Tres años de PERTE Chip: éxitos, fracasos y futuro de la estrategia española de semiconductores

Tres años de PERTE Chip: éxitos, fracasos y futuro de la estrategia española de semiconductores

¿Qué estrategia sigue España en el sector de los semiconductores? Alonso Campos, investigador en nanociencia, analiza el PERTE Chip: el plan español en materia de microchips y la pieza central del proyecto de expansión de España en el sector. Campos concede que "no sorprende que España no haya logrado atraer ninguna planta de producción de chips", pero detecta un acierto clave: "el PERTE Chip atina al centrar la fotónica como una gran oportunidad para España".

En la economía moderna hay pocos sectores que atraigan tanto interés como el de los semiconductores y microchips: su combinación de importancia estratégica e impacto económico hace que todos los gobiernos mundiales quieran hacerse con el mayor trozo posible de tarta. Esta tendencia se reforzó durante la pandemia de Covid-19, cuando cortes en las muy globalizadas cadenas de suministros de los microchips paralizaron industrias enteras, como la de los automóviles europeos. 

En este contexto, a principios de 2022 la Unión Europea presentó su Ley de Chips, con el objetivo principal de reforzar la producción doméstica de semiconductores, cuadruplicando el volumen producido y duplicando su cuota de mercado global para 2030. Con esto, la Unión Europea quiere reforzar su autonomía estratégica, produciendo una mayor porción de los chips consumidos por su industria, y aumentar su base industrial de alto valor añadido.

Casi en paralelo, España lanzó el Proyecto Estratégico para la Recuperación y Transformación Económica de Microelectrónica y Semiconductores (PERTE Chip), financiado por los fondos europeos y con el mismo objetivo que la Ley de Chips europea: reforzar la capacidad española de diseño, testeado y fabricación de microchips y semiconductores. Habiendo pasado ya más de tres años desde el lanzamiento de la estrategia de PERTE Chip, es conveniente analizar sus éxitos y fracasos a fin de hacer balance y optimizar la estrategia a futuro. 

 

"Tres años después del lanzamiento de la estrategia de PERTE Chip, es conveniente analizar balanece y analizar sus éxitos y fracasos"

Una industria compleja

Aunque la cadena de valor de los semiconductores es altamente compleja, los principales actores son los diseñadores —crean los planos y especificaciones técnicas del chip— y los fabricantes —producen industrialmente los chips—. Actualmente, casi todos los diseñadores de chips son empresas "fabless", es decir, carecen de fábrica propia en la que producir. En lugar de eso, subcontratan la producción a una empresa "foundry", que opera fábricas para la producción de microchips bajo demanda. Esta dicotomía productiva entre foundries y diseñadores fabless es crucial para entender el sector de los semiconductores moderno.

También es útil entender las principales tipologías de semiconductores y chips, listadas en la Fig. 1. Según su aplicación, los chips de lógica son los procesadores de información, mientras que los chips de memoria (RAM, flash, etc.) almacenan la información y se la pasan a los procesadores. Los chips de señales y comunicaciones procesan información de telecomunicaciones y sensores, mientras que los de potencia gestionan la energía en los aparatos eléctricos y electrónicos, incluyendo generadores eléctricos.

 

Tradicionalmente, todas estas aplicaciones han estado cubiertas con chips electrónicos —que usan el movimiento de electrones—, mientras que los fotónicos son una tecnología emergente que usa fotones (partículas de luz) para funcionar de manera más rápida y eficiente. Igualmente, aunque el silicio (Si) ha sido el material tradicional de los semiconductores, otros materiales como el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC) están emergiendo como materiales avanzados para señales y electrónica de potencia, y los materiales III-V dominan en chips fotónicos.

Finalmente, los "nodos de transistor" son los tamaños en los que los fabricantes pueden inscribir los circuitos de un chip. Reducir el tamaño de nodo permite microchips más pequeños, potentes y que consumen (comparativamente) menos energía. Por ello, la progresiva reducción del tamaño de nodo es el principal objetivo de los fabricantes de semiconductores, ya que los fabless líderes —como Nvidia o Apple— siempre buscan producir en el nodo más avanzado posible. 

"La progresiva reducción del tamaño de nodo es el principal objetivo de los fabricantes, ya que los fabless líderes —como Nvidia o Apple— siempre buscan el nodo más avanzado posible"

Los pilares de PERTE Chip

Con estos conceptos sobre la mesa, se pueden entender los principales pilares de actuación del PERTE Chip (ver Fig. 2). De estos puntos, el más importante —tanto en fondos asignados como en ambición estratégica— es la implantación de foundries —una capacidad de la que España carece completamente—. Las cantidades previstas en ayudas públicas, que son 7.250 millones de euros para la foundry avanzada y 2.100 millones para las de nodos maduros, dan idea de la escala de inversión total necesaria.

También es el punto en el que ha habido el mayor fracaso, ya que hasta la fecha no se ha logrado instalar en España ninguna foundry, bien de nodos avanzados o maduros. El motivo es simple: una foundry moderna es extremadamente cara, y las principales empresas del sector (lideradas por la taiwanesa TSMC) quieren instalar sus foundries o bien donde controlen toda su cadena de suministros o bien lo más cerca posible de sus principales clientes fabless (generalmente, las grandes tecnológicas estadounidenses). 

"La instalación de una foundry en España el punto en el que ha habido el mayor fracaso, ya que hasta la fecha no se ha logrado"

Es por esto, por ejemplo, que TSMC está construyendo seis fábricas en Estados Unidos y once en su natal Taiwán, pero solo una en Europa. Y mientras las foundries de Taiwán y Estados Unidos están dedicadas a los nodos punteros (<4 nm), dedicados a chips para inteligencia artificial, la foundry europea trabajará los nodos de 22 nm y 12 nm, para microchips de maquinaria industrial y de consumo, como la industria automovilística. El proyecto europeo, incluso, es una joint venture de TSMC con sus principales clientes europeos: el proyecto no era lo suficientemente importante de por sí como para que TSMC se decidiera a invertir sola. 

No sorprende, por tanto, que España no haya logrado atraer ninguna planta de producción de chips, especialmente dado que el objetivo de atraer una foundry que produjera chips lógicos en el nodo de 5 nm o menos era extremadamente ambicioso, como se puede ver comparando con los nodos que producirá la joint venture europea de TSMC. Por estos motivos, aunque de momento este objetivo de PERTE Chip ha sido un fracaso, lo ha sido más por su simple planteamiento —en retrospectiva, poco realista— que por una mala ejecución.

"Aunque de momento este objetivo de PERTE Chip ha sido un fracaso, lo ha sido más por su simple planteamiento que por una mala ejecución"

No sorprende, por tanto, que España no haya logrado atraer ninguna planta de producción de chips, especialmente dado que el objetivo de atraer una foundry que produjera chips lógicos en el nodo de 5 nm o menos era extremadamente ambicioso, como se puede ver comparando con los nodos que producirá la joint venture europea de TSMC. Por estos motivos, aunque de momento este objetivo de PERTE Chip ha sido un fracaso, lo ha sido más por su simple planteamiento —en retrospectiva, poco realista— que por una mala ejecución.

Por otra parte, la estrategia de promoción de la I+D y el talento en semiconductores está siendo un éxito en su despliegue. La financiación a través del PERTE de diecisiete "Cátedras Chip" en universidades de todo el país permitirá tanto potenciar la I+D nacional en el ámbito como aumentar significativamente el talento disponible en el medio plazo. De la misma manera, la instalación de centros de diseño de chips de las multinacionales Intel, Cisco y MPS en la provincia de Barcelona permitirá reforzar la I+D y formación de talento del sector privado en un amplio espectro de tipologías de microchips.

En lo que respecta a la creación de plantas piloto para la producción y testeo de microchips de última generación a pequeña escala, el PERTE Chip está permitiendo la construcción de la instalación Innofab como parte del sincrotrón ALBA en Barcelona, que dotará de capacidades de fabricación y testeo únicas al ecosistema de semiconductores español. En paralelo, la Universitat Politècnica de València construirá una planta piloto de chips fotónicos. 

"El PERTE Chip está permitiendo la construcciones que dotarán de capacidades de fabricación y testeo únicas al ecosistema de semiconductores español"

Sin embargo, quizás el mayor éxito (con diferencia) del PERTE Chip hasta el momento es el anuncio de la apertura de un centro de investigación del IMEC en Málaga. IMEC es la entidad belga que es líder mundial en investigación académica en semiconductores, en todas las áreas: diseño y distintas aplicaciones de chips, técnicas de fabricación, nuevos materiales, etc. IMEC también firma contratos industriales de investigación con los gigantes mundiales del sector, y ha creado docenas y apoyado a cientos de startups de semiconductores y tecnologías relacionadas solo en la última década.

Es por eso que la instalación de esta institución en España es tan significativa. IMEC Málaga será el único gran centro operado por IMEC fuera de su sede central belga, combinando instalaciones para el desarrollo, fabricación y testeo de chips avanzados con otras para el diseño de chips. Su presencia en Málaga no solo creará cientos de empleos de muy alta cualificación, sino que a medio y largo plazo nutrirá de profesionales al sector español de los semiconductores y generará todo un polo de empresas e innovación a su alrededor en el sur de España.

"IMEC Málaga será el único gran centro operado por IMEC fuera de su sede central belga, combinando instalaciones para el desarrollo, fabricación y testeo de chips avanzados"

El camino a seguir para la estrategia española de semiconductores

Pero a pesar de estos éxitos, la sombra del fracaso en asegurarse la llegada de una foundry a España pesa sobre el éxito conjunto de PERTE Chip. Además, ya que el pilar de atracción de foundries ocupaba la mayoría de dinero del PERTE y estos fondos ahora desiertos tenían que dedicarse a objetivos válidos para cumplir con las reglas europeas, han tenido que ser todos transferidos a la recién constituida Sociedad Española para la Transformación Tecnológica (SETT).

La SETT está encargada de desplegar los fondos públicos restantes de PERTE Chip y otras iniciativas —todavía más de 10.000 millones de euros— para promover la creación de industrias de alto valor añadido en España. 

A través de esos fondos, ha realizado inversiones significativas en la cadena de valor de los semiconductores y en empresas consumidoras de chips avanzados (Wallbox, Sensio, Sateliot). La gran diversidad geográfica de estas inversiones también da un importante criterio de equilibrio regional y promoción de la industria en todo el país. Sin embargo, estas inversiones son hasta el momento limitadas, y habrá que esperar para que se continúen desplegando los fondos hacia las empresas.

¿Pero qué se puede decir sobre el camino a seguir por la SETT y la estrategia española de los semiconductores de cara al futuro? Como se ha resaltado, el fracaso a la hora de atraer una gran foundry a España ha estado marcado por el elevado coste de estas inversiones, la alta competencia internacional por atraerlas, y la falta de un ecosistema atractivo en España en el ámbito de los chips lógicos avanzados (que es el principal foco de estas foundries).

 

Bajo este análisis, la estrategia española debería centrarse en lograr ganar capacidad en aquellos ámbitos donde no se dan esos problemas, a la par que construye un ecosistema que palie esas deficiencias a largo plazo.

"El fracaso ha estado marcado por el elevado coste de estas inversiones, la alta competencia internacional por atraerlas, y la falta de un ecosistema atractivo en España"

¿Pero qué se puede decir sobre el camino a seguir por la SETT y la estrategia española de los semiconductores de cara al futuro? Como se ha resaltado, el fracaso a la hora de atraer una gran foundry a España ha estado marcado por el elevado coste de estas inversiones, la alta competencia internacional por atraerlas, y la falta de un ecosistema atractivo en España en el ámbito de los chips lógicos avanzados (que es el principal foco de estas foundries).

Bajo este análisis, la estrategia española debería centrarse en lograr ganar capacidad en aquellos ámbitos donde no se dan esos problemas, a la par que construye un ecosistema que palie esas deficiencias a largo plazo.

En este sentido, la memoria de PERTE Chip atina al centrar la fotónica como una gran oportunidad para España, ya que es una tecnología emergente en la que no hay tanta competición internacional, que requiere inversiones pequeñas (en comparación con una gran foundry de chips electrónicos) y donde España cuenta con centros de investigación (como las UPV, o la Universidad Politécnica de Vigo) y startups (iPronics, Mapsi Photonics, etc.) punteros a nivel mundial.

En esta línea, la construcción de la planta piloto de Valencia, la inversión en la foundry de chips fotónicos SPARC y la financiación de varias Cátedras Chip sobre fotónica son los primeros ladrillos de la industria fotónica española, una oportunidad bien identificada por el programa de PERTE Chip.

Por otra parte, sorprende que no se hiciera hincapié en la estrategia del PERTE en tratar de atraer foundries de chips de señales y electrónica de potencia a España. A diferencia del ámbito de los chips lógicos, España sí cuenta con experiencia (principalmente alrededor de Valencia) e importantes clientes tractores nacionales (automóviles, electrónica para energías renovables, aeroespacial, etc.) que comprarían la producción de las nuevas foundries nacionales.

"No se han hecho grandes inversiones en el ámbito de los chips de electrónica de potencia y de señales hasta la fecha, y parece una oportunidad perdida para la industria española"

Además, los (comparativamente) bajos costes de estas foundries y la disrupción de los nuevos materiales avanzados (GaN, SiC) frente al silicio tradicional ofrecen una oportunidad para ganar cuota de mercado y capacidad industrial en una cadena de valor clave para la transición ecológica. Pero a pesar de la existencia de alguna iniciativa en este sentido financiada por el PERTE —como el proyecto de I+D industrial DioSiC—, no se han hecho grandes inversiones en el ámbito de los chips de electrónica de potencia y de señales hasta la fecha, y parece una oportunidad perdida para la industria española.

Otro objetivo a considerar debería ser atraer plantas de encapsulado y testeo de microchips, que realizan la integración de los chips en los aparatos electrónicos (de consumo, de automóviles, etc.) después de su producción en una foundry. Nuestra vecina Portugal cuenta con plantas de empaquetado, y la cancelada inversión de Broadcom en España iba a ser una planta de encapsulación, lo cual indica el potencial para atraer proyectos de este tipo.

Respecto al sueño de conseguir una foundry de chips lógicos, convendría combinar una menor ambición en el corto plazo con una estrategia de desarrollo a largo plazo. En el corto plazo, el objetivo debería ser instalar una o varias foundries de chips en los nodos de 22 nm y más grandes, que son nodos muy maduros, pero que dominan el mercado fuera de las foundries líderes (TSMC, Samsung e Intel).

El aumento global de la demanda de estos chips y el bajo coste (comparativo) de este tipo de foundries también facilitarían su llegada a en España. A largo plazo, y junto con la creación de startups fabless punteras, también formarían una fuerza laboral que sería clave para el asentamiento futuro de foundries más avanzadas.

"El aumento global de la demanda de estos chips y el bajo coste (comparativo) de este tipo de foundries también facilitarían su llegada a en España"

En conclusión, la estrategia española de semiconductores reflejada en PERTE Chip está teniendo algunos éxitos importantes, pero hasta el momento ha fallado en su principal objetivo de aumentar la producción nacional de chips significativamente. La consecución de este objetivo estratégico exige una redirección de la estrategia con objetivos más pragmáticos y un foco en los ámbitos (fotónica, electrónica de potencia) en los que España puede ser líder europeo y mundial. 

Alonso Campos

Investigador doctoral en IMDEA Nanociencia - Fundación "la Caixa"

Sus intereses de investigación abarcan temas de sostenibilidad, circularidad y criticidad de los recursos y transferencia de tecnología en las áreas de ciencia de materiales, magnetismo y materiales magnéticos. Tiene un Máster y una Licenciatura en Física por la Universidad de Cambridge.