Introducción
Hoy en día las tecnologías de Información y Comunicación (TIC) son el soporte fundamental, sin el cual el ecosistema digital del que formamos parte, simplemente no existiría. El ecosistema digital se entiende como "el conjunto de prestaciones y requerimientos de diversa naturaleza que se proveen desde y a través de las redes de telecomunicaciones, el conjunto de infraestructuras y prestaciones asociadas que habilitan la prestación de servicios TIC, así como la interacción entre los prestadores de servicios de distinta naturaleza que constituyen la cadena de valor" Katz, R. (2015). En la medida que este ecosistema digital va incorporando más interacciones de la sociedad, mediante productos y servicios, mayor es la necesidad de incorporar rápidamente dispositivos poderosos y de funcionalidades y capacidad cada vez mayores a lo largo de la cadena entera de valor.
Suena complicado, pero no es más que una manera pomposa y letrada de describir nuestro entorno actual que mezcla la realidad con el metaverso. Yo creo que las 4 Non-Blondes acuñaron mejor la idea en su álbum debut: Bigger, Better, Faster, More!
La vertiginosa evolución de las computadoras a partir del advenimiento de los semiconductores
Las primeras computadoras electrónicas preceden por casi una década la aparición de los semiconductores, pero debemos reconocer que ha sido a partir de la rápida y exitosa evolución de estos que las computadoras han alcanzado niveles de desempeño nunca imaginados y que nos permiten hoy en día soportar los enormes requerimientos de capacidad de procesamiento de información como se demandan en renders de video en alta definición para películas y videojuegos, los grandes volúmenes de información de la banca, las redes sociales, los gobiernos en todos sus niveles; así como también el masivo procesamiento requerido para servicios de Inteligencia Artificial Generativa como ChatGPT, Copilot y Gemini.
Gracias a los semiconductores se logró para la industria electrónica 3 hitos fundamentales al margen de la funcionalidad:
- La miniaturización de componentes y equipos
- El incremento de velocidad de su operación y
- La drástica disminución del precio
Sin duda podríamos reconocer el éxito de los semiconductores desde la perspectiva de la miniaturización mediante el siguiente ejemplo: Fuimos capaces de replicar la funcionalidad de una consola de audio como las que tenían nuestros bisabuelos en un radio de transistores que cabía en nuestra mano, en la misma década de los 60s.
Otro ejemplo que sin duda detonó la revolución de la industria de semiconductores es su aplicación temprana en la industria de la guerra. Una historia que muestra el impacto de los semiconductores es la del puente indestructible de Thanh Hoa en el norte de Vietnam. Los Estadounidenses comenzaron a llevar cuenta de la efectividad de sus bombardeos durante la guerra y les sorprendió y extrañó que este puente de escasos 160 metros de longitud, importantísimo para el aprovisionamiento de las tropas enemigas, permaneciera en pié sin daños significativos después de lanzar 638 bombas M-117 de 750 libras contra él. Resulta que ninguna logró alcanzar el objetivo y meses después a pesar de múltiples intentos el puente no se rendía.
En 1965 la fuerza aérea estadounidense encomendó el reto de mejorar la efectividad de sus bombas a Texas Instruments (TI); 90 mil dólares y nueve meses más tarde TI entregó las primeras bombas inteligentes o como se les conoció popularmente entonces, "Bombas Láser". Arreglos ópticos y una oblea de semiconductores dividida en un un eje coordenado fueron utilizados para identificar el reflejo de un rayo láser en el objetivo; la diferencia de energía captada en la oblea se usó para controlar los movimientos de pequeños alerones en la bomba que controlaban su trayectoria; de aquí viene lo que vemos en películas de guerra cuando hablan de "Iluminar el objetivo". La primera misión de las bombas inteligentes de TI logró destruir el puente lanzando 24 bombas que en su mayoría impactaron su objetivo. El incremento en el costo de fabricación de las bombas no era significativo y muy pronto el uso de bombas inteligentes era cosa de todos los días.
Empresas de fabricación de semiconductores prosperaron con la industria de la guerra, pero pronto se dieron cuenta que no se harían millonarios vendiendo a un solo cliente; Así que se dieron a la tarea de buscar nuevos usos para sus invenciones y el enfoque hacia la electrónica de consumo logró un primer triunfo para masificar la fabricación de semiconductores, bajar su precio y así establecer un círculo virtuoso (mas bien torbellino) que nos trajo la TV a Color, El Fax, el teléfono móvil, cámaras fotográficas digitales, etc. Aquí inició uno de los períodos de innovación más prolíficos en la historia de la humanidad y que continúa todavía; la ley de Moore, que estableció el ritmo de la industria para duplicar la cantidad de transistores en un Circuito Integrado cada 18 meses, la Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) que dió pié a la colaboración entre empresas para innovar el mercado de las computadoras personales y redes de comunicación; el movimiento del software libre, los inversionistas ángel, el crowdsourcing, el cómputo de nube, La Inteligencia Artificial y muchas mas innovaciones que se han apilado una sobre otra han mantenido este torbellino de innovación vivo y pujante.
Debemos reconocer que tecnológicamente hablando la computadora más rápida y compleja se puede entender bajo los mismos conceptos lógicos de los bulbos y que lo que nos ha permitido incrementar su velocidad elevando niveles de eficiencia es un conjunto de innovaciones en diversas disciplinas: Desde la nueva manera de fabricar semiconductores cada vez más pequeños y rápidos mediante la litografía de rayos ultravioleta, hasta las nuevas maneras de financiar proyectos a partir de videos de tiktok que se viralizan y logran crowdsourcing y una reducción continua de los precios de fabricación de tecnologías de punta. Issac Newton decía "Si he podido ver más lejos es porque estoy parado sobre hombros de gigantes" Pues ahora podemos decir que los gigantes se paran en mas gigantes y hay cada ves mas y mas gigantes que nos permitirán ver... "Hasta el infinito y más allá"
La fabricación de Circuitos Integrados (CIs) o Chips
Capacidad y Desempeño ya los cubrimos arriba con la explicación sobre miniaturización incremento de velocidad y reducción de precio; respecto a su funcionalidad los CIs o chips se pueden catalogar en 4 tipos:
Circuitos Integrados de almacenamiento y memoria
Las memorias DRAM evolucionaron a partir de los rodillos magnéticos a arreglos de varios transistores para almacenar un bit y posteriormente alcanzar la integración en circuitos integrados con arreglos de un solo transistor-capacitor por bit. En la imagen se muestra una tarjeta de memoria magnética de 10.8 cm por lado con capacidad de almacenamiento de 4096 bits, mientras la primera memoria DRAM de Intel el 1103 lograba almacenar la misma cantidad de memoria en tan solo el 4% del espacio y a una fracción del costo. Luego los chips de memoria sustituyeron a los discos duros electromecánicos por arreglos de memoria flash, que es simplemente un tipo de memoria capaz de retener indefinidamente la información aun cuando el equipo donde esté instalado sea apagado.
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| Thierry46, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons |
Circuitos Integrados lógicos
Los CI lógicos son los Microprocesadores que empoderan nuestros centros de datos, nuestras computadoras, tablets, TVs inteligentes etcétera; estos evolucionan en funcionalidad a partir de la arquitectura del chip, donde se pueden incrementar múltiples aspectos como la cantidad de bits a procesar o si utilizarán un conjunto de instrucciones reducido (Reduced Instruction Set Computing - RISC) o complejo (Complex Instruction Set Computing - CISC). Las Computadoras personales, por ejemplo, evolucionaron con sus chips en el proceso de instrucciones en 8, 16, 32 y 64 bits; esta escalada de bits es tan solo parte de las definiciones de las arquitecturas de conjunto de instrucciones o ISAs (Instruction Set Architecture) de diferentes CPUs. Diferentes ISAs definen, entre muchas cosas mas:
- Las Instrucciones básicas que ejecutará el CPU y que buscarán mantener compatibilidad con generaciones anteriores de CPU. Ej. x86
- La cantidad de bits que se pudieran procesar por instrucción
- La cantidad de memoría para indexar
- Extensiones al conjunto de instrucciones en los CPUs para incorporar funcionalidades para multimedia o manejo de gráficos 3D. Ej. En 1999 Intel introdujo en el Pentium III las extensiones SSE (SIMD Streaming Extensions) que incorporaban nuevas instrucciones para la arquitectura x86 en temas de procesamiento de señales digitales y manejo de gráficos; años posteriores evolucionaron en SSE2, SSE3 y SSE4.
Diferentes arquitecturas de CPU dan pie a los distintos fabricantes, familias, modelos y generaciones de CPUs. Así en el mercado encontramos computadoras de escritorio con CPUs marca: AMD, Intel o Apple; modelo Core i5, i7, i9, M1, M2, M3 elaborados con diferentes tecnologías de fabricación como 22, 12, 7, 3 nm. En el video a continuación se muestra como se fabrican los Chips lógicos modernos y el particular y frágil entorno detrás de esta tecnología de punta.
ASICs ó Circuitos Integrados de Aplicación Específica
Estos son los chips que encontramos en la electrónica de consumo, los que se combinan para implementar múltiples funciones en aparatos electrónicos, las TVs o nuestro estéreo del coche, los controladores de nuestros automóviles; lavadoras y refrigeradores también caen en esta clasificación. Estos chips son los que al ser diseñados y fabricados en masa logran reducir los costos a una mínima expresión. Un solo diseño de chip amplificador de audio lo podemos encontrar en múltiples marcas y modelos de estereos, TVs, bocinas bluetooth, etc. También cuando se busca ejecutar funcionalidades electrónicas a la velocidad del cable, sin retrasos los ASICs son las mejor opción; por ello se han diseñado algunos inclusive para para la minería de criptomonedas.
SoC (System on a Chip)
Los SoCs son chips donde se busca implementar una combinación de las 3 funcionalidades anteriores, en donde buscando la miniaturización, reducción de costos y mejora de desempeño de múltiples funcionalidades se construya un "mini-sistema", aunque se pierde la versatilidad que pueda ser actualizado, o mejorado en sus componentes; así la mayoría de nuestros teléfonos inteligentes, por ejemplo, están construídos a partir de un solo chip SoC; que dentro de sí incorpora lógica para ejecutar programas, almacenamiento de datos, comunicaciones y otras funciones específicas.
La oportunidad de fabricar chips no solo para las cadenas de suministros en la economía actual.
De unos años para acá, luego de que la pandemia global por COVID-19 nos dió una probada de la fragilidad del ecosistema digital que mencionamos al principio, y a que se han identificado las interdependencias entre las potencias económicas y políticas del mundo, ha surgido la oportunidad para México de fortalecer una industria de semiconductores para completar la cadena de suministro de prácticamente todas las industrias y no depender de Asia, pero entiéndase mas bien China. Ciertamente nuestro principal aliado comercial EE.UU. tiene el interés de sustituir proveedores chinos de semiconductores. Lo anterior no solo para estar listos ante una situación como la que padecimos con el COVID, también como un arma o estrategia de ataque en la guerra económica que están lidiando los EE.UU con la República Popular China.
China comienza a desarrollar tecnología de semiconductores que rivaliza con el liderazgo de occidente controlado por los EE.UU. Expertos dicen que la brecha en semiconductores de funcionalidad avanzada de China vs EE.UU. es de 5 a 10 años, pero al mismo tiempo se menciona que "alcanzarán una autosuficiencia básica en la fabricación de chips este mismo año" Pan, C. (2024, agosto 1); por otro lado China es el líder indiscutible en la fabricación de TODO lo demás a nivel mundial. Fortalecer cadenas de suministro al margen del liderazgo chino en latinoamérica es más una iniciativa de conveniencia estadounidense que un apoyo para las naciones latinoamericanas.
Aunque México no tiene un tratado de libre comercio con China existe desde el 2009 el ACUERDO ENTRE EL GOBIERNO DE LOS ESTADOS UNIDOS MEXICANOS Y EL GOBIERNO DE LA REPUBLICA POPULAR CHINA PARA LA PROMOCION Y PROTECCION RECIPROCA DE LAS INVERSIONES. Lo cual significa que nos encontramos en la conveniente situación para desarrollar una industria de semiconductores en México, no solo la necesaria para mantener las cadenas de suministro de interés norteamericano, también para desarrollar una industria innovadora independiente y sustentable. Es por esto que la participación en la industria de semiconductores debemos considerarla como una verdadera oportunidad para incrementar la competitividad de nuestro país y como suelo fértil para el emprendurismo local.
Referencias
Katz, R. (2015). El ecosistema y la economía digital en América Latina. Editorial Ariel; Fundación Telefónica; Editorial Planeta.
Miller, C. (2023). Chip war: The fight for the world’s most critical technology. Simon & Schuster.
Muñoz, J. A. (2023, mayo 3). China y México: una relación económica con potencial de crecimiento. Expansión. https://expansion.mx/economia/2023/05/03/china-mexico-relacion-economica-potencial-crecimiento
Pan, C. (2024, agosto 1). China’s ‘basic self-sufficiency’ in chip-making tools could come this summer, veteran says. South China Morning Post. https://www.scmp.com/tech/tech-war/article/3272831/chinas-basic-self-sufficiency-chip-making-tools-could-come-summer-veteran-says
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