Los chips de IA, la oportunidad para el desafío de Samsung a TSMC
La firma coreana es más fuerte en la fabricación de semiconductores de memoria
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.
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 44.000 millones de dólares 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 funcionario, asesor en el Instituto de Astrofísica de Canarias
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