Pon la microelectrónica en tu industria

Mucho ha llovido desde que en 1991 comencé a trabajar en Alcatel Espacio en Tres Cantos (hoy Thales Alenia Space, recordatorio de la implosión del sector tecnológico europeo y de la desaparición del otrora campeón europeo de la telecomunicación, Alcatel), diseñando los primeros ASICs (Application-Specific Integrated Circuit) de la joven compañía, en un entorno industrial que, en lo que se refería a la microelectrónica, no despegaba en España.

De pocos años antes (finales de los ’80) son varias iniciativas públicas de calado que intentaron que España tuviera un rol en el desarrollo de la microelectrónica, con gran impacto en la creación de grupos de investigación en las universidades, institutos tecnológicos, laboratorios, … y también el gran hito que fue el establecimiento de la fábrica de chips de AT&T en Tres Cantos (1987).

Pese al apoyo público de la época, el meritorio trabajo de las OPIs, y pese al aterrizaje de una fábrica de semiconductores puntera, lo cierto es que la microelectrónica no caló en nuestro país, y quedó limitada a pocas y muy meritorias iniciativas personales (SIDSA, DS2 me vienen a la cabeza por conocimiento directo) y a grupos de diseño en algunas multinacionales (p.ej. en Alcatel Standard) que menguaron hasta desaparecer.

Nada que ver en volumen con los punteros grupos de diseño que esas multinacionales mantenían en otros países (Alcatel Bell en Amberes, por ejemplo, con más de 70 personas -y hoy desaparecido-) o con los vibrantes ecosistemas de multinacionales, design houses y start-ups en Reino Unido -esto se mantiene bien vivo a día de hoy-. Por mencionar sólo lo que he conocido en persona.

Hoy asistimos y participamos a una nueva ola de inyección de fondos públicos en el marco del PERTE CHIP que están llamados a, ahora sí, cambiar el peso de la microelectrónica en el panorama productivo español, pero más importante, a transformar el panorama productivo español gracias a la microelectrónica. El matiz es importante, ya que los ASICs propietarios tienen el potencial de efectivamente transformar la industria española que decida integrar el desarrollo de su propia microelectrónica en su estrategia de innovación y de desarrollo de producto. Y esto es relevante si queremos que el impulso del PERTE CHIP no decaiga cuando se terminen los fondos públicos.

Creo que una de las bases del futuro éxito de la microelectrónica en España será trabajar en la demanda, es decir, que la industria española sea demandante y consumidora de tecnología microelectrónica concebida, desarrollada localmente y con la fabricación gestionada localmente (siendo el lugar de la fabricación un tanto irrelevante).

Sin embargo, cuando oímos hablar en los medios de proyectos de nuevos chips, normalmente sólo nos llegan noticias de esos proyectos más punteros, liderados por las grandes tecnológicas y que nos cuentan presupuestos mareantes de diseño que llegan a cientos de millones de dólares para aplicaciones que utilizan una tecnología de silicio de vanguardia. Estos titulares crean la opinión generalizada de que acceder a dispositivos microelectrónicos propietarios es, simplemente, inaccesible salvo para las grandes multinacionales.

Como resultado, la innovación y la diferenciación de la industria de producto electrónico se ve limitada a la integración de los dispositivos estándar disponibles en el mercado (sea microprocesadores, módulos de comunicaciones, sensores,…). Esto impone límites a la competitividad de los nuevos productos, tanto en coste, en prestaciones e incluso en acceso a componentes clave de terceros. Por eso es tan importante que la industria conciba y posea sus propios componentes clave. Y es tan importante entender que las barreras de acceso no lo son tanto, de manera que, desde una creación de demanda de microelectrónica local, conseguiremos apoyar la sostenibilidad de un ecosistema microelectrónico que el PERTE puede facilitar. Veamos algunas referencias concretas[1]. Las cifras o los nodos CMOS hoy han evolucionado (a más baratos) respecto al año de las referencias, pero el mensaje sigue siendo válido: No tenemos que mirar a los costes y barreras de las tecnologías punteras de 7nm o 5 nm. Miremos a los nodos maduros: 130nm, 40nm, incluso 28nm.

En la imagen podemos ver cómo el coste de máscaras se ha reducido para nodos maduros

Para aplicaciones del mundo real como IoT, salud personal o automoción, donde el consumo de energía, los estándares de comunicación inalámbrica o la incorporación de un sensor MEMS son mucho más importantes que la velocidad de procesamiento. Y las tecnologías CMOS maduras permiten implementar un diseño de SoC (System on Chip) mucho más rentable.

Para poner esto en contexto, el coste de un juego de máscaras de producción dedicado a CMOS (año 2020) está en el rango de 1 millón de dólares para 28 nm, 0,6 millones para 40 nm, 0.4 millones para 55/65 nm y bajando a menos de 100.000 dólares para 130um o 180 nm. Y estos valores siguen reduciéndose a medida que los procesos se vuelven más maduros.

Es cierto que en los nodos maduros el juego de máscaras pasa a representar una parte relativamente pequeña del coste no recurrente (NRE) total del ASIC: el costo de licencia de bloques funcionales (IP), los costos de desarrollo y certificación pueden ser varias veces el NRE del juego de máscaras. Pero, al utilizar las tecnologías CMOS maduras, los desarrolladores de sistemas pueden crear dispositivos más pequeños de manera más asequible que son difíciles de copiar, incorporan más características y funcionan de manera más eficiente.

Por supuesto, el proceso no es la única implicación de costos en el diseño de un ASIC. Y, como ya hemos mencionado, el costo por sí solo no es (y no debe ser) la única razón para elegir un ASIC en lugar de componentes estándar.

En el cuadro vemos las cifras clave de un ejemplo real de 2016 que describe el costo de un ASIC versus componentes discretos para un sistema existente donde las cifras de ventas ya son conocidas.

No sólo el coste es la métrica determinante para decidir desarrollar un nuevo ASIC. Otros factores son igualmente clave:

• Integración. Necesidad de miniaturización.
• Consumo. Minimizar consumo de energía.
• Control sobre el suministro: Romper dependencia del suministro de dispositivos estándar.
• Confidencialidad y seguridad: Un ASIC protege la propiedad industrial del diseño, y permite sistemas más seguros.

Como conclusión, si bien un ASIC no es la solución válida para todos los productos, ya que necesita una inversión significativa, la barrera de entrada no es tan alta, y el potencial para los negocios que lo acometan es enorme. Más empresas deberían considerar desarrollar sus propios ASICs como parte de su estratega de innovación. El PERTE CHIP debe también potenciar esta línea de trabajo para que los avances que consigamos en la creación de un tejido industrial microelectrónico se consoliden en el largo plazo desde la demanda de la industria española.

Francisco Alcalá es CEO de TST Sistemas.

[1] La información del proyecto referido, así como los datos y gráfico proviene de artículos publicados por EnSilica (UK).