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Computación

‘Chiplets’: el arma de China en su batalla tecnológica contra EE UU

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Al conectar varios chips menos avanzados en uno, las empresas chinas podrían eludir las sanciones impuestas por el gobierno estadounidense.

  • por Zeyi Yang | traducido por
  • 13 Febrero, 2024

Desde hace un par de años, las sanciones de EE UU tienen en jaque a la industria china de semiconductores. Aunque las empresas chinas aún pueden fabricar chips para los usos actuales, no se las autoriza a importar determinadas tecnologías de fabricación de chips, lo que les hace casi imposible fabricar productos más avanzados.

Sin embargo, existe una solución. Una tecnología relativamente nueva, conocida como chiplets, ofrece ahora a China una forma de eludir estas prohibiciones a la exportación, crear un cierto grado de autosuficiencia y seguir el ritmo de otros países, especialmente EE UU.

En el último año, tanto el gobierno chino como los inversores de capital riesgo se han centrado en apuntalar la industria nacional de chiplets. Se está incentivando a los investigadores académicos para que resuelvan los problemas de vanguardia que plantea la fabricación de chiplets, mientras que algunas empresas emergentes del sector, como Polar Bear Tech, ya han fabricado sus primeros productos.

A diferencia de los chips tradicionales, que integran todos los componentes en una sola pieza de silicio, los chiplets adoptan un enfoque modular. Cada chiplet tiene una función específica, como el procesamiento o el almacenamiento de datos, y se conectan para formar un solo sistema. Como cada chiplet es más pequeño y especializado, su fabricación es más barata y es menos probable que funcione mal. Al mismo tiempo, los chiplets individuales de un sistema pueden cambiarse por versiones más nuevas y mejores para mejorar el rendimiento, mientras que otros componentes funcionales permanecen inalterados.

Por su potencial de crecimiento continuado en la era posterior a la Ley de Moore, MIT Technology Review eligió los chiplets como una de las 10 Tecnologías Innovadoras de 2024. Poderosas empresas del sector de los chips, como AMD, Intel y Apple, ya han utilizado esta tecnología en sus productos.

Para esas empresas, los chiplets son una de las varias formas en que la industria de semiconductores podría seguir aumentando la potencia de cálculo de los chips a pesar de sus límites físicos. Pero para las empresas chinas de chips, podrían reducir el tiempo y los costes necesarios para desarrollar chips más potentes a nivel nacional y abastecer a sectores tecnológicos vitales y en crecimiento como la IA. Y para convertir ese potencial en realidad, estas empresas necesitan invertir en las tecnologías de empaquetado de chips que conectan los chiplets en un dispositivo.

"El desarrollo de las tecnologías avanzadas de empaquetado necesarias para aprovechar el diseño de los chiplets está sin duda en la lista de tareas pendientes de China", afirma Cameron McKnight-MacNeil, analista de procesos de la empresa de inteligencia de semiconductores TechInsights. "Se sabe que China dispone de algunas de las tecnologías subyacentes fundamentales para el despliegue de chiplets".

Un atajo hacia chips de mayor rendimiento

El gobierno de EE UU ha utilizado listas negras de exportación para restringir el desarrollo de la industria de semiconductores de China durante varios años. Una de esas sanciones, impuesta en octubre de 2022, prohibía vender a China cualquier tecnología que pudiera utilizarse para construir chips de la generación de 14 nanómetros (una clase relativamente avanzada pero no puntera), así como otros más avanzados.

Durante años, el gobierno chino ha buscado formas de superar el cuello de botella resultante en la fabricación de chips, pero los avances en áreas como la litografía -el proceso de utilizar la luz para transferir un patrón de diseño al material base de silicio- podrían tardar décadas en producirse. En la actualidad, China sigue a la zaga de Taiwán, los Países Bajos y otros países en cuanto a capacidad de fabricación de chips. "Aunque hemos visto que [la empresa china Semiconductor Manufacturing International Corporation] produce chips de siete nanómetros, sospechamos que la producción es cara y de bajo rendimiento", afirma McKnight-MacNeil.

Sin embargo, la tecnología de chiplets promete una forma de sortear esta restricción. Al separar las funciones de un chip en varios módulos de chiplet, se reduce la dificultad de fabricar cada pieza individual. Si China no puede comprar o fabricar una sola pieza de un chip potente, podría conectar algunos chiplets menos avanzados que sí puede fabricar. Juntos, podrían alcanzar un nivel de potencia informática similar al de los chips a los que EE UU impide el acceso a China, o incluso mayor.

Pero este enfoque de la fabricación de chips plantea un reto mayor para otro sector de la industria de semiconductores: el empaquetado, que es el proceso que ensambla múltiples componentes de un chip y prueba el rendimiento del dispositivo acabado. Asegurarse de que varios chips puedan funcionar juntos requiere técnicas de empaquetado más sofisticadas que las de un chip tradicional de una sola pieza. La tecnología utilizada en este proceso se denomina empaquetado avanzado.

Se trata de una tarea fácil para China. En la actualidad, las empresas chinas ya son responsables del 38% del envasado de chips en todo el mundo. Las empresas de Taiwán y Singapur siguen controlando las tecnologías más avanzadas, pero es menos difícil ponerse al día en este frente.

"El embalaje está menos estandarizado, algo menos automatizado. Depende mucho más de técnicos cualificados", afirma Harish Krishnaswamy, profesor de la Universidad de Columbia que estudia las telecomunicaciones y el diseño de chips. Y como la mano de obra sigue siendo mucho más barata en China que en Occidente, "no creo que China tarde décadas en ponerse a la altura", afirma.

El dinero fluye hacia la industria de los chips

Como todo en la industria de semiconductores, el desarrollo de chiplets cuesta dinero. Pero, empujados por la urgencia de desarrollar rápidamente la industria nacional de chips, el gobierno chino y otros inversores ya han empezado a invertir en investigadores y nuevas empresas del sector.

En julio de 2023, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el principal fondo estatal para la investigación fundamental, anunció su plan de financiar entre 17 y 30 proyectos de investigación sobre chiplets relacionados con el diseño, la fabricación y el embalaje, entre otros. Según la organización, tiene previsto repartir entre 4 y 6,5 millones de dólares de financiación para investigación en los próximos cuatro años, y el objetivo es aumentar el rendimiento de los chips en "una o dos magnitudes".

Este fondo está más centrado en la investigación académica, pero algunos gobiernos locales también están dispuestos a invertir en oportunidades industriales en chiplets. Wuxi, una ciudad de tamaño medio del este de China, se está posicionando para ser el centro de la producción de chiplets, un "Silicon Valley de los chiplets". El año pasado, las autoridades de Wuxi propusieron crear un fondo de 14 millones de dólares para atraer empresas de chiplets a la ciudad, y ya ha atraído a un puñado de empresas nacionales.

Al mismo tiempo, una serie de nuevas empresas chinas que se posicionaron para trabajar en el campo de los chiplets han recibido apoyo de empresas de capital riesgo.

Polar Bear Tech, una startup china que desarrolla chiplets universales y especializados, recibió más de 14 millones de dólares de inversión en 2023. Lanzó su primer chip de IA basado en chiplets, el "Qiming 930", en febrero de 2023. Varias otras startups, como Chiplego, Calculet y Kiwimoore, también han recibido millones de dólares para fabricar chiplets especializados para coches o modelos multimodales de inteligencia artificial.

Retos pendientes

Optar por un enfoque basado en chiplets tiene sus contrapartidas. Aunque suele abaratar costes y mejorar la personalización, tener varios componentes en un chip significa que se necesitan más conexiones. Si uno de ellos falla, puede fallar todo el chip, por lo que es crucial un alto nivel de compatibilidad entre módulos. Conectar o apilar varios chiplets también significa que el sistema consume más energía y puede calentarse más rápido. Eso podría mermar el rendimiento o incluso dañar el propio chip.

Para evitar esos problemas, las distintas empresas que diseñan chiplets deben adherirse a los mismos protocolos y normas técnicas. A nivel mundial, las principales empresas se unieron en 2022 para proponer Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe), un estándar abierto sobre cómo conectar los chiplets.

Pero todos los actores quieren más influencia para sí mismos, así que algunas entidades chinas han ideado sus propios estándares para chiplets. De hecho, diferentes alianzas de investigación han propuesto al menos dos estándares chinos para chiplets como alternativas a UCIe en 2023, y un tercer estándar que salió a la luz en enero de 2024 se centraba en la transmisión de datos en lugar de en las conexiones físicas.

Sin una norma universal reconocida por todo el sector, los chiplets no podrán alcanzar el nivel de personalización que promete la tecnología. Y sus inconvenientes podrían hacer que las empresas de todo el mundo volvieran a los chips tradicionales de una sola pieza.

Para China, adoptar la tecnología de chiplets no bastará para resolver otros problemas, como la dificultad de obtener o fabricar máquinas litográficas.

La combinación de varios chips menos avanzados podría aumentar el rendimiento de las tecnologías de chips de China y sustituir a las avanzadas a las que no puede acceder, pero no podrá producir un chip muy superior a los productos de gama alta existentes. Y como el gobierno de EEUU actualiza y amplía constantemente sus sanciones a los semiconductores, las tecnologías de chips también podrían quedar sujetas a restricciones.

En octubre de 2023, cuando el Departamento de Comercio de EEUU modificó su anterior sanción a la industria china de semiconductores, incluyó algunos términos nuevos y algunas menciones a los chiplets. La enmienda añadió nuevos parámetros que determinan qué tecnología está prohibida vender a China, y algunas de esas adiciones parecen hechas a medida para medir lo avanzados que son los chiplets.

Aunque las fábricas de chips de todo el mundo no tienen restricciones para producir chips menos avanzados para China, el documento del Departamento de Comercio también les pide que evalúen si estos productos pudieran formar parte de un chip integrado más potente, lo que les pone más presión para verificar que sus productos no acaben siendo un componente de algo que les habría prohibido exportar a China.

Con todos los obstáculos prácticos y políticos, el desarrollo de los chiplets aún llevará algún tiempo, por mucha voluntad política e inversión que se vierta en el sector.

Puede ser un atajo para que la industria china de semiconductores fabrique chips más potentes, pero no será la solución mágica a la guerra tecnológica entre Estados Unidos y China.

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