¿Cuáles son las oportunidades para México en semiconductores?
Perspectiva Mundial Sobre la Falta de Semiconductores
[Era Pre-COVID] La sobre demanda de circuitos integrados que actualmente se vive ha sido causada por factores como la compra masiva de chips por parte de las empresas de telefonía celular, como #Apple y #Samsung, para dar entrada a la red #5G durante la era pre-COVID. Además, se dieron sanciones comerciales impuestas a gigantes de la telefonía como #Huawei que resultaron en compras masivas de chips antes de que las sanciones entraran en vigor. Esto ya mantenía extremadamente ocupada a la industria de la manufactura de semiconductores.
[Era Post-COVID] Aunado a estos efectos pre-pandemia, la declaración de la Pandemia COVID-19 llevo a los gobiernos del mundo a tomar ciertas precauciones para prevenir contagios masivos en entornos concurridos que llevaron a un paro temporal de empresas gigantes de la manufactura de semiconductores como TSMC, Samsung, Intel, etc. De igual forma, la confinación de las personas en sus hogares llevó a un incremento en el consumo de electrónicos como computadoras, teléfonos inteligentes, consolas de videojuegos y el hardware adquirido por empresas de software, video y cómputo que vieron un incremento exponencial en sus ventas como #Netflix, #AWS, #Amazon, #Microsoft, entre otras [1], [2].
Actualmente la manufactura global de semiconductores esta liderada por 10 empresas, siendo TSMC, Samsung, UMC y Global Foundries las 4 mas grandes con el 85% de la manufactura mundial [3]. Cabe mencionar que 3 de estas compañías están en en el continente Asiático. TSMC y Samsung son las únicas dos compañías en el mundo que tienen capacidad para fabricar circuitos integrados con transistores de 5 nm de longitud de canal que actualmente se usan en los teléfonos Iphone. Esta sobre demanda de chips ha resultado en un tiempo de espera de aproximadamente 22 semanas desde que se ordena la manufactura hasta que se entregan.
Estos eventos de consumo masivo de electrónicos y, a su vez, retrasos en la cadena de proveeduría ha llevado a otras industrias a colapsar, como en el caso de la automotriz, electrodomésticos y dispositivos médicos. Por ejemplo, la industria #automotriz consume menos del 9% de la manufactura de chips y utiliza principalmente tecnologías conocidas como “Legacy Nodes” que recaen en nodos de manufactura maduros para obleas de 200 nm, por lo tanto, no están en la lista prioritaria de las grandes empresas semiconductoras que continuamente evolucionan sus nodos de fabricación a tecnologías de menor dimensión y mayor densidad de componentes principalmente usados en computadoras, teléfonos inteligentes y computación en la nube [4].
Algunos analistas de la industria #semiconductora concuerdan que la falta de chips irá reduciendo en los próximos años debido a estrategias que se han adoptado como inversiones gubernamentales y privadas, así como un ajuste en las cadenas de producción para cumplir con las demandas de diversos productos.
Estrategias Planteadas por Gobiernos y Empresas
Ante este desabasto de semiconductores surge la pregunta: ¿”Porqué no crear mas plantas de semiconductores”?. La respuesta puede parece trivial, sin embargo, nuevas plantas semiconductoras de última generación requieren años para construirse y ponerse en operación debido a las inversiones masivas que se necesitan, el “know-how” y la complejidad de la maquinaria y equipamiento. Por lo tanto, aunque industrias como la automotriz están desesperadas por restablecer la proveeduria en las plantas productoras, el retorno a este tipo de inversiones para cubrir solo la demanda automotriz no es justificable.
—> De hecho se habla que la resolución al desabasto de chips no vendrá de las grandes inversiones gubernamentales o privadas, sino de empresas y fabricas con nodos de fabricación maduros (viejos), lejos de ser tecnologías de última generación [4].
A nivel global, empresas como BMW han tomado acciones como establecer convenios anticipados con empresas como Global Foundries e INOVA Semiconductors para asegurar la proveeduria de millones de chips al año para la producción de sus vehículos [5]. En México, plantas de manufactura como FORD esta adoptando una estrategia de calendarización de la producción para hacer frente a la escasez [6], mientras otras plantas como GM en Silao, San Luís Potosí y Ramos Arizpe han optado por cerrar temporalmente [7].
A nivel gobierno, países como Estados Unidos de América ($52 Billion USD), Corea del Sur ($450 Billion USD over 10 years) y la Unión Europea ($160 Billion USD) están tomando estrategias de inversión hacia la creación de nuevas plantas de manufactura, equipamiento y actualización de las plantas ya establecidas, así como para investigación y desarrollo [4], [8]. Empresas como TSMC se han aliado con el gobierno Norteamericano para establecer construir una planta de manufactura de 5 nm de $12 Billion USD en Arizona para entrar en operaciones en 2024 [9]. Intel hizo un esfuerzo similar para crear una nueva planta también en Arizona con una inversión de $20 Billion USD [10]. Por su parte Samsung invirtió $17 Billion USD para crear otra planta en Taylor, Texas [11].
Es importante notar que la mayoría de las empresas de #manufactura de semiconductores en #Norteamérica se encuentran en estados fronterizos con #México, lo que posiciona a México como un aliado importante en la batalla por la manufactura de semiconductores. El gobierno del El Paso, #TX ha considerado a Ciudad Juárez como una región potencial para la manufactura de los semiconductores debido a su alta especialización en la manufactura de dispositivos electrónicos como TVs, laptops, teléfonos celulares y tablets [12]. Actualmente el gobierno Mexicano ha tenido acercamientos con contrapartes Norteamericanas para revisar estrategias de colaboración y participación por parte de las regiones del sur del país para convertirse en “hubs” de manufactura de semiconductores [13], sin embargo no ha habido la consolidación de estos proyectos.
Situación Actual de Instituciones Mexicanas para Desarrollo de Chips
Es un hecho que México cuenta con especialistas en temas relacionados con la industria semiconductora como #Ingenieros químicos, electrónicos, físicos, así como de especialistas en materia de desarrollo de materiales, desarrollo de dispositivos electrónicos y, sobre todo, especialistas en manufactura debido a la trayectoria a través de los años que ha tenido México como país manufacturero. Actualmente México esta dentro de los primeros 10 países que producen toda la manufactura del mundo, siendo industrias como la automotriz, aeronáutica y electrónica las principales [14]. El talento técnico ya posicionado en México sumado al creciente número de graduados que incursiona en temas relacionadas a semiconductores hace que México sea un país atractivo no solo para adoptar tecnologías ya establecidas mundialmente, sino también para la creación de empresas innovadoras en este ramo [15].
La red “Cuartos Limpios México” (www.cuartoslimpiosmexico.com) fue concebida en 2019 y fundada oficialmente en 2021 como la Asociación Mexicana de #Microfabricación de Dispositivos Electrónicos (www.microfabmx.org) como un esfuerzo para agrupar a los especialistas y responsables técnicos de los cuartos limpios mas importantes a nivel nacional con el objetivo de dar a conocer a la comunidad Científica y Tecnológica las capacidades de Cuarto Limpio que tenemos en México para el aprovechamiento de la #infraestructura y desarrollo de proyectos de alto impacto tecnológico. Esta red cuenta con especialistas de los laboratorios de mayor impacto en el país en materia de microfabricación como el CIDESI, INAOE, CIO, UACJ, CNYN-UNAM, CNMN-IPN y CIDETEQ y CINVESTAV, así como especialistas en materia de modelación, simulación y diseño de dispositivos electrónicos como la BUAP, UNICACH, UAEMex, UNISON, ITESO, CIMAV, Universidad Veracruzana y UNAQ, entre otras instituciones.
Estas instituciones en conjunto cuentan con instalaciones clases ISO 6, 7 y 8 donde se lleva a cabo procesamiento y desarrollo de dispositivos #semiconductores. Aunque estas instalaciones no esta destinadas específicamente para hacer manufactura de semiconductores, se han tenido casos de éxito para manufactura a baja escala de sensores de temperatura tipo #RTD [16]. Estos desarrollos se basan en tecnologías que, aunque no son de última generación, se pueden usar para proveer de #chips a mercados que no requieren de altos desempeños de cómputo o una alta densidad de componentes, como el caso de algunas aplicaciones para el sector automotriz e industrial [17]. Este tipo de tecnologías se les conoce como “Legacy Nodes” que provee espacios mas grandes entre nodos críticos de procesamiento de una memoria, lo que se traduce en mejor estabilidad de proceso, confiabilidad y calidad.
Este tipo de “Legacy Nodes” están ganando cada vez más interés a nivel global debido no solo al desabasto de chips para el sector automotriz debido a la pandemia COVID-19, sino también debido a otras aplicaciones emergentes que pueden basarse en este tipo de capacidades de manufactura como los #sensores y #actuadores #MEMS, dispositivos de potencia, #microfluídica, chips fotónicos y tecnologías #ADAS (Advanced Driver Awareness and Safety) [18].
Propuesta General de Desarrollo y Manufactura de Semiconductores en México
Existe actualmente una ventana única de oportunidad para crear y posicionar una industria mexicana en el sector semiconductores, esto como resultado de 3 factores:
México ha consolidado el desarrollo de capital humano en programas académicos en áreas de diseño electrónico, desarrollo de materiales y desarrollo de dispositivos electrónicos. Mucho de este talento humano ha sido absorbido por empresas de todo el mundo como Intel, Applied Materials, Samsung, ASML, Skyworks, entre muchas otras.
Continúa la sobre demanda de chips para los diversos sectores industriales en el mundo. Particularmente, el posicionamiento actual de México en manufactura de partes para sectores como el #automotriz, #aeronáutico, bienes de consumo y sector médico, lo hacen atractivo para completar la cadena de suministro con una industria semiconductora.
La guerra comercial entre los Estados Unidos de América (EUA) y China que han hecho que México sea uno de los países mas atractivos para el #nearshoring que busca el establecimiento de empresas productivas asiáticas (principalmente) en la cercanía de uno de los principales consumidores del mundo, que son los EUA.
Por lo tanto, para poder consolidar verdaderamente una industria mexicana se deben considerar las siguientes acciones:
1) Aprovechamiento del Capital Humano e Instituciones Existentes que sirva como plataforma de iniciación de recursos humanos para el diseño, desarrollo y fabricación de sensores y circuitos integrados que atiendan gradualmente la necesidad de chips a nivel nacional y mundial. Este tipo de capital humano actualmente se encuentra sobre demandado por países realizando inversiones masivas en industrias semiconductoras como los EUA.
2) Iniciar con la consolidación de un “Legacy Node” de 200 mm que permita la manufactura a baja y mediana escala de circuitos integrados tipo #CMOS, sensores y actuadores MEMS [18] para poder contribuir en la cadena de suministro de semiconductores global.
3) Transformación de Materiales en Insumos que permitan gradualmente crear una cadena proveeduria nacional de los insumos principalmente requeridos para soportar los materiales y consumibles continuamente requeridos por esta industria semiconductora.
4) Desarrollo de Maquinaria y Equipo que permita gradualmente ser implementado en la industria semiconductora nacional y eliminar los altos costos de proveeduria y mantenimiento del exterior.
Referencias
[1] “The global chip shortage: What caused it, how long will it last?” https://www.techrepublic.com/index.php/article/the-global-chip-shortage-what-caused-it-how-long-will-it-last/?ftag=COS-05-10aaa0g&taid=60b61dc35e8aaf000138a0d3&utm_campaign=trueAnthem:+Twitter+Card&utm_medium=trueAnthemCard&utm_source=twitterCard
[2] “The Global Chip Shortage, Explained” https://www.electronicdesign.com/markets/automotive/media-gallery/21156779/electronic-design-the-global-chip-shortage-explained
[3] “The Top 10 Semiconductor Companies by Market Share” https://www.visualcapitalist.com/top-10-semiconductor-companies-by-market-share/
[4] “How and When the Chip Shortage Will End” https://spectrum.ieee.org/chip-shortage
[5] “BMW secures several million chips” https://www.reuters.com/business/autos-transportation/bmw-secures-several-million-chips-per-year-inova-globalfoundries-2021-12-08/
[6] “Calendarización, la clave de FORD para hacer frente a la falta de chips” https://www.forbes.com.mx/negocios-calendarizacion-clave-ford-frente-escasez-microchips/
[7] “Planta de GM en Silao anuncia paro por falta de chips” https://www.proceso.com.mx/economia/2021/7/22/planta-de-general-motors-en-silao-anuncia-paro-tecnico-por-falta-de-semiconductores-268379.html
[8] “Biden works to fix chip shortage” https://www.reuters.com/technology/white-house-zero-chip-shortage-meeting-with-company-officials-2021-04-12/
[9] “TSMC to Build Plant in Arizona” https://www.techtimes.com/articles/266748/20211016/tsmc-building-new-chipmaking-plant-phoenix-arizona-help-ongoing-chip.htm#:~:text=TSMC%20to%20Build%20Plant%20in,to%20produce%2020%2C000%20wafers%20monthly.
[10] “Intel breaks ground on $20 bln Arizona plants as U.S. chip factory race heats up” https://www.reuters.com/technology/intel-breaks-ground-20-bln-arizona-plants-us-chip-factory-race-heats-up-2021-09-24/
[11] “Samsung is building a new $17 billion advanced chip plant in Texas” https://www.theverge.com/2021/11/23/22245325/samsung-building-chipmaking-fab-texas-taylor
[12] “Border factories could hold long-term fix for volatile semiconductor market” https://www.borderreport.com/hot-topics/border-factories-could-hold-long-term-fix-for-volatile-semiconductor-market/
[13] “México coproducirá semiconductores con Estados Unidos: Tatiana Clouthier” https://www.eleconomista.com.mx/empresas/Mexico-coproducira-semiconductores-con-Estados-Unidos-Tatiana-Clouthier-20210906-0052.html
[14] “These are the top 10 manufacturing countries in the world” https://www.weforum.org/agenda/2020/02/countries-manufacturing-trade-exports-economics/
[15] “5 reasons why Mexico is better than Silicon Valley for launching a startup: Courtney McColgan” https://www.entrepreneur.com/article/359168
[16] “Fabricación de sensores de temperatura en CIDESI-Quéretaro” https://cuartoslimpiosmexico.com/conoce-el-proceso-de-fabricacion-de-sensores-en-cidesi-queretaro/?utm_source=mailpoet&utm_medium=email&utm_campaign=fabricacion-de-sensores-en-queretaro_129
[17] “The Advantage of Legacy Nodes” http://insignis-tech.com/technology/market-conditions/advantages-legacy-process-nodes/
[18] “200MM: THE STATE OF THE ART—THEN AND NOW” https://www.appliedmaterials.com/ja/node/3352636
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