Durante más de 50 años, los diseñadores de chips de computadora utilizaron principalmente una táctica para aumentar el rendimiento: encogieron los componentes electrónicos para incluir más energía en cada pieza de silicio.

Luego, hace más de una década, los ingenieros del fabricante de chips Advanced Micro Devices comenzaron a jugar con una idea radical. En lugar de diseñar un gran microprocesador con una gran cantidad de pequeños transistores, se propusieron crear uno a partir de chips más pequeños que se empaquetarían estrechamente para funcionar como un solo cerebro electrónico.

El concepto, a veces llamado chiplets, se ha popularizado ampliamente, con AMD, Apple, Amazon, Tesla, IBM e Intel presentando dichos productos. Los chips están ganando popularidad rápidamente porque los chips más pequeños son más baratos de fabricar, mientras que los paquetes de ellos pueden superar el rendimiento del silicio individual.

La estrategia, basada en tecnología de empaque avanzada, se ha convertido desde entonces en una herramienta importante para permitir avances en semiconductores. Y representa uno de los mayores cambios en años para una industria que está impulsando la innovación en áreas como la inteligencia artificial, los automóviles autónomos y el hardware militar.

“El empaque es donde va a estar la acción”, dijo Subramanian Iyer, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UCLA que ayudó a ser pionero en el concepto de chiplet. “Está sucediendo porque realmente no hay otra manera”.

El problema es que ese empaque, así como la fabricación de los propios chips, está abrumadoramente dominado por empresas de Asia. Aunque Estados Unidos representa alrededor del 12 por ciento de la producción mundial de semiconductores, las empresas estadounidenses proporcionan solo el 3 por ciento del empaque de chips, según la IPC, una asociación comercial.

Este tema ahora ha colocado a los chiplets en el centro de la política industrial de EE.UU. La Ley CHIPS, un paquete de subsidios de 52.000 millones de dólares aprobado el verano pasado, se considera una medida del presidente Biden para revivir la fabricación nacional de chips proporcionando dinero para construir fábricas más sofisticadas, llamadas “fábricas”. Pero parte de esto también tenía como objetivo impulsar a las modernas fábricas de empaque en los Estados Unidos para capturar más de este proceso básico.

“A medida que los chips se hacen más pequeños, la forma en que se apilan, que es el empaque, es cada vez más importante, y debemos hacer eso en Estados Unidos”, dijo la secretaria de Comercio, Gina Raimondo, en un discurso en la Universidad de Georgetown en febrero.

El Departamento de Comercio ahora está aceptando solicitudes para los subsidios de fabricación de la Ley CHIPS, incluidas las fábricas de empaque de chips. También asigna fondos para un programa de investigación específicamente para envases avanzados.

Algunas empresas de empaquetado de chips se están moviendo rápidamente para obtener financiación. Uno es Integra Technologies en Wichita, Kansas, que ha anunciado planes para una expansión de $1.8 mil millones allí, pero dijo que eso depende de recibir subvenciones federales. Amkor Technology, un servicio de empaque con sede en Arizona que tiene la mayoría de sus operaciones en Asia, también dijo que está hablando con clientes y funcionarios gubernamentales sobre la presencia de fabricación en los EE. UU.

Empacar chips juntos no es un concepto nuevo, y los chiplets son solo la última versión de esa idea, utilizando avances tecnológicos que ayudan a empaquetar chips más juntos, uno al lado del otro o apilados uno encima del otro, junto con conexiones eléctricas más rápidas entre ellos.

“Lo que es único acerca de los chips es la forma en que están conectados eléctricamente”, dijo Richard Otte, director ejecutivo de Promex Industries, un servicio de empaquetado de chips en Santa Clara, California.

Los chips no pueden hacer nada sin una forma de conectarlos a otros componentes, lo que significa que deben colocarse en algún tipo de paquete que pueda transportar señales eléctricas. Este proceso comienza después de que las fábricas completan la fase inicial de producción, que puede crear cientos de chips en una oblea de silicio. Después de que esta almohadilla se corta en pedazos, los chips individuales generalmente se unen a una capa subyacente clave llamada sustrato que puede conducir señales eléctricas.

Luego, esta combinación se cubre con un plástico protector, formando un paquete que se puede incorporar a una placa de circuito que es esencial para conectar a otros componentes del sistema.

Estos procesos originalmente requerían mucho trabajo manual, lo que llevó a las empresas de Silicon Valley a trasladar los envases a países asiáticos con salarios más bajos hace más de 50 años. La mayoría de los chips generalmente se envían a oficinas de empaque en países como Taiwán, Malasia, Corea del Sur y China.

Desde entonces, los avances en el empaquetado han cobrado importancia debido a los rendimientos decrecientes de la Ley de Moore, la forma abreviada de miniaturización de chips que durante décadas impulsó el progreso en Silicon Valley. Lleva el nombre de Gordon Moore, cofundador de Intel, cuyo artículo de 1965 describió la rapidez con que las empresas duplicaron la cantidad de transistores en un chip típico, mejorando el rendimiento a un costo menor.

Pero en estos días, los transistores más pequeños no son necesariamente más baratos, en parte porque la fabricación de chips líderes puede costar entre $ 10 mil millones y $ 20 mil millones. Los chips grandes y complejos también son costosos de diseñar y tienden a tener más defectos de fabricación, incluso cuando las empresas en campos como la IA generativa quieren más transistores de los que actualmente se pueden empaquetar en las máquinas de fabricación de chips más grandes que permiten.

“La respuesta natural a esto es poner más cosas en un paquete”, dijo Anirudh Devgan, CEO de Cadence Design Systems, cuyo software se usa para diseñar chips convencionales y productos estilo chiplet.

Synopsys, un rival, dijo que estaba rastreando más de 140 proyectos de clientes basados ​​en empaquetar varios chips juntos. Hasta el 80 por ciento de los microprocesadores utilizarán diseños estilo chiplet para 2027, según la firma de investigación de mercado Yole Group.

Hoy en día, las empresas suelen diseñar todos los chiplets en un paquete junto con tecnología de interconexión patentada. Pero los grupos de la industria están trabajando en estándares técnicos para que las empresas puedan ensamblar más fácilmente productos a partir de chips que provienen de diferentes fabricantes.

La nueva tecnología se usa principalmente ahora para obtener resultados extremos. Intel presentó recientemente un procesador llamado Ponte Vecchio con 47 chips que se utilizará en una poderosa supercomputadora en el Laboratorio Nacional de Argonne, que está cerca de Chicago.

En enero, AMD reveló planes para un producto inusual, el MI300, que combina chips para computación estándar con otros diseñados para gráficos de computadora, junto con una gran variedad de chips de memoria. Ese procesador, diseñado para impulsar otra supercomputadora avanzada en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, tiene 146 mil millones de transistores, en comparación con las decenas de miles de millones de los chips convencionales más avanzados.

Sam Nafziger, vicepresidente senior de AMD, dijo que no era fraudulento que la empresa apostara su negocio de chips para servidores por los chipsets. La complejidad del empaque fue un gran obstáculo, dijo, que finalmente se superó con la ayuda de un socio no revelado.

Pero los chips valieron la pena para AMD. La empresa ha vendido más de 12 millones de chips basados ​​en la idea desde 2017, según Mercury Research, y se ha convertido en un jugador importante en los microprocesadores que alimentan la red.

Los servicios de empaquetado aún necesitan que otros suministren los sustratos que los chips requieren para conectarse a las placas de circuitos y entre sí. Una empresa que impulsa el auge de los chiplets es Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, que ya fabrica chips para AMD y cientos de otros y ofrece un sustrato avanzado basado en silicio llamado intercalador.

Intel está desarrollando una tecnología similar y está mejorando los sustratos de plástico convencionales menos costosos en un enfoque favorecido por algunos, como la empresa emergente de Silicon Valley, Eliyan. Intel también está desarrollando nuevos prototipos de empaque bajo un programa del Pentágono y espera obtener el apoyo de la Ley CHIP para una nueva planta piloto de empaque.

Pero Estados Unidos no tiene grandes productores de estos sustratos, que se producen principalmente en Asia y evolucionaron a partir de las tecnologías utilizadas en la fabricación de placas de circuito impreso. Muchas empresas estadounidenses también abandonaron el negocio, otra preocupación que los grupos de la industria esperan que estimule la financiación federal para ayudar a los proveedores de tableros a comenzar a fabricar sustratos.

En marzo, el Sr. Biden dictaminó que los empaques avanzados y la fabricación de placas de circuitos domésticos eran esenciales para la seguridad nacional y anunció $50 millones en fondos de la Ley de Producción de Defensa para empresas estadounidenses y canadienses en esas áreas.

Incluso con tales subsidios, reunir todas las piezas necesarias para reducir la dependencia de EE. UU. de las empresas asiáticas “es un gran desafío”, dijo Andreas Olofsson, quien dirigió la investigación del Departamento de Defensa en el área antes de fundar una empresa emergente de empaques, llamada Zero ASIC. “No tienes proveedores. No tienes mano de obra. No tienes equipo. Hay que empezar de cero”.

ana swanson reportaje contribuido.