Las tecnologías digitales representan uno de los sectores más dinámicos del desarrollo tecnológico contemporáneo, en el marco de las dificultades de recuperación de la economía mundial desde la crisis de 2008. La velocidad de los cambios que se producen en este terreno hacen que sus orígenes y tendencias cobren hoy mayor relevancia por sus implicancias en todas las actividades económicas, sociales, militares y laborales.

En esta nota intentaremos dar una mirada sobre la evolución de la capacidad de procesamiento de la información desde sus orígenes, nos centraremos en el surgimiento de la tecnología de los microprocesadores o semiconductores, y en este marco analizaremos la actual “guerra de los chips” o crisis de los semiconductores, que concentra una de las preocupaciones centrales de las principales potencias debido al crecimiento de su demanda, potenciada por la pandemia.

Los orígenes

Podemos decir que toda la informática moderna, comunicaciones, redes, bases de datos y la llamada “internet de las cosas” presente cada vez más en casi todos los aparatos, se basa sobre tres dimensiones claves para entender su desarrollo: procesamiento, almacenamiento y transferencia de la información. Del avance en las capacidades y costos en estos terrenos descansan el resto de los desarrollos que permiten que la información digital reemplace cada vez más procesos analógicos en todos los terrenos de la actividad humana, generando a su vez innovaciones y posibilidades de desarrollo en tecnología digital impensados décadas atrás.

Si bien nos enfocaremos en este caso en la evolución de los procesadores, hay que tener en cuenta que las mismas van de la mano de continuas mejoras en las memorias, en la entrada/salida de datos, transferencia de información y diversas formas de mejorar el hardware, como también las mejoras permanentes a nivel de software que hacen uso de las nuevas capacidades y optimizan el uso de las computadoras.

A su vez hay que tener en cuenta que estas innovaciones se van desarrollando en el marco de las relaciones de producción capitalista que orientan sus desarrollos y los condicionan de acuerdo a las necesidades de ganancia de las empresas o del interés de los Estados de las principales potencias.

Primeras computadoras

En los años 1950, aparecieron las primeras computadoras digitales de propósito general que se fabricaron utilizando válvulas (tubos de vacío o bulbos). Esta tecnología generaba tamaños enormes de las computadoras de la época, grandes consumos de energía, problemas de calentamiento y una capacidad de procesamiento limitada [1].

El transistor sentó las bases para la electrónica moderna y marcó todos los desarrollos posteriores hasta la actualidad. La tecnología de los circuitos de estado sólido basada en transistores evolucionó en esta década. De esta manera el uso de transistores permitió reducir sustancialmente costo, tamaño y peso de los procesadores, así como permitió conseguir un menor consumo de energía y calentamiento. El empleo del silicio (Si) como material semiconductor [2], de bajo costo unitario y con métodos de producción masiva, hicieron del transistor el componente más usado para el diseño de circuitos electrónicos hacia finales de la década de 1950 [3].

A principios de la década de 1960, la electrónica de estado sólido sufrió un notable avance, que permitió la integración de grandes cantidades de pequeños transistores dentro de un pequeño circuito integrado [4].

De esta manera se logró una significativa reducción en tamaño, costo y un mayor rendimiento, comparado a los transistores discretos. Esto es porque debido a que los transistores (que constituyen los circuitos) se “imprimen” (generalmente mediante fotolitografía) a la vez sobre un material semiconductor en lugar de construir los transistores individualmente. Lo cual hace que usen mucho menos material, aumenten su rendimiento y utilicen menos potencia por el menor tamaño y proximidad de sus componentes. Los circuitos integrados o chips son usados en prácticamente todos los equipos electrónicos hoy en día.

Hasta los primeros años de la década de 1970 era necesario utilizar varios chips para hacer un procesador de una computadora (CPU). Pero en 1971 la norteamericana Intel consiguió por primera vez “imprimir” todos los transistores que constituían un procesador en un único circuito integrado (el Intel 4004). Nacía el microprocesador, su primera versión tenía una frecuencia de 740 kHz, integraba en un único chip 2.300 transistores y una tecnología de 10 micrómetros (10.000 nanómetros), es decir en el orden de unos 1.000 transistores por centímetro.

A partir de que los microprocesadores fueran comercializados, el costo de producir un sistema de computación cayó drásticamente. La aritmética, lógica y funciones de control que previamente ocuparon varias y costosas tarjetas de circuitos, ahora estaban todas disponibles en un único circuito integrado que era muy costoso de diseñar y poder fabricar pero barato de producir en grandes cantidades.

En paralelo también se lanzan los primeros chips de memoria RAM, que permitieron que los datos críticos y de uso recurrente pudieran ser consultados y almacenados mucho más rápidamente por las computadoras. En paralelo se desarrollaron también tecnologías que permitieron el almacenamiento de mayores volúmenes de información a un costo más accesible [5].

Estos avances, impactaron en el desarrollo de los grandes centros de cómputo con más capacidad por un lado, mientras que por otro lado empezaban a aparecer las modernas computadoras personales (conocidas como PC) que permitían correr aplicaciones destinadas tanto a empresas como a la informática de consumo masivo.

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La informática de consumo surge durante los años 80. Las capacidades de procesamiento ya permitían correr las primeras aplicaciones de hojas de cálculo, procesadores de texto y videojuegos. Para 1982, se estima que había unas 15 millones de PC basadas en el Intel 286, instaladas alrededor del mundo [6]. Producto de mayores capacidades de procesamiento y menores costos, año tras año surgen nuevos modelos de computadoras que dejan obsoletos a los anteriores.

Durante los años 90, el incremento de las capacidades de cómputo y la expansión de internet, además de mejores aplicaciones permiten incorporar los primeros contenidos multimedia (imagen, audio y video) que además empezaba a ser compartido primero por líneas telefónicas analógicas de baja velocidad. La incorporación de la fibra óptica permitió paulatinamente obtener una mayor velocidad en las comunicaciones digitales.

A fines de la década de 1990, alrededor del 80 % del tráfico de datos de larga distancia del mundo se transmitía a través de cables de fibra óptica y el uso de las computadoras se iba haciendo más masivo. La cantidad de computadoras conectadas a Internet pasa de 1 millón (1992), a 10 millones (1996) a 1.000 millones (2005).

En los años sucesivos se desarrollarán todo tipo de circuitos integrados no solo de propósito general sino de propósitos específicos, como los procesadores gráficos o GPU (Graphics Processing Unit) que luego se usarán también para servidores, “inteligencia artificial” y criptomonedas. Los chips son de cada vez menor tamaño y menor consumo como los modelos ARM [7], que permiten ser usados en dispositivos más pequeños con baterías, como los teléfonos móviles, tablets, etc.

La evolución de los chips también marca su impronta en los distintos modelos de los móviles que también quedan obsoletos año tras año. Se siguen integrando cada vez más componentes en un procesador [8] y surgen infinidad de chips con diseños específicos para multiplicidad de propósitos. Mientras tanto, se genera la expansión de nuevas necesidades, mercados y servicios digitales [9].

Junto a las capacidades de cómputo, crecían también las posibles aplicaciones de las tecnologías digitales. En sus comienzos sus aplicaciones se centran en la posibilidad de realizar gran cantidad de operaciones matemáticas, complejas y repetitivas en poco tiempo, que permitían su aplicación en balística, criptografía, estadísticas, censos y todo tipo de operaciones matemáticas, contables y financieras. Luego y con el desarrollo de Internet y el uso de sistemas en las empresas, se empezó a utilizar cada vez más para el procesamiento de texto, emails, chats, procesadores de texto, hojas de cálculo y el crecimiento de las bases de datos.

Los primeros contenidos de imagen, audio y video se podían compartir en sus comienzos. Pero su uso era muy limitado, tanto en su transferencia, procesamiento y capacidad de almacenamiento, debido al volumen de información que este tipo de contenidos requiere y los costos de las computadoras eran todavía muy altos. Poder reemplazar procesos analógicos ya instalados que funcionan ágilmente y de manera económica, como los archivos de papel, los teléfonos, la radio y la televisión, requiere de dispositivos con mayores capacidades digitales capaces de procesar grandes volúmenes de información a bajo costo.

En la actualidad hay todavía muchas tecnologías que están en proceso de transición a lo digital. Hoy en día los microchips se aplican no solo a computadoras, teléfonos, automóviles, maquinarias avanzadas y robótica sino cada vez más a casi todos los dispositivos, proceso que se conoce como “Internet de las Cosas” (por sus siglas en inglés IoT). Pero este crecimiento implica demandas de aún mayores capacidades de procesamiento de información, porque también crecen los volúmenes de datos que provienen de sensores y bases de datos, que puedan servir para tomar decisiones y dar respuestas en tiempo real [10].

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Justamente, la posibilidad de automatizar muchos de los proceso de la actividad humana a futuro tendrá que ver con la posibilidad de que los dispositivos equipados con microchips y sensores puedan tomar cada vez mayor cantidad de “decisiones” de manera autónoma en tiempo real (en menos tiempo que el ser humano) en base a la información del entorno y a bajo costo [11]. A la vez, los dispositivos ya equipados con chips, también reciben mayores volúmenes de información y demandan más capacidades para mejores respuestas en menos tiempos y con mayores grados de autonomía. Como se puede observar, no es un dato menor como pueda evolucionar la capacidad de los procesadores en el futuro y cuanto pueda mantenerse esta tendencia.

La “Ley de Moore”

En el año 1965 Gordon Moore, físico, investigador y posteriormente co-fundador de Intel, escribió en un artículo de una revista de electrónica lo que hoy se conoce como la “Ley de Moore”. En el cual afirmaba que la cantidad de transistores de un procesador se duplicaría anualmente en los siguientes 10 años, es decir un crecimiento exponencial. Años más tarde ajustó este pronóstico a dos años y esta predicción superó todas las expectativas (incluyendo las del propio autor) sosteniendo este crecimiento por más de 50 años hasta la actualidad.

Aunque esta predicción no incorpora otros factores como rendimiento efectivo, consumo de energía o costos, permite ilustrar el ascenso exponencial de las capacidades de cómputo de las tecnologías digitales. En esos momentos, en el mucho más acotado mundo de la informática, se tenía en claro que la tecnología digital iba a tener importantes avances por las ventajas de los chips, los bajos costos del silicio y luego de la fibra óptica, pero nadie se imaginaba un crecimiento exponencial semejante, ni por tanto tiempo.

VIDEO : Evolución de los microchips y la Ley Moore, faltan los datos de 2020/2021 que llegan a 60 millones de transistores. Todo parece indicar que la tendencia se mantendrá al menos por unos años más.

Sobre todo es importante remarcar, que la reducción del tamaño de los chips implica además un menor consumo de energía por lo tanto un uso más eficiente del procesador y un menor costo del mismo. La consecuencia directa de la ley de Moore es que los precios bajan al mismo tiempo que las prestaciones suben: la computadora que hoy vale 3000 dólares costará la mitad al año siguiente y estará obsoleta en dos años. Esto tiene importantes implicancias, por lo que una empresa que desarrolle una ventaja en este terreno, tendrá ventajas cualitativas sobre el resto.

Desde hace años que se discute cuando esta ley pueda llegar a su límite físico, sin embargo hasta el 2020 se mantiene y se espera que pueda continuar por algunos años más. El propio Gordon Moore estima que podría llegar hasta 2025, cuestión que parece razonable después de los chips de 5 nanómetros que se fabrican desde 2020 por la TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Limited) llegando a los 60 millones de transistores. Para 2022 estaría comenzando a fabricar chips de 3 nanómetros [12], con planes de fabricar chips de hasta 2 nanómetros para 2024/2025 [13]. Pero anunciaron lo que hasta hace poco parecía imposible, que técnicamente será posible llegar a los chips del orden de 1 nanómetro [14].

Aunque se produzca un crecimiento más lento y se llegue a un límite, también se pueden esperar mejoras a nivel diseño y a nivel software que permitan un mejor aprovechamiento del hardware. Sin embargo tarde o temprano, se estima que se llegará un límite de la actual tecnología. Hay en curso distintas investigaciones que incluyen procesadores cuánticos, estudios de materiales y nanotecnología, por lo que no se puede descartar que en algún momento surjan nuevas alternativas que permitan superar los actuales límites. Pero antes hay todavía bastante por recorrer en los próximos años.

La fabricación de semiconductores en la actualidad

La industria de los semiconductores siempre ha estado expuesta a altas y bajas pero desde el año 2016 la demanda no para de crecer. Pero sobre todo pegó un salto en la demanda desde la pandemia, lo cual generó una crisis de escasez de chips que afectó industrias de todo el mundo.

Las empresas del sector están trabajando al 100 % de su capacidad pero no logran satisfacer la demanda por lo que tienen que posponer o rechazar pedidos de los que dependen otras industrias [15]. Esta crisis difícilmente se revierta rápidamente por la complejidad que tienen estos procesos de fabricación, por lo que se estima que durante 2022 podrá empezar a dar respuesta a la crisis más aguda de chips, pero se estima que la escasez se mantendrá por lo menos hasta 2023.

El mercado de la fabricación (conocido como fundición) de semiconductores se lo reparten muy pocos jugadores. El enorme esfuerzo económico constante que es necesario asumir para sostener la innovación y mantener la competitividad ha provocado que solo la taiwanesa TSMC con el 54 % del mercado y Samsung (Corea de Sur) con el 17 % del mercado, concentren la fabricación de chips de última generación [16].

Muy por detrás los siguen otras fundiciones como UMC (Taiwan) y GlobalFoundries (EE. UU.) con el 7 % del mercado y la china SMIC con el 5 %. Otras compañías como AMD, NVDIA, Qualcomm, etc., se han centrado en el diseño de los chips que les encargan a las llamadas “fundiciones” [17].

De esta manera la que lleva una ventaja indiscutible sobre el resto en tecnología y capacidad de producción es TSMC, la sexta compañía más valiosa del mundo que fabrica en Taiwan sus chips más avanzados. La norteamericana Intel, que supo ser líder en el mercado, ha quedado por detrás desde hace muchos años y hoy tiene que recurrir a TSMC para la fabricación. Mientras que la china SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corporation), está mucho más atrás todavía, a pesar de las sumas millonarias volcadas por el gobierno de ese país [18].

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TSMC tiene las plantas de semiconductores más avanzadas y de mayor capacidad, su modelo de negocio se concentra en la fabricación de semiconductores para otras compañías ejecutando los diseños por encargo. En su cartera de clientes cohabitan AMD, NVIDIA, Qualcomm, Apple, Sony, Huawei, AWS (Amazon), Apple, Google, Facebook, Microsoft, Nintendo, Ford, Tesla, entre muchas otras. No solo es cuestión de dinero, se requiere tiempo, capacidades industriales acumuladas, personal capacitado, suministros asegurados de materias primas y proveedores de componentes de otros países [19].

La importancia estratégica que ha cobrado la taiwanesa TSMC, la ha colocado en el centro de las disputas geoestratégicas entre EE. UU. y China. Sin embargo hay una compañía que ocupa un papel aún más central en la fabricación de los microchips, que es la holandesa ASML (Advanced Semiconductor Materials Lithography) que es la única que fabrica las máquinas de litografía ultravioleta extrema (EUV, Extreme Ultra Violet), con las que se “imprimen” los circuitos sobre las obleas (o wafers) de silicio.

La dependencia de ASML y de las cadenas de suministros

ASML, es una compañía de Países Bajos [20] que diseña y fabrica los equipos fotolitográficos que utilizan los principales fabricantes de semiconductores en sus fundiciones. Esta empresa fabrica las únicas máquinas que permiten desarrollar los chips de una arquitectura de menos de 10 nanómetros. Sus máquinas son enormes y cuestan unos 150 millones de dólares, hay quienes las definen como las máquinas más complejas jamás construidas por la humanidad, que necesitan unos 5.000 proveedores para su fabricación. Se estima que un 75 % de sus insumos de la última alta tecnología provienen de EE. UU., Gran Bretaña, Alemania y Japón. Ante la creciente demanda ASML anunció planes de aumentar su producción anual de 35 a 55 máquinas en 2022 y más de 60 en 2023.

Para impedir que China acceda a esta tecnología, en 2020 el Departamento de Comercio norteamericano calificó como "riesgo inaceptable" por su posible "uso final militar" la tecnología de SMIC, el mayor productor de semiconductores de China. El Secretario de Estado Mike Pompeo intercedió para convencer a Holanda de bloquear la venta de maquinarias de ASML a China, con el objetivo de restringir el acceso de SMIC a la tecnología necesaria para la fabricación de chips más avanzados. Previamente, la misma SMIC ya había sido afectada por el bloqueo a Huawei su mayor cliente responsable del 20 % de sus ingresos, en 2019 en la disputa por el 5G [21].

Esto muestra tanto, las dificultades de China para poder superar su dependencia debido a la enorme interdependencia de las cadenas de valor internacionales de alta tecnología, como las preocupaciones de EE. UU. para evitar que China pueda fabricar chips más avanzados, mientras que ambos dependen de Taiwán (una isla a pocos kilómetros del gigante asiático, considerada como parte de su territorio por China) para abastecer a sus industrias y sus armamentos.

Disputa entre EE. UU. y China

No solo las empresas de tecnología, sino la criptografía, computadoras militares, aviones, drones, los equipamientos de los soldados y todo el armamento moderno más avanzado de las principales potencias forma parte también de la demanda de chips que se requieren también cada vez en mayor número, menores tamaños y mayores capacidades.

Si bien los Estados nacionales siempre tuvieron un rol fundamental en la defensa de sus respectivas industrias, en cuestión de semiconductores la intervención de los Estados pasó a jugar un papel estratégico central, económico y geopolítico.

En medio de esta carrera, EE. UU. lleva ventaja con respecto a China, pero lo cierto es que por el momento ambos países dependen de la taiwanesa TSMC para la fabricación de los componentes más avanzados que necesitan sus industrias y sus armamentos y todas dependen de la holandesa ASML.

Los planes de la industria

La TSMC no está dispuesta a perder su liderazgo, y anunció que gastará 100.000 millones de dólares para ampliar su producción. Ya anunció que abrirá nuevas fábricas en Japón y Arizona (EE. UU.) que recibirán subsidios de los respectivos gobiernos, también planea expandir sus fábricas en China, pero seguirá priorizando el desarrollo de sus chips más avanzados en Taiwán [22]. Por su parte Samsung, que no se quiere queda atrás, anunció también millonarias inversiones y la apertura de nuevas fábricas [23].

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El hecho que lo más avanzado de su industria tecnológica y militar dependa de una fábrica de Taiwán es una preocupación central para EE. UU. y además convierte a la “disputa por Taiwán” en el medio de EE. UU. en una cuestión geoestratégica de primer orden. La posibilidad de una escalada del conflicto de China con Taiwan, preocupa también por la capacidad que tiene la TSMC. Esto motoriza el intento de los norteamericanos por fortalecer la producción nacional de estos componentes y la búsqueda de la instalación de filiales de TSMC fuera de Taiwán. A pesar de que EE. UU. busca apuntalar a Intel [24] para recuperar terreno, también se tiene que apoyar en TSMC porque depende de sus componentes más avanzados, cuestión que no podrá ser revertida rápidamente [25].

China, aunque todavía no está a la altura de las grandes fundiciones en la fabricación de chips, busca apurar el paso en la carrera. Está lejos de lograr sus planes de “independencia tecnológica” en materia de chips, pero busca seguir apuntalando a sus empresas más avanzadas como la SMIC y Huawei a pesar de los boicots norteamericanos y de Taiwan [26], mientras busca también al igual que EE. UU., reforzar su colaboración mutua con TSMC de la que depende, mientras busca reforzar su infraestructura, know-how y cadenas de suministros que requieren estos complejos procesos de fabricación. Mientras tanto la disputa por Taiwán, también cobra para China mayor importancia.

Conclusiones y perspectivas

Desde el punto de vista económico no se puede descartar que los millonarios recursos puestos en la competencia tecnológica entre las potencias, generen nuevas burbujas, crisis de sobreacumulación y sobreproducción que intentarán ser descargadas sobre la población.

El desarrollo de los microprocesadores es una cuestión de primer orden para los Estados y burguesías de las principales potencias, no precisamente para dar respuestas a los problemas de la humanidad, sino por sus intereses de rapiña.

Las enormes capacidades y desarrollos tecnológicos de la humanidad son puestos en función de las ganancias de una clase capitalista cada vez más concentrada mientras los ejércitos de las principales potencias que defienden estos intereses se arman con cada vez mayores capacidades de destrucción para disputarse los mercados.

Los apologistas del sistema, sugieren una especie de “teoría del derrame tecnológico” en el cual las innovaciones que se desarrollan tarde o temprano llegarán a beneficiar al resto de la población. No importa si el desarrollo de producción es orientado por la ganancia capitalista y los desarrollos militares de las potencias, a la larga terminará derramando en mejoras para toda la humanidad.

Pero esto no es así, esto no es lo que sucede y queda cada vez más a la vista de millones en todo el mundo después de la pandemia. Ahí están el aumento de la desigualdad sostenida desde hace décadas para demostrarlo. Pero el centro del problema no es solamente la desigualdad, la cuestión es precisamente cómo organiza la producción de bienes y servicios este sistema.

No es falta de capacidad de producción el problema [27], sino precisamente que se produce y para qué intereses. Es esto lo que termina guíando los desarrollos tecnológicos en función de la necesidad de ganancia de las empresas, de la precarización laboral, del creciente poder destructivo de los ejércitos, de la apropiación del conocimiento mediante patentes y el uso de los datos personales para publicidad y la generación de necesidades superfluas [28]. Y es esto lo que atenta directamente contra la salud, la educación, el medio ambiente, garantizar las necesidades sociales y la reducción de la jornada laboral para el descanso, el ocio, el arte y el estudio. Para lo cual, no solo las innovaciones científicas y tecnológicas deben ser patrimonio de la humanidad, sino que es necesario terminar también con la propiedad privada de los medios de producción.

No basta con combatir la desigualdad, es necesario organizar la producción sobre nuevas bases, la tecnología abre enormes posibilidades para una planificación democrática de la economía en función de las necesidades sociales. Son las y los trabajadores quienes utilizan, producen y hacen funcionar la tecnología y toda la economía. Es necesario organizarse para enfrentar las consecuencias de este sistema en decadencia, pero de lo que se trata es de cambiar sus bases.