Google Gemini generó esta visualización de una instalación de investigación china de última generación, capturando la intensidad de un proyecto moderno de Manhattan centrado en lograr avances nacionales en semiconductores.
El esfuerzo encubierto de China para construir un sistema de litografía ultravioleta extrema (EUV), descrito como un proyecto de Manhattan y aprovechar a los ciudadanos chinos con la experiencia del fabricante clave holandés de EUV ASML, no es interesante porque apareció repentinamente o porque sorprendió a las agencias de inteligencia. Es interesante porque expuso cómo la capacidad industrial se acumula realmente con el tiempo. La litografía EUV se encuentra en el pico de la complejidad de la fabricación de semiconductores. No es una máquina, sino un sistema estrechamente acoplado de láseres, física de plasma, óptica de precisión, sistemas de vacío, software de control, ciencia de materiales y disciplina de fabricación. Alcanzar incluso un prototipo de trabajo parcial como lo ha hecho China requiere miles de ingenieros profundamente capacitados y años de falla iterativa. El logro de China no significa que haya cerrado la brecha con ASML. Significa que la distancia se mide ahora en años, no en décadas.
Los chips avanzados modernos se definen por la cantidad de características pequeñas que son, medidas en nanómetros, y ese número importa porque determina cuántos transistores se pueden empaquetar en un chip, qué tan rápido pueden cambiar y cuánta energía consumen. Los chips descritos como 7 nm, 5 nm, 3 nm, y ahora que se mueven hacia 2 nm no están construidos literalmente con características de exactamente ese tamaño, pero las etiquetas rastrean generaciones sucesivas de dimensiones de transistores de contracción y tolerancias más estrictas. En estas escalas, las técnicas de litografía más antiguas se descomponen. La litografía ultravioleta profunda, que utiliza luz de longitud de onda más larga, ya no puede modelar de manera confiable las mejores características sin recurrir a múltiples exposiciones, soluciones complejas y tasas de defectos crecientes. La litografía ultravioleta extrema utiliza luz de 13,5 nm, extendiendo sustancialmente la resolución alcanzable y reduciendo el patrón múltiple, incluso cuando el tamaño final de la característica permanece limitado por la óptica, el comportamiento de resistencia y la variabilidad del proceso.
La litografía EUV es excepcionalmente difícil de implementar. La luz a 13,5 nm no puede pasar a través de las lentes y, en cambio, debe ser reflejada por espejos multicapa fabricados y alineados con una precisión casi atómica. La propia luz EUV se genera disparando láseres de alta potencia a gotitas de estaño microscópicas para crear plasma. Todo el sistema funciona en alto vacío y exige un control extraordinario de la vibración, la temperatura, la contaminación y el tiempo. Solo el fabricante holandés ASML tuvo éxito, después de años de colaboración con proveedores especializados, una profunda participación de los principales fabricantes de chips y una inversión pública y privada sostenida en Europa y los Estados Unidos.
China esperaba originalmente obtener acceso a los sistemas EUV a través de los mismos canales comerciales que habían suministrado generaciones anteriores de equipos de fabricación de chips. Esa suposición se derrumbó cuando Estados Unidos, bajo la administración Biden, reunió una coalición con aliados clave, incluidos los Países Bajos, Corea del Sur y Japón, para impedir que China obtenga los chips más avanzados y las herramientas necesarias para fabricarlos. La intención era explícita: frenar el progreso de China a la vanguardia de la tecnología de semiconductores al negar el acceso a las máquinas EUV y las capacidades de fabricación relacionadas. Una vez que ese camino se cerró, China se enfrentó a una dura elección. Podría aceptar la exclusión permanente de los nodos más avanzados de la fabricación lógica, o podría intentar recrear uno de los sistemas industriales más complejos jamás construidos. La decisión de perseguir su propia capacidad EUV no se basó en la confianza en el éxito rápido, sino en el reconocimiento de que sin EUV, los chips más avanzados permanecerían estructuralmente fuera de su alcance.
La estructura del esfuerzo chino importa. Este no era un solo laboratorio o una empresa que intentaba replicar un producto occidental. Fue un programa coordinado y multi-institución que recombinó las capacidades ya presentes en los institutos de investigación de China, proveedores industriales y empresas de fabricación, con una instalación de alto secreto en el centro de la misma. El trabajo con láser de alta potencia se combinó con equipos de física de plasma. Los grupos de investigación óptica trabajaron junto con ingenieros de vacío y especialistas en contaminación. La experiencia en sistemas de control extraída de la automatización industrial y la industria aeroespacial se adaptó a los requisitos de estabilidad a escala nanométrica. Nada de esto fue rápido, y nada de eso fue simple.
La fundación bajo este esfuerzo fue el capital humano, y esto fue clave para la capacidad de China para realizar ingeniería inversa de máquinas ASML EUV. En las últimas dos décadas, China ha producido una gran parte de los doctores del mundo en las disciplinas de padres que alimentan la litografía EUV y la fabricación avanzada de chips. La óptica, la fotónica, la ciencia de los materiales, la física del plasma, los sistemas de control y la mecatrónica no son campos de nicho en China. Son tuberías académicas a escala industrial. Muchos de estos doctores fueron entrenados en el país en programas cada vez más competitivos. Muchos otros fueron entrenados en el extranjero en los Estados Unidos, Europa y Japón, luego regresaron o permanecieron conectados a través de redes profesionales. El resultado no es una sola cohorte de expertos, sino una superposición de generaciones de ingenieros capaces de intentar problemas que no tienen una solución clara.
Este contexto explica por qué ASML se convirtió en un reservorio de talento inadvertido que capacita a ciudadanos chinos. ASML no tuvo otra alternativa que contratar a nivel mundial y, por lo tanto, contratar a ciudadanos chinos. La litografía EUV requiere habilidades que existen en pequeños números en todas partes. Los ciudadanos chinos entrenados en universidades de élite fueron parte de ese grupo, al igual que los ingenieros de Europa, los Estados Unidos, Japón y otros lugares, pero en gran número. Esto no fue un fracaso del gobierno corporativo. Fue un reflejo de cómo la escasez de conocimientos circula en un mercado laboral global. Cuando China reunió equipos para trabajar en EUV, no necesitaba miles de personas que habían construido máquinas EUV antes. Necesitaba cientos de personas que entendieran cómo se comportan tales sistemas cuando la teoría se encuentra con la producción.
Una forma útil de fundamentar este debate es analizar la escala de la cartera de talentos que alimenta las habilidades de la era EUV. China y los Estados Unidos otorgan cada uno decenas de miles de títulos de doctorado en campos de ciencia e ingeniería cada año, y China ha superado a los Estados Unidos en el total de doctorados en S & E otorgados alrededor de 2019 y continúan creciendo ese liderazgo; en 2020, China otorgó alrededor de 43,000 doctorados en S & E, mientras que Estados Unidos estaba justo detrás con aproximadamente 42,000, y los datos más recientes sugieren que el total anual de doctorado STEM de China ha continuado aumentando por encima de 50,000.
Otro factor importante es la composición de los oleoductos de educación STEM en los propios Estados Unidos. Los ciudadanos chinos han sido el grupo más grande de estudiantes extranjeros en los programas STEM de posgrado en los Estados Unidos durante muchos años, particularmente en ingeniería, física aplicada, ciencias de los materiales y campos relacionados con el control que se alimentan directamente en la fabricación avanzada de semiconductores. En muchos de los mejores programas de los Estados Unidos, los estudiantes chinos representan una gran parte, y en algunos subcampos la mayoría de los candidatos a doctorado. Estos estudiantes contribuyen sustancialmente a la producción de investigación de los Estados Unidos mientras están inscritos, pero una fracción significativa regresa a China después de la graduación o mantiene lazos profesionales que se extienden más allá de los Estados Unidos. El resultado es un lastre estructural en las estadísticas de doctorado de los Estados Unidos en los campos más relevantes para EUV y fabs de vanguardia. Estados Unidos entrena una gran cantidad de talento global, pero captura una parte más pequeña de él a largo plazo, lo que debilita la acumulación nacional de experiencia en estas especialidades críticas, incluso cuando los números de producción de doctorado parecen fuertes.
Dentro de esos amplios totales, los ciudadanos chinos probablemente representen aproximadamente el 25-40% de la mecatrónica de alimentación de producción de doctorado global reciente y la ingeniería de control, alrededor del 20-35% en la ingeniería relevante y la física aplicada de la fuente EUV, y alrededor del 15-30% en óptica y fotónica de precisión, las tres áreas de especialidad clave requeridas para el avance del equipo de EUV. Cuando se toman en conjunto, estos números implican que muchos miles de doctores nacionales chinos están ingresando al grupo global cada año en estos dominios críticos.
Por el contrario, empresas como ASML emplean del orden de 40,000 a 45,000 personas en todo el mundo, con alrededor de 15,000 a 17,000 ingenieros concentrados principalmente en Europa, seguidos por los Estados Unidos y Asia y solo una pequeña fracción ubicada en China en funciones de servicio y soporte en lugar de la I + D de EUV. El gran volumen de producción doctoral china en las disciplinas relevantes significa que ASML no tuvo más remedio que contratar a ciudadanos chinos entrenados tanto en China como en el extranjero, porque representan una gran parte del grupo de habilidades globales en estas rareas especialidades, e incluso flujos relativamente pequeños de ingenieros experimentados de esa empresa en China se vinculan a una reserva nacional mucho más amplia de talento adyacente y recién entrenado.
Estados Unidos se está acercando a la fabricación de semiconductores desde un punto de partida diferente. La Ley CHIPS desencadenó una ola de construcción fabulosa anunciada y parcialmente ejecutada. Intel, TSMC, Samsung, Micron y otros están construyendo o expandiendo instalaciones en múltiples estados. Esto es un progreso real. Por primera vez en décadas, la capacidad avanzada de fabricación de semiconductores está regresando a suelo estadounidense a escala. Los Estados Unidos también conservan una ventaja decisiva hoy. Puede comprar máquinas EUV de ASML y desplegarlas en fábricas nacionales. Sin embargo, esa ventaja es geopolítica más que estructural.
El acceso a las herramientas de ASML depende de los regímenes de alineación política y control de las exportaciones que se están volviendo más frágiles con el tiempo. Las mismas tensiones geopolíticas que motivaron la Ley CHIPS también crean incertidumbre sobre el acceso a largo plazo a los equipos más avanzados. Incluso si el acceso permanece intacto, las herramientas de compra no resuelven el problema más profundo de operarlas con un alto rendimiento, alto tiempo de actividad y costo competitivo. Los Fabs fracasan o tienen éxito en función de las habilidades acumuladas durante años de producción, no en la fecha de llegada de las cajas de equipos.
Aquí es donde importa la pila de habilidades. La capacidad de fabricación de semiconductores puede entenderse como competencias en capas. En la parte inferior se encuentran las instalaciones, el manejo de productos químicos, los sistemas de vacío, el control de la contaminación, los técnicos y los oficios especializados. Por encima de eso se encuentran la propiedad de los equipos, la ingeniería de tiempo de actividad, el control de procesos y los sistemas de datos de fabricación. En la parte superior están la integración de procesos, el aprendizaje de rendimiento, la óptica de precisión y la integración de litografía avanzada. Cada capa depende de las que están debajo. Cada capa también tiene una curva de aprendizaje diferente.
Para tener una idea de cuáles son las brechas competitivas entre los Estados Unidos y China, calificé aproximadamente en tres dimensiones, con una calificación de una que es peor y cinco es la mejor. La fortaleza actual de los recursos captura la cantidad de experiencia directamente relevante que existe hoy en día. La fuerza de recursos adyacente refleja cuánta capacidad transferible existe en las industrias cercanas. La facilidad de puente o adquisición extranjera refleja la rapidez con que se pueden cerrar las brechas a través de la recapacitación, la contratación o los flujos de talento internacional. Estas clasificaciones no son medidas precisas. Son juicios comparativos destinados a aclarar dónde el tiempo, no el dinero, es la restricción vinculante.
Un gráfico comparativo de los Estados Unidos y China a través de estas capas muestra un patrón consistente. Los Estados Unidos obtienen buenos puntajes en instalaciones, controles, liderazgo de operaciones y habilidades industriales adyacentes. Tiene una profunda experiencia en sistemas aeroespaciales, químicos, energéticos, de automatización y de alta confiabilidad. Donde puntúa mal está en la parte superior de la pila. La integración de procesos de vanguardia, el aprendizaje del rendimiento en los nodos más avanzados y la integración de la litografía de la era EUV son escasas porque Estados Unidos no ha ejecutado un gran número de fábricas de vanguardia continuamente en la última década.
El perfil de China es diferente. Su fuerza actual en la parte superior de la pila sigue siendo limitada, pero su fuerza adyacente es más amplia y su capacidad para dotar de personal, escalar e iterar es más fuerte en la mayoría de las capas. Se ejecutan muchas fabs en nodos maduros y de gama media. Opera ecosistemas masivos de fabricación de productos electrónicos. Sus ingenieros están acostumbrados a la producción de gran volumen, la iteración rápida y las curvas de aprendizaje largas. Las brechas restantes son estrechas pero difíciles. La óptica EUV de precisión, la integración completa del sistema y el aprendizaje del rendimiento de la vanguardia siguen siendo limitaciones. También son las mismas limitaciones que los controles de exportación están diseñados para proteger.
La dificultad de cerrar estas brechas no debe subestimarse para ninguno de los dos países. No se puede entrenar a un ingeniero de rendimiento en seis meses. No se puede simular años de experiencia en recuperación de tiempo de actividad. Estas habilidades surgen de la exposición repetida al fracaso bajo presión de producción. Estados Unidos se enfrenta a este desafío al tiempo que toma decisiones políticas que reducen la movilidad laboral. Los ataques contra trabajadores extranjeros calificados, regímenes de visas más estrictos y un ambiente más hostil para los inmigrantes afectan directamente la capacidad de contar con personal con personal experimentado. Esa fricción se agrava con el tiempo.
China enfrenta riesgos diferentes. Su esfuerzo EUV muestra persistencia, pero la persistencia no garantiza el éxito. La óptica de precisión en las tolerancias EUV sigue siendo uno de los desafíos de fabricación más difíciles del mundo. Los fallos de integración pueden detener el progreso durante años. Sin embargo, la trayectoria de China es más importante que su posición actual. Está convirtiendo sistemáticamente la fuerza industrial adyacente en capacidad de semiconductores, mientras que Estados Unidos está tratando de reconstruir la capacidad que se atrofiaba cuando la fabricación se trasladaba en alta mar.
La carrera de semiconductores no se trata de quién anuncia más fabs o quién subvenciona más capital. Se trata de quién puede acumular y retener el tejido cicatricial necesario para ejecutar los sistemas de fabricación más complejos del mundo. Los Estados Unidos tienen ventajas hoy en día, especialmente el acceso a ASML y una sólida base de habilidades adyacentes. China, sin embargo, tiene una mayor probabilidad de construir un sistema de fabricación de chips totalmente nacional y de alto rendimiento con el tiempo porque está cerrando sus brechas más difíciles mientras mantiene la profundidad en todas partes. El resultado se decidirá durante décadas, no durante los ciclos electorales, y será moldeado más por la gente que por las máquinas.
No hay comentarios:
Publicar un comentario