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EL FIN DE LA MEMORIA 5 : PEAK DE LAS MÁQUINAS QUE HACEN MÁQUINAS

26/09/2020


Texto con licencia CC-BY-NC escrito por Felix Moreno salvo que se indique otra cosa. Esto significa que pudes copiar, corregir, traducir y publicar en tu web si lo deseas siempre que enlaces al original y mantengas la misma licencia. Me gustaria traducir cada uno de estos relatos a cualquier idioma que alguien hable, japones, inglés, catalan, vasco, gallego, bable, asturleones, aragonés, frances, guarani... me gustaría publicar en papel en otros idiomas y llegar a gente sin internet. ¿me ayudas?
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Pues aún quedaban algunos eslabones más que tocar en la saga de El fin de la memoria, hasta ahora habíamos tocado de refilón un poco el tema, pero realmente nos habíamos quedado en las empresas que fabrican el producto final, nos falta tocar lo que hay antes de la fabrica de chips, es decir, las refinerías, las minas, las fundiciones y las máquinas que hacen los chips.

 

En este artículo vamos a hablar de las máquinas, concretamente de Europa y concretamente de Holanda y la empresa ASML.

 

Para fabricar un semiconductor, ya sea memorias ssd, o microprocesadores, u otros tipos de piezas hacen falta tecnologías capaces de “dibujar” los circuitos a niveles atómicos en placas de silicio, luego como en cada oblea de silicio hay varias copias, se cortan como si fuesen trozos de pastel y se meten en “cajas” o encapsulados, que son los chips que conocemos de las fotos negros con patitas.

A la izquierda oblea con varias copias del chip, y a la derecha el chip ya cortado y enfundado o encapsulado en su funda de plástico y sus patitas.

 

Cualquiera que haya estudiado alguna carrera relacionada con la electrónica, como yo cuando estudié Ingeniería de Telecomunicaciones, teníamos unas prácticas donde hacíamos circuitos.

 

Recuerdo cuando hicimos para aprobar una asignatura un amplificador de sonido. Este sistema requería de 3-4 placas de circuitería y en una de las asignaturas de la carrera nos enseñaban a hacerlo.

 

El proceso era relativamente sencillo, primero teníamos que diseñar el circuito en el ordenador, era como dibujar, dibujas las pistas por donde iba a ir la electricidad, por donde se encontraban con los diferentes elementos electrónicos estas pistas con resistencias, condensadores, diodos etc… como el que dibuja un laberinto para la seccion de pasatiempos de un diario.

 

FOTOLITO

Una vez que tenía el dibujo hecho, se imprimía en papel transparente (invertido los colores), quedando el dibujo impreso y dejando pasar la luz por donde no había tinta.

 

Foto CC-BY Giltesa.

 

Luego tenemos una plancha de circuito donde hay una fina capa de cobre, se le pone una pegatina fotosensible encima, y encima de esa pegatina fotosensible el negativo que hemos impreso con la impresora.

Foto CC-BY Giltesa.

 

INSOLACION

Luego mediante luz ultravioleta se irradia esa placa de cobre con papel fotosensible y el dibujo en papel transparente y al cabo de un rato este papel fotosensible se ha oscurecido donde le daba la luz.

Foto CC-BY Giltesa.

 

Lo que ha pasado es que la luz ha cambiado las propiedades del papel y donde le dio la luz se degradó y donde no sigue intacto.

 

Foto CC-BY Giltesa.

 

ATACADO
Para acabar, metes la placa de cobre en ácido, y el papel se deshará donde le dió la luz, y al deshacerse tmb accede el ácido al cobre deshaciéndose también, sin embargo donde la pegatina no se degradó el ácido no toca el cobre y se queda, total que al final una vez lo sacas del ácido te a quedado el dibujo que se copió del papel transparente al papel fotosensible y de ahí dibuja al no permitir que el acido toque algunas partes en un dibujo de un circuito.

 

Foto CC-BY Giltesa.

 

Al final te queda así:

 

Foto CC-BY Giltesa.

 

Esta historia te la cuento porque si has entendido más o menos como se hace un circuito casero te puedo explicar muy por encima como se hace un microprocesador.

 

Un procesador es un poco más complicado que hacer un circuito, pero la idea es parecida, para hacer procesadores se usa una plancha de silicio sobre la que se dan varias capas de diferentes materiales, luego de forma parecida a como hemos hecho el circuito casero, se usa materiales fotosensibles para dibujar en esta plancha de silicio con diferentes capas. Un transistor como digo no es tan sencillo que una sola capa de cobre por donde va la electricidad, si no que hay varias capas que se entrecruzan y que cada elemento a veces deja pasar la electricidad otras no a la capa de abajo etc, en fin un poco más complicado pero que si te quedas con la idea de dibujar con luz en material fotosensible puedes llegar a imaginar cómo funciona una impresora de luz para semiconductores.

 

El sistema funciona como una especie de proyector que dibuja el circuito en la placa a la que luego se le aplican procesos químicos para ir quitando lo que sobra de cada capa y que al final te quede una oblea de silicio con el circuito impreso.

 

Por esto, porque es como proyectar cine, las empresas más famosas de lentes y de proyectores están metidas en los procesos de fabricación de estas máquinas, como Carl-Zeiss de Alemania, o NIkon y Canon de Japón.

 

Al final una oblea de silicio ya impresa con el “chip”, cada cuadradito es un chip, y como ves todo lo del borde se tira y queda tal que así:

 

Por cierto, las que salen con fallos las venden en ebay y en aliexpress para los fans. Según el sistema de fabricación la tasa de obleas que salen defectuosas puede ser baja o alta, cuanto más pequeños haces los circuitos más probable que te salgan defectuosas (al menos mientras madura la tecnología) y haya que tirarlas, algo muy habitual cuando nos acercamos a procesadores de 10 7 o 5 nm, como digo hay todo un mercado que vende estas obleas defectuosas para adornar tu habitación.

 

La forma circular es porque para fabricar el silicio ultrapuro te salen como unos kebabs de silicio al que luego lo vas cortando haciendo como discos o obleas, como el que corta una barra de pan. 

 

Se hacen circulares por cosas de cómo se obtiene el silicio tan puro de la fundición en hornos que están girando el material todo el rato.

 

En este vídeo de Intel te explican muy bien en 3d como se hace el “churro” de silicio y como luego se corta en rodajas.

 

https://www.youtube.com/watch?time_continue=35&v=tcQ0R24UbL0&feature=emb_logo

 

Pues bien, una vez que tenemos un poco más claro como se hace un circuito integrado nos ponemos a hablar de lo que hay actualmente 2020 en el mercado.

 

Como ya conté en El fin de la memoria 1, Procesadores el mundo de los procesadores se está quedando en muy poquitas empresas que fabrican procesadores de menos de 10 nm, actualmente sólo TSMC en Taiwán y Samsung en Corea del Sur, por ahora ni China, ni Europa, ni Japón ni Estados Unidos pueden hacerlo.

 

Para hacerlo hacen falta unas instalaciones muy muy complejas, libres de cualquier tipo de contaminación, con unas medidas muy concretas y unas máquinas muy muy caras.

 

La máquina más importante de este proceso de hacer procesadores es la máquina de litografía, es decir la que como si de un proyector se tratase proyecta el diseño del circuito en la oblea de silicio para que mediante procesos químico-ópticos se quede dibujado el procesador en el disco de silicio.

 

Cuanto más pequeño sea el dibujo, más pequeño será el procesador. Pero claro todo tiene un límite, hace años, hasta una bombilla podría servir para que la luz dibujara el circuito como explicaba al principio del artículo, pero ahora, teniendo en cuenta que estamos dibujando con luz objetos del tamaño de átomos, ya no es tarea fácil el tipo de luz, su frecuencia, la lente que dispara los fotones etc tienen que funcionar a niveles atómicos.

 

Hasta tal punto es complicado, que como pasaba con el número de fábricas que hacían procesadores el número de fábricas que pueden hacer máquinas capaces de proyectar este tipo de circuitos es básicamente una o dos en todo el mundo.

 

Hasta la actual generación de procesadores, en Japón empresas como NIkon o Canon podían competir para imprimir circuitos de hasta 10-50nm.

Pero en los últimos años, una empresa llamada ASML, y cuya sede está en Holanda, se está haciendo con la práctica totalidad del mercado (80% por ahora), pues son los únicos que pueden fabricar la óptica y maquinaria necesaria llamada EUV litography, o litografía ultravioleta extrema de última generación.

https://es.wikipedia.org/wiki/Litograf%C3%ADa_ultravioleta_extrema

 

Hasta 1989, eran las empresas japonesas las que controlaban el “state of art” de la fabricación de máquinas de litografía, y desde 1989 era la empresa americana Applied Materials con sede en California. Pero llegaron las siguientes generaciones y sobre todo la última generación de procesadores de 7 y 5 nm y EEUU se ha quedado totalmente fuera de juego perdiendo casi todo el mercado que cosas de la vida ha sido esta empresa europea la que ha cogido el relevo llevando a europa de nuevo a la partida. 

 

Para hacerse una idea, al año se vendían en 2017 unas 300 máquinas de este tipo, de las que ya 197 eran de ASML, pero es que a día de hoy el 100% de las de última generación EUV son de ASML y el 80% de la generación anterior. FUENTE.

 

Por cierto podría ser que la política de EEUU de hacer boicot comercial y tecnológico a China haya impulsado a otros países o vender a China, pues es China quien está comprando más máquinas de litografía, no necesariamente de última generación y estas ventas no se están llevando a cabo por parte de empresas americanas. Y es que este tipo de boicots que está llevando EEUU con la clara intención de frenar a China podrían estar frenando realmente a EEUU y potenciando a otras empresas que nunca habrían entrado a vender productos a China al ser de menor calidad que los de EEUU, cosas de la vida.

 

Esta máquina cuyo precio puede perfectamente ser de entre 100 y 200 millones de euros por unidad permite hacer los diseños de chips de 5 y 7 nm que en 2020 son lo máximo tecnológicamente.

 

En su página web explican como se llaman estas máquinas:

https://www.asml.com/en/products/euv-lithography-systems/twinscan-nxe3400b

La TWINSCAN NXE:3400B y es algo así.

 

Es curioso que en Europa que hace décadas que perdimos la carrera tecnológica de fabricacińo de chips pequeños, tengamos sin embargo la única industria del mundo capaz de fabricar las máquinas que hacen que en Taiwan, EEUU o Corea del Sur puedan hacer los codiciados procesadores.

 

Y volviendo a la fragilidad de todo fijaros , sólo una empresa del mundo, solo una puede hacer estas máquinas. Esto provoca que cualquier venta de esta empresa a cualquier país se convierta en una cuestión de estado. En 2018, Estados Unidos inició una campaña diploḿatica para impedir que esta empresa europea vendiese sus máquinas a China, concretamente a SMIC, y aunque no tienen jurisdicción en Europa, algo que les tiene que dar mucha mucha grima a los americanos, pero sí tienen cierto control diplomático y por ahora consiguieron bloquear estas ventas a China por motivos de seguridad mundial para impedir según EEUU que China pueda fabricar procesadores que ponga en peligro la paz mundial. Y asi de sencillo es, cuando una sola empresa tiene el monopolio, un gobierno dice a este no, a este si, y el mundo digital completamente controlado.

 

Por otro lado el I+D es tan caro, y llegar a crear tal bicho es tan difícil y caro, que las propias empresas que fabrican los chips como TSMC, SAMSUNG e INTEL, tienen que invertir dinero en esta empresa para que pueda hacer las máquinas para luego poder comprarla. Nadie más, ni Estados Unidos ni China han podido crear esta máquina, por eso esta empresa holandesa vale más en bolsa que IBM y casi tiene el mismo precio que Tesla.

 

Básicamente si esta empresa no hubiera podido sacar la nueva generación de máquinas, toda la industria mundial de microchips se hubiera quedado al fin atascada y habría llegado a lo que ya llamé en mis artículos el PEAK PROCESSING.

 

De hecho en lo que a movimiento de dinero se refiere, se podría afirmar que en 2018 el negocio de las máquinas que hacen integrados llegó a su PEAK. Otro PEAK del que nadie habla como cuando hablé del PEAK MEMORY y como fue ya en 2008 en lo que a unidades vendidas el pico y en lo que a almacenamiento total llegando ya. De hecho ASML llegó a su pico de ingresos en 2009, y desde 2014 bajan poco a poco aunque sean líderes. Parece que 2008-2009 fue el pico de casi todo. FUENTE

 

FUENTE.

 

Y en este extraño momento estamos, donde SOLO UNA EMPRESA DEL MUNDO, en la que confían las pocas empresas que pueden usarlas para hacer los chips más pequeños de la nueva generación de chips.

 

Si fuese optimista diría que no pasa nada, que seguro que en los próximos años alguien mejora más el proceso, y aún nos quedan muchas generaciones de procesadores cada vez más pequeños y cada vez más potentes…

 

Pero como no lo soy, pienso que nada dura para siempre, y teniendo en cuenta que la energía se empieza a acabar y además estamos llegando a los límites de miniaturización que ya chocan con el tamaño de los átomos, probablemente estemos ante el final de la ley de moore, y de los procesadores cada vez más pequeños y rápidos.

 

Además la caída de la demanda presente y futura que lleva desde 2008 lastrando el mundo tecnológico hace que las inversiones billonarias se midan con cuentagotas con lo que no hay suficiente negocio para el I+D necesario.

 

¿que podría haber después?

 

Pues el tema es que si realmente hemos llegado al peak del petróleo y por tanto al fin de tener más energía cada año de las sociedades mundiales, poco… pero mientras… pues tal vez procesadores pensados para una única tarea, o meter muchos procesadores para unicas tareas en un mismo pc, como se hace ahora para las tarjetas gráficas, pero tal vez procesadores para inteligencia artificial, junto con procesadores normales, junto con procesadores para otros cálculos todo con un tamaño de transistor ya estancado…. pero bueno el tiempo dirá… por ahora en 2020 es lo que hay… y así te lo he contado.

 

Si le ha gustado puede apoyarme para que siga escribiendo más por ejemplo comprando mis libros como este llamado PEAK MEMORY, donde hablo del futuro de la informática.

 

PEAK MEMORY.

. 26/09/2020

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