integración 14A original.

Sea como sea hay otro dato importante que merece la pena que no pasemos por alto: la litografía 14A será la primera en la que Intel utilizará los nuevos y carísimos equipos de ultravioleta extremo (UVE) y alta apertura (High-NA) fabricados por ASML. Cada uno de ellos cuesta unos 350 millones de euros. Actualmente Intel está probando una de estas máquinas en su planta de Hillsboro (EEUU), por lo que es razonable que sus ingenieros se vean obligados a invertir dos años en dominar y optimizar los procesos involucrados en la operación de estas máquinas.

Tenemos pistas que nos indican que TSMC no iniciará la producción de chips en los equipos UVE de alta apertura hasta 2030, lo que podría dar a Intel una ventaja competitiva importante si, eso sí, consigue alcanzar un rendimiento por oblea óptimo con su próxima litografía 14A.

Imágenes | Intel

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Alemania está atravesando un mal momento económico. Reforzar su economía es una prioridad en la que el Gobierno liderado por Olaf Scholz lleva muchos meses trabajando. Algunos de los frentes en los que está moviéndose la Administración para fortalecer y reencauzar la actividad industrial del país son las industrias del automóvil y las energías renovables, aunque los semiconductores también interpretan un papel protagonista en el plan de Alemania para recuperar su vigor económico.

Por el momento si nos ceñimos a los circuitos integrados su estrategia está funcionando. La planta de 30.000 millones de euros que Intel va a construir en Magdeburgo ya está oficialmente aprobada y sus preparativos están en marcha, pero esta no es la única baza del Gobierno alemán en su propósito de ir de la mano de Países Bajos en la industria europea de los semiconductores. La fábrica de chips que TSMC planea construir en Dresde, en el estado de Sajonia, también es crucial. De hecho, será la primera piedra del 'Silicon Valley' alemán.

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La crisis económica en la que está sumido este país centroeuropeo ha arrojado dudas acerca de su capacidad actual para asumir las inversiones que necesariamente debe acometer en el ámbito de los semiconductores. Michael Kellner, el secretario de Estado para Asuntos Económicos, saltó a la palestra a mediados del pasado mes de diciembre con el propósito de calmar los ánimos y despejar las dudas que se ciernen sobre el Gobierno alemán.

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"Las inversiones que requieren los proyectos de transformación están garantizadas. Con estos fondos aseguraremos nuestra capacidad económica futura. Esta estrategia beneficiará a todo el país, a todas las personas, especialmente a la clase media", declaró Kellner. La Administración germana ha confirmado que dedicará 22.000 millones de euros a la entrega de incentivos directos a los fabricantes de chips, pero la aprobación definitiva de este presupuesto por el Gobierno Federal se ha retrasado.

Lo más curioso es que el Gobierno del estado alemán de Sajonia persigue consolidar su territorio como el Silicon Valley alemán. Hace apenas dos meses Carsten Schneider, el ministro de Alemania del Este para las Condiciones de Vida Igualitarias, anunció que "el canciller se ha comprometido a sacar adelante tanto la fábrica de Intel de Magdeburgo como la de TSMC en Dresde". Precisamente esta última planta es fundamental para que el plan del Gobierno de Sajonia llegue a buen puerto.

Sin embargo, el Silicon Valley alemán necesita algo más que sacar adelante la fábrica de circuitos integrados de TSMC. El itinerario que se ha marcado la Administración local requiere atraer inversión de calidad, y en este contexto Taiwán es una apuesta segura. De hecho, el Gobierno de Sajonia está negociando con algunos de los proveedores y socios industriales de TSMC para conseguir que también se instalen en las proximidades de la futura planta de esta compañía taiwanesa. Sea como sea la última confirmación oficial defiende que la construcción de la planta de Dresde arrancará durante el segundo semestre de este año con el propósito de que estas instalaciones comiencen a producir circuitos integrados a finales de 2027.

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Más información | DigiTimes Asia

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Pesa tanto como dos Airbus A320 e incorpora más de 100.000 piezas, 3.000 cables, 40.000 pernos, y también más de 2 km de conexiones eléctricas. El equipo de fotolitografía TWINSCAN EXE:5000 diseñado y fabricado por ASML es la máquina de producción de circuitos integrados más sofisticada que existe. Y también la más cara. La información más actualizada que tenemos refleja que uno solo de estos equipos cuesta 350 millones de euros, lo que con toda seguridad provocará que algunos fabricantes de chips se lo piensen dos veces antes de comprarlo.

Actualmente solo hay una de estas máquinas en fase de pruebas, y la tiene Intel en su planta de Hillsboro (EEUU) desde finales del pasado mes de diciembre. Los ingenieros de ASML han invertido una década en el desarrollo de la tecnología necesaria para poner a punto esta máquina, que, en realidad, es un equipo de litografía de ultravioleta extremo (UVE) de segunda generación. Esta compañía de Países Bajos prevé entregar a sus clientes anualmente a partir de 2025 unos 20 equipos de este tipo con un propósito: poner en sus manos la posibilidad de producir chips de 2 nm y más allá.

El equipo de litografía UVE High-NA es una de las máquinas más complejas que existen

Para desarrollar el equipo de litografía UVE de alta apertura (EUV High-NA por su sigla en inglés) al que merecidamente dedicamos este artículo los ingenieros de ASML han puesto a punto una arquitectura óptica muy avanzada que tiene una apertura de 0,55 frente al valor de 0,33 que tienen los equipos de litografía UVE de primera generación. Este refinamiento de la óptica permite transferir a la oblea patrones de mayor resolución, de ahí que sea posible fabricar chips empleando tecnologías de integración más avanzadas que las utilizadas actualmente en los nodos de 3 nm.

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En el artículo que dedicamos al criterio de Rayleigh explicamos con mucho detalle en qué consiste el parámetro 'NA' (numerical aperture), pero en este texto nos basta saber que esta variable identifica el valor de apertura de la óptica utilizada por el equipo litográfico. En este contexto este parámetro refleja esencialmente lo mismo que el valor de apertura cuando hablamos de la óptica de una cámara de fotos, por lo que condiciona la cantidad de luz que los elementos ópticos son capaces de recoger. Como podemos intuir, cuanta más luz recaben, mejor.

No obstante, esto no es todo. ASML también ha mejorado los sistemas mecánicos que se responsabilizan de la manipulación de las obleas con el propósito de hacer posible que una sola máquina UVE de alta apertura sea capaz de producir más de 200 obleas por hora. Las fotografías que ilustran este artículo nos permiten intuir la extrema complejidad y la sofisticación que tiene uno de estos equipos, que, por cierto, no sería posible sin la cooperación de otras empresas, como la alemana ZEISS o Cymer, una compañía de origen estadounidense que actualmente está bien afianzada dentro de la estructura de ASML.

De algún modo esta última empresa entrega a ASML la materia prima que necesitan sus máquinas de fotolitografía. Y esa materia prima no es otra que la luz ultravioleta que se responsabiliza de transportar el patrón geométrico descrito por la máscara para que pueda ser transferido con muchísima precisión a la superficie de la oblea de silicio. La luz utilizada por el equipo de alta apertura pertenece a la porción más energética de la región ultravioleta del espectro electromagnético. De hecho, su longitud de onda se extiende en el rango que va desde los 10 hasta los 100 nanómetros (nm).

El problema es que no es nada fácil generar y lidiar con esta forma de radiación electromagnética. Y no lo es, entre otras razones, debido a que es tan energética que altera la estructura de los elementos físicos con los que interacciona en el interior de la máquina de litografía. Además, la luz UVE debe viajar desde la fuente hasta la oblea de silicio sin interaccionar con la más mínima partícula de polvo, por lo que es necesario que todo el proceso de producción de los chips se lleve a cabo en el interior de una cámara diseñada para proporcionar un vacío de mucha calidad.

En la fotografía que podemos ver debajo de estas líneas aparece uno de los elementos ópticos anamórficos utilizados en las máquinas de litografía UVE de alta apertura de ASML mientras está siendo verificado en el laboratorio de ZEISS. Su rol es crucial debido a que se responsabilizan de trasladar la luz UVE con una longitud de onda de 13,5 nm desde la fuente que se encarga de su emisión hasta la máscara que contiene el patrón geométrico que es necesario plasmar en la oblea de silicio. A partir de este momento entra en acción la óptica de proyección con el propósito de transferir la radiación UVE que ya contiene el patrón geométrico a la oblea de material semiconductor.

Es un proceso complejísimo. Si los espejos que intervienen en la propagación de la luz UVE no están fabricados con una enorme precisión el patrón geométrico definido por la máscara se verá alterado, y los chips se irán al garete. Además, los espejos reflectores que se encargan de transportar la luz desde la fuente emisora hasta la máscara deben conseguir que la radiación UVE llegue a esta última con una uniformidad extrema. De lo contrario, de nuevo, el proceso de fabricación de circuitos integrados no tendrá éxito.

Además, los espejos utilizados en los equipos de alta apertura son más grandes que los que emplean las máquinas UVE convencionales, por lo que su fabricación es aún más compleja. Definitivamente, como hemos comprobado a lo largo de este artículo, cada equipo de fotolitografía UVE de alta apertura es un auténtico prodigio de la ingeniería.

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Peter Wennink, el director general de ASML, anticipó a principios de septiembre de 2023 que su compañía entregaría el primer equipo de litografía UVE de alta apertura (EUV High-NA por su sigla en inglés) a uno de sus clientes antes de que expirase el año en curso. Y lo cumplió. A finales de diciembre la máquina de fabricación de circuitos integrados más avanzada que existe abandonó Países Bajos rumbo a la planta de semiconductores que tiene Intel en Hillsboro (EEUU).

El itinerario que se ha marcado la compañía liderada por Pat Gelsinger en lo que se refiere a la puesta a punto de nuevas tecnologías de integración es extremadamente ambicioso, y el equipo de litografía UVE de alta apertura de ASML tiene un papel protagonista en él. Durante la primera mitad de 2024 prevé tener preparado el nodo Intel 20A, y a lo largo del segundo semestre de 2024 promete estar preparada para fabricar circuitos integrados en el nodo 18A.

Con toda probabilidad los equipos de litografía que utilizará Intel en estos nodos serán las máquinas UVE de primera generación que tiene en algunas de sus plantas desde hace ya varios años, por lo que el equipo UVE de alta apertura reclamará el protagonismo a partir del nodo 18A. Esto significa que durante los próximos dos años los ingenieros de Intel probarán a fondo esta tecnología con el propósito de iniciar la producción masiva de chips con ella presumiblemente en 2026. Intel no lo ha confirmado oficialmente, pero estos plazos son razonables.

TSMC ha adoptado una postura más conservadora que Intel

Como os contamos hace dos días, cada vez tenemos más evidencias que reflejan que TSMC, el mayor fabricante de semiconductores del planeta, no va a instalar en sus fábricas aún el nuevo equipo de litografía de ASML. A mediados del pasado mes de enero C. C. Wei, el director general de esta compañía taiwanesa, se mostró extremadamente cauto durante una reunión en lo que se refiere a la posibilidad de que su compañía adopte las nuevas máquinas UVE de alta apertura.

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"Estamos estudiándolo minuciosamente, evaluando la madurez de la herramienta y examinando sus costes. Nosotros siempre tomamos la decisión adecuada en el momento oportuno con el propósito de ofrecer el mejor servicio a nuestros clientes", aseguró Wei durante su intervención. No obstante, ahora sabemos algo más. Hace un mes Szeho Ng, un analista de China Renaissance, vaticinó que TSMC no utilizaría los equipos UVE de alta apertura de ASML hasta que introdujese su tecnología de integración de 1 nm. En aquel momento parecía un vaticinio prematuro, pero ahora otras voces fiables defienden lo mismo.

El medio DigiTimes Asia, que habitualmente maneja información muy fiable, se ha mojado esta misma semana y, al igual que Szeho Ng, defiende que TSMC no utilizará los equipos de litografía más avanzados de ASML en sus nodos de 2 y 1,4 nm. De ser así esta decisión tendría repercusiones muy importantes. Por un lado la postura de TSMC nos recuerda que con los refinamientos adecuados los equipos de litografía UVE de primera generación pueden ser utilizados para producir chips de 2 nm, e, incluso, más allá (ya veremos con qué rendimiento por oblea).

Y, además, si finalmente TSMC confirma esta estrategia no empezaría a producir circuitos integrados de forma masiva empleando la máquina UVE High-NA de ASML hasta finales de esta década. Probablemente hasta 2029 o 2030. Veremos qué tal le va a Intel con estos equipos. Cabe la posibilidad de que si la apuesta le sale bien a Pat Gelsinger esta empresa estadounidense consiga colocar en el mercado chips de vanguardia con un coste muy competitivo. Esta es, precisamente, una de las bazas que según ASML propone su equipo de litografía más avanzado.

Imagen de portada | ASML

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