Catalunya se posiciona como uno de los entornos más dinámicos del sur de Europa en el ámbito del diseño de semiconductores. No en vano, el ecosistema está formado por 4.600 profesionales y 260 agentes entre empresas y entidades. Los nuevos proyectos como el Sargantana y el Innofab para producir chips serán un impulso más para crecer.
El móvil, el ordenador, nuestro televisor, todo funciona con miles de chips conectados que se integran en una potente y revolucionaria industria que mueve el mundo. Es las más codiciada: se estima que la microelectrónica y los semiconductores tendrán unos ingresos mundiales de 588.360 millones de dólares a finales de este 2024 y crecerá a un ritmo del 6,3% anual hasta 2027. En este entorno, ¿cómo queda posicionada Catalunya?
Los semiconductores para la fabricación de chips están diseñados para proporcionar a los dispositivos y circuitos integrados la capacidad de procesar, almacenar y transmitir datos. “La microelectrónica y los semiconductores proporcionan la interacción entre el mundo físico y el digital. Los chips son acción e información; la llave de la interacción efectiva con el medio”, expone el director e investigador del IMB-CNM, del CSIC, Luis Fonseca.
El estudio “Los semiconductores en Catalunya”, de ACCIÓ, pone de manifiesto la posición de la comunidad como uno de los entornos más dinámicos del sur de Europa en el ámbito del diseño de chips, y hoy ya existen 260 empresas y entidades de investigación que se dedican a ello y que cuentan con 4.600 profesionales. “Tenemos un ecosistema con una muy buena tradición electrónica, somos capaces de atraer a empresas que hacen diseño, tenemos talento, buena formación, y ahora intentamos aflorar todo esto para poder consolidarlo”, destaca Dolors Núñez, líder de Equipo de Análisis de Oportunidades Tecnológicas de ACCIÓ.
Soberanía tecnológica europea
Para poder llegar a ser referente en el sector, es necesario crear alianzas europeas. La Covid mostró la fuerte dependencia tecnológica de la UE con otros países lejanos, especialmente los asiáticos. En Europa no se fabrican chips, al menos complejos, y se reparten el “pastel” de la industria Estados Unidos y Asia (China y Taiwán, a la cabeza).
“Vimos que los semiconductores tenían unas cadenas de fabricación muy complejas, se calcula que un componente de un semiconductor, de un chip, hace 40.000 km de viaje desde que se empieza hasta que se termina, y cuando se rompen las cadenas, si China decide que no vende este material, no tienes posibilidad de crearlos”, puntualiza Núñez.
A raíz de ello, la UE vio la necesidad de tener cierta soberanía tecnológica para poder acercar estas cadenas de suministro y dominar, “al menos en parte, la industria de los semiconductores” y lanzó la Chip Act o Ley Europea de Chips. La norma mueve más de 43.000 millones de euros de inversiones públicas y privadas, y establece medidas para estar preparado y anticiparse y responder rápidamente a cualquier futura interrupción de la cadena de suministro.
La “Barcelona Design Valley“
Barcelona posiciona a Europa como base importante en el diseño de semiconductores, gracias al nuevo chip avanzado, llamado proyecto Sargantana, desarrollado en la ciudad por el Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS). “Llevamos más de 15 años intentando convencer a Europa de que hay que ir hacia adelante y hacer proyectos, lo habíamos hecho ya con los procesadores ARM, y hace 8 o 9 años salió la idea del RISC-V, que es como Linux en software, un estándar abierto que conducirá a Europa hacia la soberanía tecnológica que persigue”, adelanta Mateo Valero, director del BSC.
Este proyecto se enmarca en el PERTE de semiconductores, Proyecto Estratégico de Microelectrónica y Semiconductores, el más dotado de todos los programas del Next Generation, con una inversión pública de 12.250 millones de euros hasta 2027, y funciona en consonancia con los objetivos de la comentada ley europea de chips.
“En Catalunya se investiga mucho y bien, el sistema de centros de investigación, centros tecnológicos y universidades es muy capaz y está bien relacionado con Europa”, según Luis Fonseca, quien destaca la tecnología RISC-V: “Hay voluntad y capacidad de diseño, sólo se requiere ambición, ordenadores y materia gris; el diseño microelectrónico tiene un coste-beneficio muy interesante y vive la revolución en ciernes del RISC-V, un recurso de diseño abierto y no sujeto a licencias desorbitadas”.
Ahora en Barcelona hay 300 personas diseñando esta tecnología base para los chips. “Lo bueno es que se está creando poco a poco un entorno en el que me gustaría que la ciudad fuera el Barcelona Design Valley en RISC-V”, destaca el director del BSC. Mateo Valero, quien cree que con la ayuda del PERTE y “si realmente los políticos dejan que los científicos decidan, se podrían hacer cosas muy interesantes y bonitas”.
Además de estos proyectos, se han anunciado las inversiones de grandes empresas como Cisco e Intel que han elegido Barcelona para ubicar sus centros de diseño de microchips.
“También podemos fabricar”
En Catalunya no hay fabricación industrial de semiconductores como tal desde que cerró la badalonina PIHER a finales de los 80. Parte de su personal de mantenimiento, ingeniería y operación se integraron en esa época en el acabado de inaugurar IMB-CNM. Este centro sí cuenta con infraestructura de fabricación, en concreto con una sala blanca de 1500 m2, que es la mayor del país y el nodo principal de la Instalación Científico-Técnica Singular Micronanofabs. “Contamos con un conjunto de equipos e instrumentos importantes, que, a diferencia de otras salas blancas o más especializadas o de mayor volumen, podemos abordar con nuestro diseño y producción propia de forma flexible y personalizada (customized)”, puntualiza Gemma Rius, investigadora del IMB-CNM. Es, sin embargo, un entorno de I+D+i aunque con capacidad de prototipar series cortas.
Que no haya fabricación industrial en Catalunya no quiere decir que no pueda haberla. “En Catalunya se dan condiciones geoeconómicas objetivamente interesantes para optar a la implantación de una planta de fabricación semiavanzada”. Así lo ve el director del IMB-CNM.
Prueba de ello es el recién anunciado proyecto Innofab, un centro tecnológico de producción de chips en Catalunya. Una fábrica para pequeñas series y una demo para poder probar nuevos materiales, nuevos sustratos y procesos, que se ubicará cerca del Parc Alba y el Sincrotrón. Según Dolors Núñez, de ACCIÓ: “Catalunya puede ser un buen destino para una planta de fabricación, tanto de chips electrónicos como de fotónicos, donde la comunidad tiene un papel destacado”.
El reto geopolítico mundial
La industria de los chips tiene una importancia estratégica internacional y abre oportunidades de negocio sin precedentes. Para Mateo Valero, director del BSC, se trata, quizás, “del tema geopolítico y técnico más importante del mundo, más allá de las guerras. Lo más importante es quién diseña y dónde se fabrican los semiconductores más rápidos del mundo”.
El Barcelona Supercomputing Center desarrolla el Sargantana, la nueva generación de chips de código abierto.
Uno de los retos del sector es el gran coste económico de las tecnologías más avanzadas. “Fabricar chips punteros implica hoy poner en pie fábricas que cuestan 20.000 millones de euros y consumen recursos como una ciudad pequeña. Los dispositivos subnanométricos del futuro son arquitectónicamente más complejos y los costes aún aumentarán más”, según Luis Fonseca.
También lo destaca desde ACCIÓ Dolors Núñez: “Representa mucho dinero y tiempo, y demanda mucha flexibilidad en los proyectos para ir adaptándose a lo que vaya sucediendo, tanto en cuanto a nuevas tendencias tecnológicas como a nuevas necesidades del mercado”.
La demanda de chips crece y para su producción se consumen cada vez más materias primas, energía y agua, y se generan más residuos. Por esto, un desafío importante tiene que ver con la sostenibilidad. Fonseca destaca que ahora algunas de las sustancias necesarias para la fabricación de chips (PFAS) están seriamente bajo la lupa medioambiental y en proceso de sustitución por alternativas más benignas pero posiblemente no tan eficientes.
Y, además, la tecnología para diseñar chips es un gran reto en sí, “porque son las máquinas más sofisticadas que ha hecho el hombre, y profesionales como Intel, AMD, Nvidia, ARM… nos llevan mucha ventaja”, apunta Valero. Por lo que se busca crear chips que funcionen y sean competitivos, una tecnología que no para y que sólo es una pequeña parte de los que veremos en breve. Casi recién presentado el MareNostrum 5, Valero va más allá: “Queremos ilusionar a la gente intentando que el Mare Nostrum 6 tenga estos chips dentro de cuatro años”.
En un sector que depende de muchas variantes y que, según Gemma Rius, investigadora del IMB-CNM, su vertiente tecnológica pasa por la ubicuidad de la micro nanoelectrónica junto con la creciente diversificación de plataformas y especialización de los chips en distintos verticales, el futuro tal vez depende “de producir chips localmente para ciertos casos, con menor volumen, complejidad y mayor especificidad”.
Marenostrum 5: el más potente
Un claro ejemplo de aplicación de esta tecnología es el supeordenador MareNostrum, que acaba de inaugurar el Barcelona Supercomputing Center en su versión más potente: la 5. Su desarrollo ha contado con un 35% de inversión pública del Gobierno central (23,33%) y de la Generalitat de Catalunya (11,66%); y un 65% procedente de fondos europeos y de los Estados que apoyaron esta candidatura: Portugal, Turquía y Croacia. A su vez, el consorcio del BSC-CNS cuenta con una aportación pública por parte del Estado del 51%. Este proyecto refuerza la posición de liderazgo de Catalunya en supercomputación para poder llegar al objetivo de producir en Europa el 20% de semiconductores a nivel global.
La capacidad de trabajo del MareNostrum 5 es de más de 200.000 billones de operaciones por segundo, que tendrán aplicaciones prácticas y concretas en ámbitos como la sanidad, la emergencia climática, la comunicación o la transición digital. “En 2004 apareció como la máquina más potente de Europa y la 5ª del mundo, y la actualizamos en una apuesta conjunta con Europa para tenerla mucho más potente”, señala Sergi Girona, director de Operaciones y responsable del MareNostrum 5.
Una máquina que tiene dos partes. “En cuanto a su rendimiento en posición mundial, una parte es la 8ª del mundo y la otra es la 23ª. Esto quiere decir que somos el único centro de supercomputación de Europa que tiene dos máquinas dentro de las 25 más potentes del globo. ¿Por qué dos y no una sola? Porque no siempre es la misma máquina la que va bien para todo”.
Así, con dos tecnologías, los usuarios puedan escoger en cada momento cuál utilizan para ejecutar mejor su entorno. Una partición tiene una capacidad de 6.480 nodos; cada uno de estos nodos tiene 112 cores o procesadores, siendo “la máquina más grande del mundo con estas tecnologías para uso científico”, resalta Sergi Girona.
La otra está basada en los aceleradores gráficos de la empresa Nvidia, y tienen 1.120 nodos, y cada uno de ellos tiene 4 aceleradores gráficos Hopper 100. “Es la 8ª máquina más grande del mundo, y la 4ª más potente de Europa”. Al mezclar ambas, obtiene unas capacidades que no tienen los demás centros de supercomputación a nivel europeo y mundial.
En un centro de supercomputación se hace ciencia con los ordenadores más rápidos del planeta. “Son instrumentos que permiten que los investigadores puedan soñar, simular y hacer gemelos digitales (representaciones virtuales de algo que queremos estudiar por primera vez) de temas que hace años era imposible imaginar”, señala el director del BSC, Mateo Valero.