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Monday 15 Apr 2024 | Actualizado a 00:08 AM

Nvidia ahora enfrenta nuevos desafíos a su hegemonía en los chips para la IA

Los chips IA se han convertido en un elemento clave en la batalla entre las grandes tecnológicas

Emilio Garcia García

Por Emilio García García

/ 1 de marzo de 2024 / 11:05

El ecosistema de la inteligencia artificial (IA) acapara la atención de los medios y analistas del sector tecnológico. Las cumbres políticas de alto nivel, los esfuerzos regulatorios para embridar su despliegue al servicio del bienestar, las impactantes aplicaciones sectoriales, su progresiva incorporación a los productos de consumo y, cómo no, las infraestructuras digitales necesarias para el soporte de servicios IA en la nube. En el centro de estas últimas están los denominados chips IA, un tipo de producto complejo dentro de la cadena de suministro de los semiconductores, en el que se han de combinar de modo óptimo diversos componentes y actuaciones (chips lógicos, chips de memoria, empaquetado avanzado).

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Por la naturaleza del producto, el desarrollo de chips IA es un mercado abierto, basado en la fabricación por terceros y dependiente de la calidad del diseño que realicen las empresas que los comercializan. No obstante, existe en estos momentos una gran dominante en el segmento: Nvidia. Se estima que, en el segundo y tercer trimestre de 2023, Nvidia sirvió más de 800.000 muestras de su producto estrella para IA, la GPU H100, por un valor cercano a los $us 25.000 millones, y ha cuadriplicado las ventas respecto del mismo periodo de 2022. Si atendemos a la previsión de ventas de servidores con chips IA previstas para 2024, Nvidia multiplicará durante el presente año por más de ocho las ventas de AMD, su más inmediato competidor en este ámbito.

En definitiva, Nvidia goza de una envidiable posición en el presente inmediato, pero se enfrenta a retos a medio plazo en sus principales mercados.

Los chips IA se han convertido en un elemento clave en la batalla entre las grandes tecnológicas y de las reservas de este insumo dependerá el ágil despliegue de su nueva generación de servicios. La excesiva posición de dominio de Nvidia, cuya GPU H100 tiene un precio de más de $us 40.000 en eBay, puede estar causando una espiral de costes a sus clientes. Los analistas del Bank of America predicen que el gasto de capital conjunto de Amazon, Alphabet y Microsoft relacionado con la nube se incrementará un 22% en 2024, hasta los $us 116.000 millones. Meta, por su parte, ha elevado sus previsiones iniciales de gastos de capital en infraestructura de centros de datos para 2024 en $us 2.000 millones, hasta 37.000 millones.

No acostumbradas a la dependencia de un tercero, las grandes tecnológicas buscan alternativas para reducir el poder de mercado de Nvidia. En los últimos meses, Microsoft, Google y Meta han anunciado el desarrollo de sus propios chips IA para desplegar en paralelo con los productos de Nvidia. Los chips propietarios de las grandes tecnológicas están más adaptados a sus respectivos servicios, al reducir no solo los gastos de capital sino también en consumo eléctrico. Es fácil adivinar, también, la satisfacción de los gigantes digitales por los esfuerzos de Sam Altman, CEO de OpenAI, por impulsar una cadena de producción específica para el suministro de chips IA, que ya cuenta con un apoyo financiero de entre $us 8.000 y 10.000 millones  aportados por G42, fondo inversor establecido en Abu Dabi.

La situación de Nvidia en el mercado chino es compleja. Las sanciones estadounidenses sobre chips de arquitectura avanzada le impiden satisfacer la demanda latente de sus mejores productos. Cualquier movimiento de la empresa de chips destinada al mercado de la potencia asiática es tutelado por el Gobierno de Estados Unidos. Dentro de estos límites, la GPU H20 de Nvidia comenzará a ser vendida en China. Es difícil que ello le permita mantener la cuota del 90% sobre los chips IA que tenía allí antes de octubre de 2022. Las grandes tecnológicas chinas han comenzado a migrar hacia las GPU equivalentes ya suministradas por Huawei. También los fabricantes de chips chinos estarán pronto en disposición de suministrar componentes avanzados lógicos y de memoria que permitirán al gigante de las telecomunicaciones comercializar productos más potentes que la GPU H20.

Aunque con actuaciones de menor calado, Europa tampoco permanece impasible ante la dependencia de Nvidia para el despliegue de sus infraestructuras de IA, ya que limita su autonomía estratégica. El consorcio European Processor Initiative, financiado por la Unión Europea desde 2019, tiene entre sus objetivos el desarrollo de chips IA para la red de supercomputación europea. La Comisión Europea ya ha anunciado que dará continuidad a esta iniciativa dentro del recientemente presentado paquete de innovación para apoyar la IA en Europa.

También es de esperar que Nvidia anuncie una previsión de crecimiento sustancial de ventas y beneficios para el año 2024. Los inversores, sin embargo, pudieran tener también preguntas para Nvidia sobre el medio plazo. En Estados Unidos, cómo va a convencer a sus principales clientes de que no internalicen la producción de chips IA y cómo haría frente a un eventual competidor que erosione sus márgenes. En China, cómo navegará el conflicto geopolítico para mantener una cuota de ventas relevante de chips IA. En Europa, qué contrapartida proporcionará al Viejo Continente para garantizar su autonomía digital estratégica. También de la respuesta a estos retos en el medio plazo, y no solo de logros recientes y perspectivas inmediatas, dependerá la reacción de los mercados.

(*) Emilio García García fue exdirector de Gabinete de la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones de España

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Por qué la guerra de los chips no ha terminado (y va a continuar)

2024 apunta a ser el año en que el desacoplamiento del mercado de semiconductores en China y Estados Unidos se haga una realidad

/ 4 de febrero de 2024 / 07:05

OPINIÓN

La ley de Moore ha sido el motor de la industria de semiconductores. El fundador de la industria de la microelectrónica predijo en 1975 que, con una periodicidad aproximada de dos años, se duplica el número de transistores en un chip. El enunciado del innovador estadounidense es un reflejo de la demanda de mercado, que requiere chips más potentes para cada nueva oleada de productos digitales. Entre los usos de los chips de las generaciones más avanzadas están las industrias de defensa y seguridad nacional, lo que ha hecho de la capacidad de fabricarlos objeto central de la batalla por la supremacía económica y militar entre China y Estados Unidos. La disputa está camino de extenderse al campo de los chips basados en tecnologías maduras, omnipresentes en productos de nuestra vida cotidiana, como los automóviles.

La reducción del espacio entre los transistores dentro de un chip está facilitando el cumplimiento de la ley de Moore, un espacio que se mide en nanómetros (nm) y nos sirve hoy para identificar las generaciones de chips (1nm es equivalente al tamaño de una hebra de ADN). El número de empresas capaces de producir los chips más avanzados ha ido reduciéndose con el tiempo. En el segundo semestre de 2022, solo dos empresas, Samsung (Corea) y TSMC (Taiwan), eran capaces de fabricar chips de 3nm, la última generación, que no han sido capaces de producir de modo masivo hasta comienzos de 2024.

La carrera por la fabricación de los chips de 2nm cuenta con un sorprendente incremento de participantes en la misma. Aunque también se han extendido los plazos entre generaciones a más de dos años. Samsung y TSMC los fabricarán en el segundo semestre de 2025, con producción masiva en los primeros meses de 2027; Intel (EEUU) y Rapidus (Japón) también esperan alcanzar la meta. Competir en la carrera no está al alcance de cualquiera. Solo la máquina de ASML, High NA EUV, imprescindible en el proceso de producción, tiene un coste de $us 300 millones. Se estima que el coste de una fábrica con capacidad de producir 50.000 obleas anuales de chips de 2nm es de $us 28.000 millones, frente a los $us 20.000 millones de una fábrica de 3 nm con una capacidad de producción similar.

Las empresas chinas, respaldadas por su Gobierno, podrían asumir los costes de la carrera por producir los chips más avanzados, pero han sido expulsadas de la competición. Las restricciones de EEUU y sus aliados sobre la exportación de maquinaria de producción de chips a las empresas establecidas en China frenan el progreso de sus fábricas. A duras penas, SMIC ha conseguido alcanzar en 2023 la producción de chips de 7nm y, quizás, de 5nm, pero con dudas sobre su capacidad para una fabricación masiva. Avanzar más allá lo facilitan componentes fuera de su alcance debido a las sanciones comerciales, como la tecnología litográfica EUV de ASML o el software de diseño de chips de origen estadounidense.

Sin embargo, se haría mal descartando que el gigante asiático pueda alcanzar la paridad en capacidad de producir los chips más avanzados. El plazo para alcanzar la miniaturización requerida que permita producir chips de 1nm se dilatará más allá del enunciado de Moore: no estarán disponibles hasta 2032. Mientras, existen rumores creíbles de que las reservas de maquinaria con tecnología DUV y el uso de técnicas de empaquetado avanzado podría facilitar a China producir chips de 3nm. También están progresando en el desarrollo de un ecosistema local de compañías productoras de software de diseño y de máquinas de fabricación de chips avanzados. Es plausible que China sea capaz de fabricar, de un modo u otro, chips de 2nm antes que EEUU y sus aliados alcancen 1nm.

Si la brecha tecnológica en los chips más avanzados puede desaparecer o reducirse a una generación en menos de ocho años, en el ámbito de los chips maduros China es ya la potencia dominante. En 2023, China reúne el 26% de la capacidad mundial de fabricación de chips, tan solo por detrás de Taiwán con el 46%. Si bien en la fabricación de los chips más avanzados la cuota de mercado global de las empresas chinas se reduce al 8%, produce el 39% de los chips maduros (por encima de los 28 nm) en el mundo.

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El dominio de China en la producción de chips maduros abre un nuevo frente en la guerra de los semiconductores. Gina Raimondo, secretaria de Comercio de Estados Unidos, ha manifestado que “en los últimos años, han visto posibles signos de prácticas preocupantes por parte de China para expandir la producción de chips maduros y dificultar la competencia de las empresas estadounidenses”. Al mismo tiempo, en la evaluación del mercado de los semiconductores publicada en diciembre de 2023 por su departamento, la industria del país se pronunciaba a favor de la imposición de aranceles para limitar el efecto de las prácticas contrarias al mercado de China, a lo que también animan desde el Congreso tanto demócratas como republicanos. Todo apunta a una nueva ronda de restricciones en el comercio entre China y Estados Unidos, esta vez en el ámbito de la importación de chips maduros.

Las restricciones estadounidenses a la exportación a China de chips avanzados y equipamiento para su fabricación han sido ampliamente seguidas por sus aliados. No es de esperar que los aliados de Estados Unidos dejen de imitar eventuales restricciones sobre la importación de chips maduros fabricados en China. 2024 apunta a ser el año en que el desacoplamiento del mercado de semiconductores en China y Estados Unidos se haga una realidad, sin subterfugios lingüísticos posibles. Si el muro de silicio se consolida rompiendo el mercado global de semiconductores, las consecuencias para la innovación y coste final de bienes y servicios de todo tipo son impredecibles.

Emilio García García Exdirector de Gabinete de la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones de España

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Los chips de IA, la oportunidad para el desafío de Samsung a TSMC

Samsung se sitúa en un lugar privilegiado frente a TSMC para ser ventanilla única de chips de IA

Emilio Garcia García

Por Emilio García García

/ 1 de septiembre de 2023 / 09:15

La Inteligencia Artificial (IA) es una realidad como Tecnología de Utilidad General: quien tenga un papel relevante en su desarrollo tendrá una influencia desmedida sobre la economía y la sociedad. Nvidia, AMD y otras fabless (sin fábricas) pugnan por ser los proveedores de referencia de las unidades de procesamiento específicas para la IA (GPU, CPU con aceleradoras o híbridos) en centros de datos, los componentes hardware que responden a las prestaciones que demandan aplicaciones como ChatGPT o Bard.

Las empresas fabless recurren a terceros para disponer de los chips optimizados para la IA en sus productos. El dominio de TSMC del 90% del mercado de los chips lógicos más avanzados, basados en procesos de producción inferiores a 7 nanómetros, podría ser insuficiente para garantizar su prevalencia en los chips de la IA. Los límites físicos de la miniaturización impiden aumentar lo necesario la capacidad de los chips lógicos, y es necesario recurrir a procesos de empaquetado. El empaquetado avanzado integra en un mismo sustrato varios chips lógicos y de memoria, permitiendo que se alcancen las capacidades de procesamiento requeridas para las aplicaciones de IA.

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Son, por tanto, tres los segmentos de la fabricación a combinar para alcanzar el dominio en la producción de los chips IA: chips lógicos, chips de memoria y empaquetado. La complejización de la producción abre un escenario para una competencia más equilibrada entre Samsung y TSMC. Analicémoslo segmento a segmento.

La creciente demanda de Nvidia, AMD y otras fabless está llevando a una aceleración en el desarrollo del empaquetado avanzado; se espera un crecimiento de ventas del 10,3% anual entre 2022 y 2028, desde los $us 44.000 millones a los 78.000 millones. El empaquetado avanzado es un mercado fragmentado, donde siete agentes aglutinan el 65,1% de los ingresos. TSMC y Samsung mantienen posiciones parejas, captando, respectivamente, el 12% y 9% de ventas, sin alcanzar ninguno de ellos las tres primeras posiciones, a pesar de ser las empresas con más patentes registradas en este ámbito desde 2015.

CoWoS, la alternativa de empaquetado avanzado auspiciada por TSMC, domina de momento en la fabricación de chips de IA, pero con tensiones evidentes en la línea de producción. La capacidad de empaquetado de TSMC en 2023 está limitada a alrededor del 60% de la demanda de Nvidia, cercana a 2 millones de juegos de chips. A pesar de la ampliación de su línea de producción, será aún más complejo que los taiwaneses sean capaces de suministrar los más de 4 millones que necesitará Nvidia en 2024, a los que habría que sumar la demanda de AMD.

Las empresas fabless no limitarán su crecimiento de negocio por la debilidad coyuntural de TSMC en el empaquetado avanzado. Samsung está ajustando la organización de su sección de semiconductores para aprovecharse, potenciando su alternativa Xcube. La empresa coreana busca también ampliar sus capacidades en empaquetado avanzado mediante adquisiciones, apuntando hacia Amkor, empresa que es la segunda compañía en ventas del segmento y la principal proveedora alternativa de CoWoS para Nvidia.

Los vientos que alimentan una competencia equilibrada entre TSMC y Samsung en la provisión de chips de IA no se reduce a las expectativas de evolución del segmento de empaquetado avanzado. La situación de ambas en la fabricación de chips lógicos y chips de memoria juega también a favor de los intereses de los coreanos.

Hasta ahora, TSMC ha dominado el segmento de chips lógicos avanzados que requieren los chips de IA. Sin ir más lejos, provee los chips lógicos de las GPU de Nvidia, y AMD es su tercer cliente más importante. Sin embargo, la compañía coreana puede empezar a competir con éxito al haber alcanzado ratios de calidad por oblea parejos a TSMC en chips de 4 nanómetros (75%) y 3 nanómetros (60%). Un salto de calidad en chips lógicos que le permitirá competir en este ámbito en un momento de saturación de esta cadena de producción de TSMC, derivada no solo de los pedidos de Nvidia y AMD, sino también de Apple.

En el ámbito de los chips de memoria, la situación es aún más favorable para los coreanos. Mientras los taiwaneses no son relevantes en la fabricación de chips de memoria, Samsung es un operador dominante en los denominados chips de HBM, considerados óptimos para empaquetar dentro de los chips de IA. Samsung hace un 40% de las ventas globales, tan solo por detrás de SKHynix, con un 50%. De hecho, la fortaleza de Samsung en este ámbito le ha valido la selección de AMD para proveer conjuntamente chips de HBM y empaquetado.

En el fluctuante equilibrio de fuerzas entre las compañías del sector de los semiconductores, se ha configurado una tormenta perfecta que favorece que Samsung desafíe a TSMC en la producción de chips de IA. Los coreanos tienen ya capacidad de producir chips lógicos competitivos con los de los taiwaneses, gozan de mayor fuerza en la fabricación de chips de memoria y están a la par en el empaquetamiento avanzado. Con todo ello, Samsung se sitúa en un lugar privilegiado frente a TSMC, tanto para ser ventanilla única de chips de IA como para potenciar el conjunto de su producto.

(*) Emilio García García es asesor en el Instituto de Astrofísica de Canarias

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El lento retorno al crecimiento sostenido del sector de los chips

La expansión del uso de la inteligencia artificial augura la prolongación del nuevo ciclo de crecimiento

Emilio Garcia García

Por Emilio García García

/ 4 de agosto de 2023 / 08:45

Según las estimaciones de la compañía McKinsey, se espera que el mercado de los semiconductores supere los $us 1.000.000 de millones en 2030. De cumplirse este pronóstico, se habrá multiplicado por dos desde su valor actual, superior a los 500.000 millones, y por cinco desde su valor de $us 200.000 millones en 2001.

La evolución del volumen de negocio del sector de la microelectrónica nunca ha sido continua, sino con oscilaciones cíclicas. Los datos de mercado publicados mensualmente por la Asociación de la Industria de Semiconductores de Estados Unidos (SIA) reflejan que nos encontramos desde hace unos meses en una fase de decrecimiento. Si en enero de 2022 se registraron en el sector $us 50.700 millones de ingresos, en mayo de 2023 se contabilizaron solo 40.700 millones. La pregunta que muchos se hacen es si la etapa puede darse por concluida y en, tal caso, si la recuperación será rápida y sostenida.

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Aquellos con mirada optimista dentro del sector resaltan los brotes verdes que auguran una evolución positiva en el medio plazo. Comenzando por los últimos datos globales de ventas publicados por SIA y mencionados en el anterior párrafo, por primera vez en 18 meses se ha registrado un incremento de ingresos respecto al mes anterior, del 1,7%. El dato lo señalan como la primera confirmación de los pronósticos hechos por Gartner en abril pasado, que apuntaban hacia una recuperación enérgica de las ventas en 2024.

Dos de los actores más relevantes del sector no han aportado una visión tan positiva en su presentación de resultados del segundo trimestre del año. Por un lado, TSMC mostró un balance ligeramente negativo del primer trimestre al segundo, con un precavido incremento del 6% en la previsión de ingresos para el tercero. Por su parte, ASML presentó un ligero incremento de ventas entre los dos primeros trimestres, con pronóstico de evolución sin apenas crecimiento de los ingresos en el tercero. En sendas ruedas de prensa posteriores a estas presentaciones, los consejeros delegados de ambas compañías se mostraban cautos al respecto de confirmar una recuperación rápida del sector de los semiconductores en 2024.

Los inversores parecen apostar desde principios de año por la recuperación del sector a medio plazo, aunque atravesando algún momento de indecisión y dudas. El principal índice bursátil del sector, el Philadelphia Semiconductor Index (SOX), se revalorizó en un 53% entre el 1 enero y el 28 de julio. Sin embargo, es significativo que los meses de presentaciones trimestrales de resultados de las compañías, marzo-abril y junio-julio, hayan tenido vaivenes de alzas y bajas: en el primero de los periodos incluso tuvo como resultado el único mes con balance negativo del índice durante el año.

La continuidad del incipiente retorno al crecimiento del sector de los semiconductores está puesta en el desarrollo de la inteligencia artificial. La evidencia de estas expectativas se encuentra en que uno de los incrementos más significativos del valor del SOX sucediera alrededor del 25 de mayo: en tal fecha se presentaron las muy positivas previsiones de negocio de Nvidia, cuyas GPU (sigla de Graphics Processing Unit, o Unidad de Procesamiento de Gráficos) son clave en este ámbito. Pero en la satisfacción de la demanda de fabricación de las GPU diseñadas por Nvidia y otras empresas (AMD e Intel, principalmente) han surgido de nuevo cuellos de botella en la cadena de suministro, al depender de los procesos más innovadores de fabricación y empaquetado.

Un GPU es un tipo de procesador especializado en el procesamiento de gráficos y cálculos matemáticos altamente paralelos. A diferencia de la CPU (Central Processing Unit), que se enfoca en tareas generales del sistema y controla la ejecución de programas, el GPU está diseñado específicamente para realizar operaciones gráficas de manera eficiente.

Su función principal es acelerar y optimizar el procesamiento de imágenes, videos y elementos visuales en general. Los GPU son ampliamente utilizados en aplicaciones de visualización, como videojuegos, diseño gráfico, animación, modelado 3D, inteligencia artificial, aprendizaje profundo (deep learning), entre otros.

Por un lado, las GPU necesitarán el éxito en el esfuerzo global para la creación de nuevas fábricas de los chips de vanguardia que las componen, tanto los lógicos de arquitecturas inferiores a 7 nanómetros como los de memoria basados en HBM3. Aunque la construcción de estas plantas por parte de TSMC, Samsung e Intel parecía avanzar a un ritmo adecuado para estar disponibles a finales de 2024, la escasez de talento y capital humano para operarlas puede ralentizar su puesta en marcha.

Por otra parte, las GPU más avanzadas necesitan el empaquetado basado en tecnología CoWoS que hace TSMC, cuya capacidad es limitada. La empresa taiwanesa ha iniciado la construcción de una nueva planta para ello, pero no estará disponible antes de finales de 2024.

Superado el exceso de inventarios que desde comienzos de 2022 ha provocado la última contracción cíclica del mercado de los semiconductores, el sector parece retornar a la senda del crecimiento. La recuperación, sin embargo, será más lenta de lo esperado, y es probable que no se retorne a los ingresos mensuales superiores a los 50.000 millones hasta finales de 2024, un año más tarde de lo inicialmente esperado.

La expansión del uso de la inteligencia artificial augura la prolongación de ese nuevo ciclo de crecimiento del sector de los semiconductores, pero para ello deberá superar cuellos de botella en su capacidad de producción: el más importante, la existencia de talento.

(*) Emilio García García es asesor de relaciones institucionales en el Instituto de Astrofísica de Canarias

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