El callej¨®n sin salida de los chips: su fabricaci¨®n ya consume la misma energ¨ªa que pa¨ªses enteros

La primera mitad del 2024 fue un ¨¦xtasis para la compa?¨ªa estadounidense Nvidia, la empresa del momento en el mundo de los chips. La firma triplic¨® los env¨ªos globales de semiconductores, dejando clara una m¨¢xima de estos tiempos: el mundo est¨¢ hambriento de esta diminuta tecnolog¨ªa. Sin embargo, sobre su producci¨®n se asienta un magno desaf¨ªo, la creciente demanda de energ¨ªa el¨¦ctrica que requieren los semiconductores en su fabricaci¨®n. Los expertos advierten de que satisfacer la explosiva necesidad de microprocesadores en el mercado se est¨¢ convirtiendo en un obst¨¢culo para la transici¨®n verde. Los enormes y complejos equipos donde se imprimen los chips de vanguardia requieren ingentes cantidades de energ¨ªa el¨¦ctrica para crear una tecnolog¨ªa que se ha vuelto crucial, entre otras ¨¢reas, para el desarrollo de la inteligencia artificial y los centros de datos.

En concreto, los microprocesadores, esas diminutas placas rectangulares que usan los ordenadores, lavadoras o tel¨¦fonos m¨®viles, requieren de complejas m¨¢quinas de litograf¨ªa ultravioleta extrema (EUV, por sus siglas en ingl¨¦s) para su fabricaci¨®n; un proceso que ba?a a las obleas de silicio ¡ªel material base de los chips¡ª con ondas de luz invisibles para el ojo humano.

Seg¨²n informaci¨®n de Bloomberg, para recrear los haces lum¨ªnicos, los ¨²ltimos modelos de estos equipos especializados necesitan consumir alrededor de un megavatio de electricidad, o el equivalente al gasto energ¨¦tico promedio de un hogar espa?ol durante cuatro meses. La consultora estadounidense McKinsey ya advert¨ªa hace una d¨¦cada de que una planta de fabricaci¨®n de semiconductores t¨ªpica consum¨ªa tanta energ¨ªa al a?o como aproximadamente 50.000 hogares. De hecho, la entidad se?alaba entonces que las ¡°mega f¨¢bricas¡± estaban consumiendo m¨¢s electricidad que las plantas automotrices y las refiner¨ªas.

Jose Luis Costa, experto del CSIC en nanotecnolog¨ªa, suscribe que de momento esta situaci¨®n no se est¨¢ viendo como un problema en la mayor¨ªa de regiones, ¡°porque es un sector estrat¨¦gicamente cr¨ªtico donde no va a haber impedimentos en el gasto de energ¨ªa¡±. M¨¢s all¨¢ de la electr¨®nica de consumo, segmentos como el armament¨ªstico, el espacial o de los autom¨®viles tambi¨¦n han visto c¨®mo los chips se han convertido en parte indispensable del desarrollo de productos. Seg¨²n la World Semiconductor Trade Statistics, las ventas mundiales de microprocesadores subieron un 16,3% interanual a inicios de este a?o, hasta los 39.700 millones de d¨®lares (unos 37.040 millones de euros), y la previsi¨®n es que crezcan un 13,1% en 2024.

El protagonista indispensable en la manufactura de esta tecnolog¨ªa es Taiw¨¢n, que aloja a la empresa l¨ªder en la fabricaci¨®n: Taiwan Semiconductor Manufacturing (TSCM). Se estima que del 60% al 70% de la fabricaci¨®n global de chips sale de esta peque?a isla ubicada en el extremo oriente de Asia. Seg¨²n Bloomberg, debido a la alta cantidad de consumo el¨¦ctrico necesario para hacer funcionar a las m¨¢quinas de litograf¨ªa, se espera que TSMC pronto consuma m¨¢s energ¨ªa que toda la poblaci¨®n de 21 millones de personas de pa¨ªses como Sri Lanka. En 2020, la compa?¨ªa represent¨® aproximadamente el 6% del consumo total de energ¨ªa de Taiw¨¢n y se cree que esa cifra aumentar¨¢ al 12,5% para 2025.

El problema reside en que la industria de Taiw¨¢n depende en gran medida de combustibles f¨®siles. M¨¢s del 80% de su energ¨ªa proviene de la quema de carb¨®n y gas, seg¨²n los datos del centro de estudios News Lines Institute. Para contrarrestar la situaci¨®n, en 2016 el gobierno de la isla se fij¨® el objetivo de obtener para 2025 el 20% de la electricidad de fuentes renovables a trav¨¦s del desarrollo de la energ¨ªa solar y la capacidad e¨®lica marina.

La cifra, no obstante, parece estar lejos de alcanzarse. El ¨²ltimo an¨¢lisis energ¨¦tico publicado en julio desvelaba que para finales de 2021 solo el 6% de la energ¨ªa proven¨ªa de fuentes renovables, lo que ha llevado a los funcionarios a rebajar su meta al 15%. Seg¨²n informa para Bloomberg, Liang Chi-Yuan, catedr¨¢tico de gesti¨®n de la Universidad Nacional Central de Taoyuan, Taiw¨¢n no tendr¨¢ suficiente capacidad el¨¦ctrica para dar cabida a su industria de semiconductores, a menos que los fabricantes de chips empiecen a construir sus propias plantas de suministro el¨¦ctrico.

Otros pa¨ªses con un importante historial en la fabricaci¨®n de semiconductores atraviesan un dilema parecido. En Corea del Sur, el gigante tecnol¨®gico Samsung dispone de seis plantas de fabricaci¨®n de semiconductores que representaron el 3% de la factura energ¨¦tica del pa¨ªs en 2021. Sin embargo, en su intento por competir directamente con TSMC en la manufactura de chips para clientes externos, la firma surcoreana busca expandir el n¨²mero de m¨¢quinas EUV. El aterrizaje de nuevos equipos supone un reto para el esquema energ¨¦tico del pa¨ªs asi¨¢tico, que tambi¨¦n es altamente dependiente de la quema de carb¨®n y gas. Hasta 2018, cerca del 80% de la energ¨ªa del pa¨ªs proven¨ªa de estas fuentes, seg¨²n los datos del Banco de desarrollo de Asia.

¡°Los procesos de fabricaci¨®n de chips requieren una precisi¨®n extrema y un control riguroso, lo que a menudo genera enormes demandas de electricidad y agua. Adem¨¢s, muchos de los materiales utilizados en la fabricaci¨®n de semiconductores, como el silicio, requieren procesos intensivos de extracci¨®n y purificaci¨®n que consumen mucha energ¨ªa. Por estos motivos, este modelo de producci¨®n no es sostenible a largo plazo¡±, sostiene Costa.

La industria se defiende argumentando que el desarrollo de esta tecnolog¨ªa est¨¢ permitiendo avances en sostenibilidad y ahorro energ¨¦tico en otras ¨¢reas. El Instituto de Estrategia Internacional de Tecnolog¨ªa Industrial de Taiw¨¢n arguye que cada kilovatio de electricidad producida por TSMC puede ahorrar hasta cuatro de electricidad para el mundo.

Costa, parcialmente de acuerdo con este argumento, expone que ya se est¨¢n estudiando formas m¨¢s sostenibles para la producci¨®n de chips, como la luz para procesar la informaci¨®n o estados cu¨¢nticos que ¡°ser¨¢n extremadamente eficientes y disminuir¨¢n considerablemente el gasto de energ¨ªa y las consecuencias medioambientales¡±. Pone como ejemplo el reciente anuncio de Canon, que busca introducirse en el mercado de m¨¢quinas de litograf¨ªa ¡ªactualmente dominado por la holandesa ASML¡ª a trav¨¦s de la nano impresi¨®n, que seg¨²n Costa augura tama?os similares, pero con una d¨¦cima parte del precio y el consumo energ¨¦tico.

Aunque con menor protagonismo, otros jugadores en la arena de los chips, como Intel, tambi¨¦n est¨¢n intentando que la carrera por liderar el mercado sea m¨¢s verde y sostenible. La firma estadounidense ha logrado obtener mejores resultados que sus pares asi¨¢ticos en materia de recursos renovables, en parte porque tiene acceso a energ¨ªa verde en sus instalaciones de Arizona, Nuevo M¨¦xico y Oreg¨®n. Seg¨²n Bloomberg, la empresa obtuvo el 80% de su electricidad de fuentes renovables en 2021, frente al 71% del a?o anterior. Aunque, el medio econ¨®mico tambi¨¦n advierte que el consumo general de electricidad tambi¨¦n est¨¢ aumentando significativamente debido a las t¨¦cnicas de fabricaci¨®n avanzadas.

En la carrera por liderar este complejo mercado, que requiere de numerosas capas de dise?o y fabricaci¨®n, varios pa¨ªses han puesto sobre la mesa grandes sumas de dinero para crear una capacidad de fabricaci¨®n que les permita defenderse de los shocks en la cadena de suministro, como sucedi¨® durante la pandemia. Estados Unidos aprob¨® un plan de 52.000 millones de d¨®lares para levantar sus propias f¨¢bricas y la Uni¨®n Europea ha desplegado 49.000 millones de euros para atraer inversi¨®n extranjera. Sin embargo, el impacto ambiental no parece ser una consideraci¨®n importante en ninguna de las dos jurisdicciones. ¡°Los desaf¨ªos ya son demasiado complejos; en ese contexto, los argumentos energ¨¦ticos y medioambientales son, tristemente, secundarios¡±, zanja Costa.

De momento, la demanda de m¨¢quinas litogr¨¢ficas sigue aumentando. El analista de Bloomberg Intelligence, Masharo Wakasugi, predice ASML, que se ha convertido pr¨¢cticamente en la ¨²nica firma capaz de dise?ar y fabricar estos equipos, vender¨¢ un 30% de EUV m¨¢s este a?o, lo que se traduce en m¨¢s aumento energ¨¦tico para los pa¨ªses fabricantes. ¡°Debemos concienciarnos como individuos de la situaci¨®n de emergencia en la que estamos y hacer y exigir hacer algo al respecto. Si no actuamos ahora, en 20 a?os vamos a notar las consecuencias¡±, concluye.

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