La escasez de microprocesadores es una crisis de producción que se dio debido a factores políticos, de comercio y ambientales. Esta carencia afecta en el corto y mediano plazo, el confort de la vida humana, el acceso a nuevas tecnologías y la producción de dispositivos de seguridad electrónica.
por Ventas de Seguridad
Ahora bien, aunque la pandemia tiene la responsabilidad de acentuar el impacto de esta caída en la producción, no fue el detonante. Es preciso entender que esta situación es el entretejido de variables que actuaron como caldo de cultivo, incluida la escasez del silicio monocristalino de alta pureza, materia prima abundante en su forma no pura, que se obtiene a escala industrial a partir de la arena de cuarzo. En la Mesa de Café Argentina - Crisis Mundial de Abastecimiento de semiconductores, evento virtual organizado por la Asociación Latinoamericana de Seguridad (ALAS), se expusieron de forma sencilla los aspectos que ayudan a entender el porqué del desabastecimiento actual de esta tecnología.
Los miembros de ALAS indicaron que, a nivel general, lo que más ha impactado negativamente en el mercado global es que el aumento de la demanda de estos procesadores no fue acompañado por la previsión, lo que generó demoras en la producción de tecnología de consumo masivo y un aumento insospechado del importe. TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co), el primer productor mundial de semicondutores, anunció en agosto de 2021 el aumento de hasta un 10 % en los precios de producción de chips de 7 nanómetros (nm) y de hasta un 20 % en chips de 16 y más nm. Además, este año la empresa taiwanesa United Microelectronics Corporation (UMC), segunda en producción a nivel global, informó un alza del 10 % en el primer trimestre, sumado al leve incremento que ya había tenido en 2021.
En el aspecto económico este incremento de costos causa gran sorpresa, pues el desarrollo constante de esta tecnología había hecho que, durante al menos los últimos 20 años, se mantuvieran precios estables y una alta oferta.
Aumento de la demanda y baja de la materia prima
Hoy en día el nivel de chips que se requieren para elementos de uso cotidiano ha crecido exponencialmente, más cuando se trata de productos que cuentan con IoT (el Internet de las Cosas) o requieren poder computacional para su funcionamiento. Un ejemplo de esto son los automóviles, según la firma americana Deloitte, un carro de gama media usa alrededor de 3.000 y una unidad de gama alta más de 10.000 chips. Por esto no sorprenden los hallazgos del informe Things Matter 2019: la experiencia del usuario de IoT en España, presentado por Telefónica Tech, donde se indicó un aumento del 66 % de consumidores de dispositivos conectados y la triplicación de los coches conectados a la red, frente a los datos de esa misma investigación en 2017.
La demanda y crisis de esta tecnología, también llamada “semiconductores” permite entender mejor la caída en la producción de la industria automotriz. Por ejemplo, la asociación española de fabricantes de automóviles y camiones (ANFAC) informó bajas en un 25,3 % de la producción para el periodo de 2020 por la falta de materia prima. Otro factor que desbordó la demanda es el uso de estos componentes en los productos de consumo masivo como celulares. Según Gartner, consultora especializada en investigación de las tecnologías de la información, los 10 principales fabricantes de equipos originales (OEM) aumentaron su gasto en semiconductores en un 10 % en 2020, donde se destacó Apple, que quiso garantizar recursos para sus exitosos AirPods y Samsung que cubría la fuerte demanda de unidades de estado sólido (SSD) empresariales para centros de datos.
Es decir, toda una generación de nueva mercancía que precisa componentes electrónicos trajo consigo un nivel de ventas sin antecedentes. Con relación a eso, Gartner afirmó que los ingresos mundiales del mercado de los semiconductores aumentaron un 25,1 % en 2021. Y agregó a esa fuerte demanda, la subida de los precios de las materias primas y los problemas logísticos. Donde también cabe considerar el gran impulso que le da el 5G al comercio del IoT.
A este panorama se debe sumar que, finalizando el 2021 China, mayor fabricante de silicio del mundo, recortó la producción para disminuir su consumo de energía. Lo que llevó a un aumento del costo de este material del 300 %. Según el medio El Confidencial, este incremento “y el encarecimiento de hasta un 328 % del transporte marítimo, complica aún más el buen funcionamiento de las cadenas de suministro a nivel global”, lo que se traduce en aumento de precios y menor disponibilidad para el cliente final.
Los conflictos políticos acrecientan la crisis
Es importante mencionar que el escenario político ha sido otro espacio de disputa alrededor de los semiconductores. Como antecedente, a principios del año 2018, el gobierno de los Estados Unidos acusó a la empresa Huawei de espionaje a través de sus dispositivos, enmarcando esto en la afectación a la seguridad nacional. A esta pugna, que tenía connotaciones de diplomáticas, se le sumó la recriminación del entonces presidente norteamericano, Donald Trump, que vinculó el caso a una “guerra comercial”. Producto de esto el gigante tecnológico chino fue excluido de los servicios de Google, no pudo seguir operando con el sistema Android y le fue cerrada la venta de microcomponentes de fabricación americana. Castigos y bloqueos que se mantienen hasta la fecha.
Entonces, en abril de 2021, durante la 18a Cumbre de Analistas de Huawei, Eric Xu, presidente rotatorio, aseveró que las sanciones impuestas por Estados Unidos a las empresas asiáticas serían responsables de crear pánico en el mercado y una acumulación de stock de semiconductores. Posterior a esto Huawei afirmó que se había dañado la confianza en la cadena de suministro y que su estrategia se volcaría a preferir fabricantes asiáticos para sus futuros chips.
Ahora bien, en una conferencia de prensa en noviembre de 2021 Samsung anunció la construcción de una planta de fabricación de chips en Austin (Texas), que se espera comience su producción para finales de 2024. En este mismo sentido Intel reveló el 15 de marzo de este año sus planes de construir una fábrica de semiconductores de última generación en Magdeburgo (Alemania), la cual se suma a las nuevas plantas en Arizona y Ohio que ya había anunciado. Por su parte, desde inicios de este año, el presidente Biden promueve un proyecto de ley para fortalecer la investigación y fabricación de semiconductores en su país.
Es aún más fácil entender el porqué de la estrategia por construir plantas en USA y la Unión Europea, cuando se tiene en cuenta que, en 1990, Europa ocupaba más del 40 % de la producción de semiconductores y Estados Unidos un 35 %. Pero a la fecha actual, Asia acumula un 70 %, EE. UU ocupa un segundo lugar con el 22 % y Europa está relegada al 8 %. De ahí que los actos políticos en occidente apunten a tener mayor autonomía. Proyección innegable si se tiene en cuenta el ambiente de desconfianza.
Dentro de este particular escenario se destacan dos situaciones geopolíticas; la primera es el conflicto China -Taiwan, pues no se terminan de resolver tensiones en las relaciones culturales y políticas de ambos gobiernos, donde Pekín considera a la isla parte de su territorio, aunque tenga independencia y autonomía. Entre tanto, hay opiniones divididas al interior de Taiwan y la cercanía geográfica le aporta vulnerabilidad militar.
La segunda es el conflicto entre Rusia y Ucrania. Según Techcet, organización que se especializa en investigar el mercado, esto desencadena una posición compleja para EE.UU pues más del 90 % de los suministros de neón de grado semiconductor (componente principal para generar luz láser, vital en el proceso de fotolitografía que permite crear las obleas para los microcomponentes) provienen de Ucrania, mientras que el 35 % del paladio (metal usado en memorias y sensores) se importa de Rusia. Un ejemplo de lo que puede ocasionar esta guerra a nivel comercial es que, en 2014, con la anexión de la península de Crimea los precios del neón aumentaron un 600 %.
Problemas climatológicos e impacto ambiental
La producción de microcomponentes influye, por demás, en la crisis ambiental, por lo que también se impulsa que sea más sostenible. Según una investigación de la Universidad de Harvard y Facebook Inc, Persiguiendo el Carbono: La Elusiva Huella Ambiental de la Computación, presentada en el Simposio internacional IEEE 2021 sobre arquitectura informática de alto rendimiento, las empresas de semiconductores necesitan mucha energía para fabricar chips, demanda que espera aumente, pues se prevé que la fabricación de la próxima generación, donde las obleas para microprocesadores son de3 nm, consume hasta 7700 millones de kilovatios-hora al año.
Si bien empresas como TSMC tienen estrategias de energía renovable que representará el 20 % del consumo anual de electricidad de sus fábricas, para reducir la intensidad de carbono promedio, estas mejoras son insuficientes, pues la investigación muestra que la fabricación de hardware representa, y seguirá esa en esa tendencia, una gran parte de la huella de carbono de la informática.
Adicional a esto, se usa una alta cantidad de agua en la producción de componentes electrónicos, como semiconductores, microprocesadores y otros dispositivos basados en el silicio, un promedio de 130 litros por chip. Este gasto del recurso hídrico ha sido preocupante, pues los mayores embalses de Taiwan (Baoshan, Zeng-wen y Techi) experimentaron, de marzo de 2019 a marzo de 2121, una reducción del volumen de agua entre el 73,3 % y el 96,2 %. Según Lena Chang, integrante de la rama local de Greenpeace, las sequías en esa región serán cada vez más comunes, porque el aumento de las temperaturas a nivel global reduce la lluvia de primavera y la frecuencia de tifones en la zona.
Por su parte, TSCM ha reconocido que su gasto de agua por día es de 156.000 toneladas, unas 60 piscinas olímpicas. Sin mencionar que se requiere en condiciones de alta pureza, afectando así la disponibilidad de agua para el consumo humano. En abril de 2021 la Agencia de Recursos Hídricos priorizó el uso de agua para la elaboración de microprocesadores por encima del riego de cultivos, como respuesta a la sequía que asoló Taiwan.
Para concluir, el aumento del precio de los microcomponentes y la recesión económica que causó la pandemia han contribuido a la inflación global. En ese sentido el fondo monetario internacional, en su Informe de Perspectivas De La Economía Mundial con actualización a enero de este año, prevé que la inflación elevada continuará más de lo contemplado, donde “los cortes en las cadenas de suministro y los altos precios de la energía persistirán en 2022”. Por tanto, si bien hay alternativas a la producción de semiconductores con materiales a base de carbono, hasta que no se normalice la relación oferta/demanda de los chips, este producto seguirá generando cambios importantes en la economía.
Finalmente, las fechas estimadas con la normalización de la producción tiene que ver con la puesta en marcha de las nuevas fábricas, donde Asia no se queda atrás. A saber, el fabricante TSMC tiene en proyecto dos nuevas fábricas en Taiwan, la primera en el Parque Científico de Tainan, para obleas de 3 nm, que se espera esté en producción este año; la segunda en la ciudad de Kaohsiung que se supone iniciará operaciones en 2024.
Consideraciones tecnológicas
Los chips se componen de transistores, mientras los nanómetros (nm) reflejan el tamaño de los transistores, cuanto más pequeños sean estos, mayor cantidad ingresa en la misma superficie y como consecuencia se aumenta la eficiencia y potencia, porque cuanto menor sea el transistor, más rápidamente pasará la energía por él. Por eso la tecnología es cada vez más pequeña y potente. En la manufactura de los microprocesadores, que es un proceso fotolitográfico, se emplean las obleas de silicio donde se “dibujan” los transistores que conformarán cada microprocesador. Es un proceso complejo y delicado donde se “imprimen” diferentes capas.
Entonces, a medida que se va haciendo más pequeña y potente esta tecnología, la producción de las obleas es más costosa por su complejidad. Adicionalmente, el silicio tiene un límite mínimo para su uso de 1 nm, pues el material no es apto para la creación de transistores más pequeños. En 2005 se producían obleas de 90 nm y ahora se producen obleas de 5 nm para los Iphone 13, incluso se han desarrollado de 3nm. De ahí que las nuevas propuestas busquen otros materiales que permitan reducir aún más estas medidas.
Microprocesadores para la video vigilancia y la seguridad electrónica
Los semiconductores hacen parte vital de la electrónica que compone los sistemas de video vigilancia. En los cuartos de control el uso de pantallas requiere una gran cantidad de microcomponentes, pero quizás donde se requieren en una alta cantidad y calidad es en la elección de las unidades de disco duro (HDD). Recordemos que la grabación de video en red (NVR), usada en la gestión de seguridad, precisa HDD para el almacenamiento de video, según su capacidad influye en la calidad y cantidad de datos que almacene un sistema, sea en una compresión en MPEG-4 o codificación en H.264. Es por esto que las unidades de estado sólido (SSD) son preferidas, las cuales, efectivamente utilizan una alta cantidad de chips.
Ahora bien, para sistemas de monitoreo se suelen preferir cámaras IP, las cuales tienen como componentes básicos la lente, el sensor de imagen, la memoria RAM y uno o varios procesadores. Como dato básico la memoria RAM, es una memoria de semiconductor para almacenamiento temporal de datos. Además, en los sensores se destacan los CCD (Charge Coupled Devices) preferidos para operar en bajas condiciones de luz y los CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) o sea semiconductor complementario de óxido metálico. Estos últimos en auge por su calidad de imagen y amplio rango dinámico, el cual es posible gracias a que redujeron el espacio que usan los transistores que procesan cada pixel, es decir, hacen uso de circuitos integrados de última generación.
Todos estos requerimientos técnicos generan que la video vigilancia haya sido golpeada por la crisis de producción de semiconductores actual. Pasa lo mismo con la seguridad electrónica, que hace uso de la Inteligencia Artificial (IA), la cual precisa del poder computacional de los microcomponentes. Según Syscom, distribuidor global en telecomunicaciones y seguridad, en un análisis sobre el desabastecimiento de equipos e incrementos de precios, previo a la pandemia la industria ya estaba al límite, con tiempos de entrega de 18 a 36 semanas. Además, un estudio sobre el mercado de sistemas de seguridad comercial de Marketsandmarkets, con análisis del impacto por el Covid-19 hasta 2026, indicó que el sector crecerá a razón del 8,9 % anual, donde la necesidad de protección, el aumento de la delincuencia y de ataques terroristas, impulsarán el crecimiento del mercado de cámaras utilizadas para la video vigilancia.
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