Las máquinas usadas para fabricar los semiconductores más avanzados del mundo son milagros de la ingeniería moderna. Conocidas como sistemas de litografía ultravioleta extrema, o para abreviar EUV, bañan las obleas de silicio con ondas de luz invisibles para el ojo humano, imprimiendo patrones en la superficie de la oblea que deben ser exactos dentro de unos pocos nanómetros. Para crear la luz, las EUV disparan estaño fundido con láser y luego usan espejos para enfocar el destello en longitudes de onda más delgadas. Solamente una empresa en el mundo, la neerlandesa ASML Holding NV, fabrica sistemas del tamaño de un autobús, que cuestan más de 150 millones de dólares (mdd) y constan de 100 mil componentes individuales.
Los equipos de EUV también son un excelente ejemplo de cómo el afán por fabricar semiconductores más pequeños, más potentes y más eficientes energéticamente está conduciendo a procesos de fabricación que son más complicados y consumen mucha energía. Cada máquina consume alrededor de un megavatio de electricidad, unas diez veces más que los equipos de generaciones anteriores. Sin otra alternativa disponible para fabricar los semiconductores más avanzados, la industria de los chips puede ser un freno importante para los esfuerzos de reducir las emisiones globales de carbono.
Nadie ha comprado más equipos EUV que Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC), el mayor proveedor mundial de chips por subcontratación. Actualmente posee más de 80 y está en vías de instalar nuevas máquinas como parte de una planta de semiconductores de 20 mil mdd en Tainan, en el suroeste de Taiwán. Debido a la gran cantidad de energía necesaria para hacer funcionar las EUV, se espera que TSMC consuma pronto más energía que Sri Lanka con sus 21 millones de habitantes. En 2020, la empresa representó alrededor del 6 por ciento del consumo total de energía de Taiwán, para 2025 se espera que consuma el 12.5 por ciento.
Aparte de TSMC, Micron Technology Inc., un importante productor de chips de memoria, planea usar al menos una EUV en su planta en Taichung, a unas dos horas en coche al sur de Taipéi, la capital taiwanesa. Dentro de tres años, una cuarta parte de toda la producción de chips en las fábricas de Taiwán necesitará máquinas EUV para funcionar, según el analista Charles Shum de Bloomberg Intelligence.
Liang Chi-yuan, profesor de administración en la Universidad Nacional Central en la ciudad de Taoyuan, dice que Taiwán no tendrá suficiente capacidad eléctrica para satisfacer las necesidades de su industria de semiconductores a menos que los fabricantes comiencen a construir sus propias centrales eléctricas. Es probable que en algún momento de este año la reserva operativa de la isla (una capacidad adicional que tiene para hacer frente a picos imprevistos en la demanda o interrupciones en el suministro) caiga por debajo del umbral del 10 por ciento que el gobierno considera un suministro “adecuado”, añade Liang.
Los fabricantes de chips son vitales para la economía taiwanesa, y las consecuencias de una mayor competencia por la electricidad podrían sentirse con más intensidad en otros ramos. “Seguramente veremos escasez de energía”, comenta Tracy Cheng, activista de Greenpeace. “TSMC absorberá la mayor parte del suministro de energía de Taiwán y eso perjudicará a otros sectores”.
Un factor crucial en el impacto ambiental de TSMC es el origen de toda esa energía. “En lugares donde las fábricas de chips operan equipos que consumen tanta energía, la energía renovable se vuelve especialmente esencial y urgente”, señala Lars-Ake Ragnarsson, jefe del programa de sostenibilidad en el centro de investigación Imec. Sin embargo, Taiwán depende de los combustibles fósiles. En 2016, el Gobierno estableció el objetivo de que el 20 por ciento de la electricidad proviniera de fuentes renovables para 2025, a través de un ambicioso impulso a la energía solar y eólica. Pero sus últimos datos, publicados en julio, revelaron que solo el 6 por ciento de su energía procede de fuentes renovables, lo que llevó a las autoridades a reducir su meta al 15 por ciento.
Corea del Sur, hogar del gigante de los chips Samsung Electronics Co., enfrenta un desafío similar. Samsung opera seis fábricas de semiconductores en el país y representó el 3 por ciento del consumo total de energía en 2021. Como busca competir más directamente con TSMC fabricando chips para clientes externos, Samsung pretende ampliar su propio uso de EUV. La compañía tiene menos máquinas que TSMC, aunque no divulga cuántas. A principios de junio, el vicepresidente de Samsung, Jay Lee, viajó a los Países Bajos para cerrar nuevos acuerdos con ASML.
Más del 60 por ciento de la electricidad de Corea del Sur todavía proviene de la quema de carbón y gas natural. La meta del país es reducir, para 2030, las emisiones de carbono en un 40 por ciento desde su nivel de 2018. Tal esfuerzo requeriría aumentar el porcentaje de energía que proviene de fuentes renovables a muy por encima del 30 por ciento para 2030, frente al 7.5 en 2021.
Intel Corp., el principal fabricante estadounidense de chips, reporta mejores resultados que sus pares asiáticos en energía renovable, en parte porque tiene acceso a energía verde en sus instalaciones en Arizona, Nuevo México y Oregón. La compañía obtuvo el 80 por ciento de su electricidad de fuentes renovables en 2021, frente al 71 por ciento del año anterior. Pero su consumo total de electricidad también está aumentando significativamente debido a las nuevas técnicas de fabricación.
Los gobiernos del mundo que manifiestan la intención de reducir las emisiones de carbono, por otro lado, también están ansiosos por desarrollar la capacidad de fabricación de semiconductores en sus propios territorios para defenderse de los choques en la cadena de suministro y las disrupciones geopolíticas. Estados Unidos, por ejemplo, aprobó recientemente un plan de 52 mil mdd para impulsar la producción de chips dentro de sus fronteras, y la Ley Europea de Chips incluye 49 mil mdd en inversiones para estimular la industria dentro de la Unión Europea. El impacto ambiental no parece haber sido una consideración importante en ninguna de esas jurisdicciones. “Aunque se deben cumplir condiciones para que las empresas reciban fondos, ninguna de esas leyes ha especificado objetivos relacionados con el clima”, afirma David Kang, jefe de investigación de Japón y Corea del Sur en BloombergNEF.
ASML está experimentando una demanda sin precedentes. El analista de Bloomberg Intelligence Masahiro Wakasugi estima que la compañía podría observar un aumento de más del 30 por ciento en ventas anuales en 2023, unos 26 mil mdd, a pesar de la presión de Estados Unidos para que deje de abastecer equipo a China, incluso el que se usa para fabricar chips menos avanzados. El director financiero de ASML, Roger Dassen, dijo en abril que analizaban la posibilidad de incrementar la producción a 90 unidades EUV en 2025, desde un objetivo original de 70.
Encontrar formas de fabricar chips de manera más sostenible para el medio ambiente es posible, pero hay pocas ganas de frenar la expansión de la industria. “El ritmo y el tiempo se están agotando en general. Hay tantas cosas que tenemos que resolver, y se necesita tiempo y dinero para hacerlo”, dice Ragnarsson de Imec. “Nuestra industria está creciendo vertiginosamente. Nuestro problema empeorará si no hacemos nada”.
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