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

(Para una perspectiva general de la historia y la actualidad de la tecnología microelectrónica, recomiendo la lectura de "Microelectrónica. La historia de la mayor revolución silenciosa del siglo XX"; 2018, Ediciones Complutense)

La actual crisis de escasez de circuitos integrados (en lo que sigue CI o chips, en su terminología en inglés) que vive el mundo, ha puesto el foco sobre un fabricante de estos productos absolutamente desconocido para el público no especializado: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (en lo que sigue, TSMC).  En el mundo de los semiconductores, esta empresa es el centro del universo. Es un gigante con un dominio absoluto sobre la fabricación mundial de chips de vanguardia. En este artículo detallo su historia y las razones de esta situación privilegiada.

Logo de TSMC

1. Breve historia de una gran desconocido

TSMC fue fundada en Taiwán en 1987 y fue la primera fábrica de CI del mundo que optó por un modelo de negocio desconocido hasta ese momento: no diseña los CI que fabrica (lo que se conoce en el sector como una "pure foundry" [1], denominación que recibe un fabricante que produce por encargo los CI diseñados por otras empresas) y desde hace más de una década es la empresa líder en ese campo, al que se han incorporado otros fabricantes desde entonces.

La mayoría de las empresas líderes en el sector del diseño de CI, pero que no tienen fabricación propia –lo que se conoce como los "fabless" (literalmente, sin fábrica)–, son clientes de TSMC: Advanced Micro Devices (AMD), Apple, Broadcom, MediaTek, Nvidia, Qualcomm, etc. De hecho, Apple es en estos momentos el cliente más importante de TSMC. Además, algunos fabricantes de chips que tienen fábricas propias como Intel, NXP, STMicroelectronics o Texas Instruments subcontratan parte de su producción a TSMC:

En la parte superior de la imagen, los clientes que contratan a TSMC para que fabrique sus diseños. En la parte inferior, los productos que fabrica, que no llevan su marca en ningún caso. Eso hace que TSMC no compita con sus clientes, una de las varias razones de su éxito comercial

Desde el 14 de septiembre de 2020, debido a las restricciones a la exportación por parte del Departamento de Comercio de Estados Unidos, TSMC ha dejado de suministrar chips a Huawei, que hasta ese momento representaba aproximadamente el 15% de la facturación del fabricante taiwanes. No obstante, los resultados de TSMC en 2020 fueron verdaderamente espectaculares, sobre todo si se considera la situación de pandemia global: ingresos netos de 17.600 millones de dólares USA, que supusieron un aumento del 57,5% respecto de 2019. El 27 de junio de 2020, la empresa de Taiwan se convirtió brevemente en la décima empresa más valiosa del mundo.

2. La posición actual de liderazgo de TSMC

En la actualidad posee nueve fábricas en la propia Taiwán, más otra en construcción para los chips de la nueva generación de 3 nm y otras dos en China continental y va a instalar una fábrica en Arizona, Estados Unidos. Tiene una capacidad global de aproximadamente 13 millones de obleas de 300 mm por año y fabrica chips para clientes con nodos de proceso desde 130 nm a 5 nm. Ha sido la primera fábrica en comercializar chips de 7 nm y 5 nm, y estos últimos se usan en el nuevo Apple A14 Bionic, incorporado en el iPhone 12.

Oblea procesada de 300 mm de diámetro, sobre las que las plantas de TSMC fabrican la mayoría de sus chips

En la actualidad, TSMC es una de las tres empresas a nivel mundial que está desarrollando chips de 5 nm y una de las dos únicas que es capaz de comercializar y vender estos chips a prácticamente todos los clientes que los requieran por todo el planeta. Desde sus orígenes, ha sido una empresa de perfil publicitario muy bajo, pero la enorme inversión que está realizando en tecnología de vanguardia y su creciente influencia, están atrayendo la atención de todo el planeta, especialmente en un momento en que la escasez global de chips ha forzado la desaceleración o incluso la suspensión de la producción de automóviles desde Japón a Europa y América.

Las empresas de chips de China continental (Semiconductor Manufacturing International Corporation es la mayor de todas) y el gigante de Estados Unidos en el sector, Global Foundries, que al igual que TSMC, son también "pure foundries", no han sido capaces de igualar las capacidades de fabricación de los chips de vanguardia del gigante taiwanes. Incluso el mayor fabricante de chips del mundo, Intel, está dispuesto a subcontratar parte de la producción de procesadores, su joya de la corona, a la empresa taiwanesa, debido a los problemas que arrastra desde 2018 con los chips de los nodos de 10 y 7 nm. Todo eso hace que TSMC sea en la actualidad posiblemente la empresa más importante del mundo y sus clientes comienzan a darse cuenta de que no están tratando con un proveedor tradicional: los fabricantes de automóviles han creído tradicionalmente que son los gigantes industriales del mundo, pero la situación actual está demostrando que los verdaderos gigantes son los fabricantes de chips.

TSMC ha pasado desapercibido durante mucho tiempo porque los chips que fabrica se comercializan bajo otras denominaciones por las  marcas que los diseñan, como Apple, AMD o Qualcomm. Sin embargo, la empresa controla más de la mitad del mercado mundial de chips hechos bajo demanda de los fabricantes que los diseñan y se está volviendo más dominante con cada nuevo nodo de tecnología [2]. Los chips de nodos maduros (28-65 nm, que son los nodos utilizados para producir la mayoría de los chips incorporados en automóviles) representan del 40 al 65 % de su capacidad de producción, pero copa casi el 90 % del mercado mundial de los nodos más avanzados actualmente en producción, 5-10 nm. La imagen lo muestra:

Porcentajes que ocupan los diversos nodos tecnológicos en la facturación de TSMC desde 2010 hasta finales de 2019

Todas las fábricas de chips de vanguardia también producen chips de los nodos antiguos por varias razones: los fabricantes invierten enormes cantidades para construir fábricas líderes o para actualizar las ya existentes para poder fabricar chips de los nodos más avanzados, por lo que no es posible realizar una transición inmediata en la capacidad de fabricación a los nodos más avanzados. Las fábricas continúan vendiendo chips de los nodos antiguos a precios más bajos, especialmente a clientes para quienes el coste del chip es el criterio principal, ese es precisamente el caso del sector del automóvil, que necesita chips para componentes tales como la dirección asistida, los sensores de freno o las cámaras de estacionamiento, que se gestionan con chips que no son de vanguardia y que además, representan menos del 10% de las ventas totales de chips. En el extremo opuesto están los fabricantes de teléfonos móviles, para quienes disponer del chip de vanguardia es el requisito imprescindible para instalar en sus productos.

Pero dado que cada nuevo nodo requiere un desarrollo más desafiante desde el punto de vista tecnológico y una enorme inversión en nuevas capacidades de producción, la tendencia desde comienzos de siglo ha sido que muchos fabricantes de chips han ido abandonando la fabricación, centrándose en el diseño, dejando  la producción en manos de los "pure foundries" como TSMC. El problema para el sector es que en la actualidad solo TSMC y Samsung son capaces de fabricar los diseños más avanzados, lo que lleva a que la industria depende muy fuertemente de dos únicos fabricantes, especialmente cuando se llega a los chips de vanguardia y eso es muy arriesgado, por razones bastante evidentes.

3. Preocupaciones globales motivadas por un fabricante global

La posición cada vez más dominante de TSMC en la fabricación de chips está comenzando a atraer la atención política. El impacto de la escasez de chips para automóviles −que necesitan entre 50 y 1000 chips en cada automóvil, dependiendo del modelo de vehículo−, está reforzando la presión de los gobiernos para acercar a sus países las cadenas de suministro, con objeto de hacerlas menos vulnerables a las interrupciones en escenarios como la pandemia de Covid-19. Esta preocupación se extiende por todo el planeta: Estados Unidos arrancó el compromiso de TSMC para instalarse en Arizona, pero en general hay una gran preocupación en todo el mundo, ya que si las principales capacidades de TSMC están solo en Taiwán, los riesgos son enormes: Taiwán es el centro de la lucha geoestratégica entre EEUU y China.

Incluso la UE aspira ahora a traer la producción de chips de vanguardia a Europa con una iniciativa que busca invertir en una planta de chips de 2 nm, la próxima generación de chips después de la nueva fábrica de 3 nm que TSMC está construyendo en el sur de Taiwán. Pero esto no resulta sencillo de llevar a la práctica para la empresa, ya que si cede a esta creciente presión, pondría a prueba su modelo de negocio. No obstante, queda por entender a qué se debe el enorme éxito industrial de TSMC, así como su posición de liderazgo mundial en el campo de la fabricación de circuitos integrados, cuestión esta que analizaré en un próximo artículo.
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[1] No salgo de mi asombro cada vez que veo traducido el término foundry por fundición, como si una fábrica de circuitos integrados fuera algo parecido a una fábrica de chapa de acero. La utilización indiscriminada del traductor de Google, útil en situaciones puntuales, conduce a este anglicismo muy poco afortunado. Nada hay más alejado de una industria de fabricación de circuitos integrados –que se lleva a cabo en salas limpias, donde las condiciones de asepsia son extraordinarias, muy superiores a las de un quirófano–, que una industria de fabricación de laminado de acero.

[2] Para entender qué es un "nodo tecnológico", recomiendo la lectura de este artículo.