La IA ha devuelto la fabricación de chips al corazón de la tecnología informática

Resumido del The Economist del 16 de Septiembre de 2024

Hace un siglo, el 391 de San Antonio Road en Mountain View, California, era el sitio de un almacén de empaquetado dedamascos. Hoy es solo uno de los muchos bloques de oficinas de poca altura en carreteras transitadas que albergan a las nuevas empresas tecnológicas de Silicon Valley y a los aspirantes a multimillonarios. Sin embargo, frente a él, se encuentran tres esculturas grandes y peculiares, formas de dos y tres patas que recuerdan a las torres de agua. Son versiones gigantes de dos diodos y un transistor, componentes de circuitos electrónicos. En 1956, el 391 de San Antonio Road se convirtió en la sede del Laboratorio de Semiconductores Shockley, una empresa emergente dedicada a la idea de fabricar dichos componentes completamente de silicio. Es la cuna de Silicon Valley. La firma, fundada por William Shockley, coinventor del transistor, fue un fracaso comercial. La adopción del silicio no fue un fenómeno. En 1957, ocho de los empleados de Shockley, a los que él apodó los “ocho traidores”, desertaron para fundar Fairchild Semiconductor a menos de dos kilómetros de distancia. Entre ellos se encontraban Gordon Moore y Robert Noyce, futuros cofundadores de Intel, un gigante de la fabricación de chips, y Eugene Kleiner, cofundador de Kleiner Perkins, una innovadora firma de capital de riesgo. La mayoría de las históricas empresas tecnológicas de Silicon Valley pueden rastrear sus orígenes, directa o indirectamente, hasta aquellos primeros empleados de Fairchild. Antes de que se inventaran los componentes semiconductores, los ordenadores eran máquinas del tamaño de una habitación que utilizaban tubos de vacío frágiles y delicados. Los semiconductores, materiales sólidos en los que se puede controlar el flujo de corriente eléctrica, ofrecían componentes más resistentes, más versátiles y más pequeños. Y cuando esos componentes se fabricaron principalmente con silicio, se hizo posible fabricar una gran cantidad de ellos en una sola pieza del material. Los pequeños transistores, diodos y similares en “chips” de silicio podrían conectarse entre sí para formar “circuitos integrados” diseñados para almacenar o procesar datos.

En 1965, Moore, cuando todavía estaba en Fairchild, observó que la cantidad de transistores que se podían colocar en un circuito integrado a un costo determinado se duplicaba cada año (más tarde relajó el tiempo de duplicación a cada dos años). Su observación, codificada como la “ley de Moore”, tuvo importancia. Los chips producidos en 1971 tenían 200 transistores por milímetro cuadrado. En 2023, el MI 300, un procesador construido por AMDhttps://www.amd.com/en/products/accelerators/instinct/mi300.html , una empresa estadounidense de semiconductores metió 150 millones de transistores en la misma área. Cuanto más pequeños eran los transistores, más rápido podían encenderse y apagarse. Los componentes del MI300 son miles de veces más rápidos que sus predecesores hace 50 años.

Todos los grandes avances en informática, desde las computadoras personales e Internet hasta los teléfonos inteligentes y la inteligencia artificial (ia), pueden atribuirse a transistores cada vez más pequeños, más rápidos y más asequibles. El progreso del transistor ha impulsado el progreso de la tecnología.
Durante un tiempo, la centralidad tecnológica de los chips de silicio se vio reflejada en la importancia de las empresas que los fabricaban. En la década de 1970, IBM, que fabricaba los chips, las computadoras que los usaban y el software que se ejecutaba en ellos, era un gigante incomparable.
En la década de 1980, Microsoft demostró que una empresa que vendía solo software podía ser aún más atractiva.
Pero Intel, que fabricaba los chips en los que se ejecutaba el software de Microsoft, era una fuerza enorme por derecho propio. Antes de la crisis de las puntocom de 2000, Intel era la sexta empresa más grande del mundo por capitalización de mercado. Sin embargo, después de la crisis, los servicios de la “Web 2.0” ofrecidos por empresas como Google y Meta pasaron a ser el centro de atención, y los semiconductores sobre los que se construían sus plataformas se convirtieron cada vez más en productos básicos.
Para describir la dinámica subyacente al crecimiento de las grandes tecnológicas, fue el software, no el silicio, al que Marc Andreessen, un capitalista de riesgo, atribuyó en 2011 el “devorar el mundo”. El auge de la inteligencia artificial ha cambiado eso; Su progreso depende de una inmensa potencia computacional. Antes de 2010, la cantidad de computación necesaria para entrenar a los sistemas de IA líderes creció aproximadamente en línea con la ley de Moore, duplicándose cada 20 meses. Desde entonces, se ha duplicado cada seis meses .
Eso significa que hay una demanda cada vez mayor de chips cada vez más potentes. Nvidia, una empresa estadounidense que se especializa en chips de un tipo particularmente adecuado para las necesidades de las grandes empresas, ha lanzado una nueva era en el campo de la inteligencia artificial. Los modelos de lenguaje (LLM) que dominan la IA son ahora la tercera empresa más valiosa del mundo. Desde finales de 2023, el índiceMSCI de empresas de fabricación de chips ha superado a su índice de empresas de software por un amplio margen por primera vez en más de una década (ver gráfico 2).

A medida que la IA vuelve a hacer importante la fabricación de chips, las empresas con ambiciones en materia de IA se están sumando al juego. El motor no es solo el entrenamiento, sino el uso posterior (también llamado “inferencia”).
Responder consultas con LLM, aunque no es tan exigente como entrenarlos en primer lugar, sigue siendo una gran tarea computacional, y una que debe realizarse miles de millones de veces al día. Debido a que los circuitos a medida pueden hacer esto de manera más eficiente que los de uso general que venden la mayoría de los proveedores de semiconductores, algunas empresas que utilizan LLM están optando por diseñar chips solo para este propósito. Apple, Amazon, Microsoft y Meta han invertido en la construcción de sus propios chips de IA personalizados;
Hay más procesadores diseñados por Google y utilizados en centros de datos que por cualquier otra empresa, salvo Nvidia e Intel. Siete de las diez empresas más valiosas del mundo se dedican ahora al negocio de la fabricación de chips.
La sofisticación de un chip depende sobre todo de lo pequeñas que sean sus características; actualmente, la vanguardia se define como aquella que tiene medidas de “nodo de proceso” de menos de siete milmillonésimas de metro (siete nanómetros o 7 nm;
. Ahí es donde se centra la acción de la IA.
Pero más del 90% de la capacidad de fabricación de semiconductores funciona con nodos de proceso de 7 nm o más. Estos chips son menos desafiantes tecnológicamente, pero están más extendidos y se encuentran en todo, desde televisores y refrigeradores hasta automóviles y máquinas herramienta.
En 2021, en el apogeo de la pandemia de covid-19, una grave escasez de dichos chips interrumpió la producción en varias industrias, incluidas la electrónica y los automóviles. La búsqueda de la eficiencia por parte de la industria la ha distribuido globalmente, con diferentes regiones especializadas en diferentes partes de la cadena: el diseño de chips en Estados Unidos; los equipos para fabricar chips en Europa y Japón; las fábricas donde se utilizan esos equipos en Taiwán y Corea del Sur; el empaquetado de los chips y su ensamblaje en dispositivos en China y Malasia.
Cuando la pandemia interrumpió estas cadenas de suministro, los gobiernos tomaron nota. En agosto de 2022, el gobierno estadounidense ofreció un paquete de subsidios y créditos fiscales de 50.000 millones de dólares para atraer la fabricación de chips de vuelta a Estados Unidos. Otras regiones han seguido su ejemplo, y la UE, Japón y Corea del Sur han prometido casi 94.000 millones de dólares en dádivas.
Las cosas se han complicado aún más por los intentos de Estados Unidos de cortar el acceso de China a los chips de vanguardia y las herramientas con las que se fabrican mediante prohibiciones de exportación. China ha respondido a esas prohibiciones restringiendo las exportaciones de dos materiales vitales para la fabricación de chips.
Pero las mayores preocupaciones de los fabricantes de chips no son la política industrial ni las rivalidades nacionales. Son tecnológicas.
Durante cinco décadas, la reducción del tamaño de los transistores mejoró el rendimiento sin aumentar el consumo de energía. Ahora que los chips se vuelven más densos y los modelos de inteligencia artificial más grandes, el uso de energía se dispara. Para mantener las ganancias exponenciales en el rendimiento, los fabricantes de chips necesitan nuevas ideas. Algunas, como una integración más estrecha entre hardware y software, son incrementales. Otras son radicales: repensar el silicio o abandonar el procesamiento digital en favor de otras técnicas.

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