Quien diga que no lo barruntaba, miente o estaba desinformado: durante seis años, Huawei ha desarrollado un método propio para hacer chips diminutos, equivalentes en principio a los más avanzados de TSMC, Intel y Samsung, sin depender del software estadounidense de diseño ni de las líneas de producción ultravioleta extrema (EUV) de la holandesa ASML, que le están vedadas por voluntad de Washington. Se trata de construir los chips en altura a base de sumar capas interconectadas vertical y horizontalmente, sistema que podría ser un revulsivo para que la industria prosiga con la miniaturización de los chips durante la próxima década, a la vez que una respuesta china a las sanciones de Donald Trump.
Pero antes, la compañía china tendrá que pasar de la teoría a la práctica, y demostrar que el método funciona en los procesadores Kirin 9050, que prevé introducir en sus smartphones de finales de este año aplicando el nuevo método de fabricación. El anuncio se hizo en la conferencia internacional de más prestigio científico entre los especialistas en semiconductores, el IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) celebrada en mayo en Shanghai. Huawei confió esa misión a la ingeniera eléctrica He Tingbo, quien encabeza el comité científico de la compañía [cuando presidió la filial HiSilicon, se hacía llamar Teresa He].
Tanto el escenario elegido como la reputación de He Tingbo dejan suponer que la compañía tiene certeza de que puede llegar a su objetivo e impactar en la industria de semiconductores. Tanto que ha empezado a hablarse – en un contexto diferente – de “DeepSeek moment”, alusión al modelo de código abierto con el que China se atrevió en enero se atrevió a cuestionar el aparente liderazgo estadounidense en IA . No se trata de un futurible – como suele pasar en estas conferencias tecnológicas – sino que debería empezar a apreciarse el próximo otoño.
En esencia, el nuevo método se basa en hacer chips de dos dimensiones con transistores de un tamaño respetable (de hasta 14 nanómetros físicos) usando la tecnología ultravioleta profunda de la que China dispone de antes del veto estadounidense. La clave estaría en fabricar varios chips idénticos y apilarlos uno encima de otro, al tiempo que se conectan los circuitos formando un conjunto tridimensional. En la actualidad, las memorias de gran capacidad ya se fabrican con capas superpuestas, pero con circuitos repetitivos. En el sistema que propone Huawei, cada capa puede llevar un circuito de gran complejidad y con interconexiones hacia arriba y hacia abajo.
La dificultad de un sistema de circuitos tridimensional no está en fabricar cada uno de los pisos, sino en que cada piso sea exactamente igual al resto y las alineaciones de las conexiones coincidan. Con un buen diseño, se puede minimizar el recorrido los electrones y el tiempo que tardan en ir de un sitio para otro, y así conseguir unas prestaciones más altas, porque también se logra reducir la resistencia y la capacitancia (la energía que acumula un condensador). Según los cálculos presentados por He, con un diseño específico de circuitos 3D se puede alcanzar un aumento del 55% en la densidad de transistores y el 41% de mejora de eficiencia energética si se compara con los diseños 2D tradicionales.
“Seis años atrás – explicó la ponente en la conferencia de Shanghai – la miniaturización geométrica había alcanzado una meseta [por lo que] empezamos a reconsiderar la ley de Moore y la naturaleza de los sistemas electrónicos hasta que comprendimos que la evolución de los semiconductores no residía solamente en la miniaturización geométrica sino que, de hecho, esta aporta ventajas en la dimensión temporal. Por ejemplo: transistores más rápidos dan más velocidad de respuesta de los circuitos, frecuencias más altas, y así de seguido”
He Tingbo ha bautizado este esquema como ley de escalado Tau (τ en minúscula, en alfabeto griego, designa en electrónica la constante de tiempo) que se complementa con la arquitectura 3D llamada LogicFolding. Huawei consigue trasladar la complejidad de construir un circuito 2D extraordinariamente denso a la interconexión tridimensional de varios circuitos relativamente menos densos (y por tanto más sencillos de construir). Conforme se logre depurar y mejorar este sistema, se podrá densificar conjuntos tridimensionales sin la espada de Damocles del método tradicional que está llegan a sus límites físicos.
El problema no está sólo en conseguir un conjunto sin defectos sino disipar el calor generado. En un chip 2D, espaciando adecuadamente los puntos críticos que generan más calor, se puede disipar el aumento de temperatura. Pero, con calor generándose por arriba y por abajo, aumenta la complejidad del diseño para que evitar que el conjunto no se funda. La primera prueba de fuego se verá con un chip Kirin fabricado tridimensionalmente y que Huawei prevé introducir en un nuevo smartphone antes de finales de año. Si lograse evacuar el calor generado internamente y que el conjunto funcione aceptablemente, habrá dado un paso duradero hacia su autonomía tecnológica.
Es pronto para hablar de costes, pero tampoco es una cuestión primordial. Probablemente, la primera generación de los Kirin tridimensionales será inevitablemente cara, pero si el invento funcionara (y el número de chips no defectuosos fuera aceptable) ya habrá ocasión de abaratarla. Lo que se busca no es un objetivo circunstancial sino superar duraderamente la restricción de los límites físicos para acercar los transistores, hacerlos chips más densos y mejorar sus prestaciones. Para Huawei – y para el gobierno chino – es una meta irrenunciable .
El argumento subyacente es que la ley de Moore (y la complementaria ley Dennard, que Intel nunca ha jaleado) se han combinado durante décadas para reducir costes y aumentar prestaciones, lo que ha permitido fabricar transistores extremadamente diminutos y chips más densos. Es un hecho que en la próxima década no se podrá seguir reduciendo el tamaño de los chips (y de los transistores, el interruptor básico que hace funcionar todos los semiconductores), al toparse con las leyes de la física a nivel subatómico. ¿Se podrá continuar el escalado de los chips unos tres o cinco años más? Sí, hasta el 2031 o poco más, con una densidad de 1,4 nanómetros (equivalentes a 14 Argstrom), pero ya muy cerca del límite absoluto con los actuales procesos de fabricación.
Hace una década que los fabricantes líderes utilizan sistemas altamente sofisticados para posponer urgencias. En estos momentos, TSMC, que pasa por ser el fabricante de chips más sofisticado, tiene su tecnología N3C (el equivalente a 3 nanómetros) muy evolucionada tanto en capacidad de producción como en su coste; además, tiene muy avanzada la N2P (de 2 nanómetros), al igual que Intel y Samsung. Confía TSMC en que en 2031 podrá fabricar chips con diseño equivalente a 1,4 nanómetros, con transistores tan juntos que difícilmente los electrones podrán trasladarse de un sitio para otro sin descarrilar. Pero, cuando se le pregunta sobre sus hojas de ruta más allá de ese horizonte, la industria se calla.
Huawei ha tenido que entrar en esta batalla no buscada desde que, hacia el final de su primer mandato, Donald Trump prohibió la exportación a China del software de diseño (EDA), cuya propiedad intelectual controla Estados Unidos. Al mismo tiempo, presionaba al fabricante holandés ASML para que no vendiera a China su maquinaria más moderna de litografía ultravioleta (y ASML accedió). Por cierto, esta política restrictiva del primer Trump no se alteró – salvo en maneras más educadas – durante los cuatro años de la presidencia Biden.
El plan expuesto por He prevé que en 2031 haya conjuntos de chips 3D con prestaciones equivalentes a las de 1,4 nanómetros que TSMC espera tener lista para esa fecha. Huawei ya cuenta – dijo su estratega científica – con más de 150 diseños de circuitos distintos para el nuevo método..
Para Estados Unidos, el anuncio es inquietante, porque pone de manifiesto el posible fracaso de su política de sanciones. La primera presidencia de Donald Trump diseñó una línea de acción para evitar que Huawei – o cualquier otra empresa china – pudiera acceder a la tecnología, entonces bidimensional. Si Huawei lograse hacer chips 3D competitivos, este capítulo de la confrontación entre las dos potencias – que de esto se trata – podría escribirse con tono muy distinto dentro de cinco años.
¿Hablarán de esto Donald Trump y Xi Jinping en su próximo encuentro? Es más que improbable, pero la autosuficiencia de Huawei será, puede suponerse, entre los asuntos que tendrá presentes la delegación que acompañe al líder chino.
[informe de Lluís Alonso]