Los semiconductores constituyen la base y el motor del rápido desarrollo de la industria de la tecnología de la información actual. Han alcanzado una amplia penetración e integración en diversos ámbitos del desarrollo económico y social. Su nivel tecnológico y escala de desarrollo se han convertido en indicadores clave para medir la competitividad industrial y la fortaleza nacional integral de un país.

En 2020, debido al impacto de la pandemia de COVID-19, la economía mundial experimentó una recesión, pero el mercado global de semiconductores logró un crecimiento contrario a la tendencia, impulsado por necesidades como el teletrabajo, el aprendizaje a distancia y las reuniones virtuales. En 2020, el mercado global de semiconductores alcanzó los 440 mil millones de dólares estadounidenses, un aumento interanual del 6.8 %. Los productos semiconductores, representados por chips de memoria y de propósito especial, comenzaron a experimentar un auge. La demanda del mercado chino de circuitos integrados se mantuvo sólida, con ventas anuales que alcanzaron los 1,633.97 mil millones de yuanes, un incremento interanual del 8.26 %. Se espera que el tamaño del mercado siga creciendo en 2021.

Un modelo de desarrollo “en espiral ascendente”

El desarrollo del mercado global de semiconductores muestra un modelo de "crecimiento en espiral" y experimentará una recuperación aún más fuerte tras una desaceleración o retroceso. En el año 2000, el estallido de la burbuja de Internet provocó que la industria de semiconductores atravesara un período de ajuste de dos años. Posteriormente, con la acumulación de energía y la introducción de obleas de silicio de 12 pulgadas, el mercado de semiconductores se desarrolló rápidamente. El estallido de la crisis financiera mundial en el cuarto trimestre de 2008 provocó que el mercado de semiconductores entrara en un breve período de ajuste.

Desde 2010, el auge de los dispositivos móviles como el iPhone y el iPad marcó el comienzo de la era de Internet móvil, y el mercado de semiconductores alcanzó un máximo histórico. Con la explosión del mercado de memorias, el mercado global de semiconductores superó los 400 millones de dólares en 2017. En la segunda mitad de 2018, el mercado global de semiconductores entró nuevamente en un período de ajuste. En 2019, debido a la desaceleración del crecimiento de la demanda de almacenamiento de estado sólido, teléfonos inteligentes y PC, los altos niveles de inventario y la disminución de la demanda global de semiconductores, el precio de las memorias cayó. Sumado a la creciente incertidumbre causada por las fricciones comerciales globales, el mercado global de semiconductores se contrajo significativamente en 2019, con una caída del 12.0%. Esta es también la mayor caída en el mercado global de semiconductores en los últimos 15 años.

En 2020, a pesar del impacto de la pandemia de COVID-19, el mercado mundial de semiconductores experimentó una fuerte recuperación, alcanzando un valor de 440 mil millones de dólares, lo que representa un aumento interanual del 6.8%. Los productos semiconductores, como los chips de memoria y los chips de propósito especial, entraron en un ciclo de auge. En el sector, el mayor crecimiento se registró en los chips lógicos (11.1%), seguidos de los sensores (10.7%) y la memoria (10.4%).

Desde la perspectiva de la estructura regional, China se ha consolidado como el mayor mercado de semiconductores del mundo durante muchos años consecutivos. En 2020, la cuota de mercado de China alcanzó un máximo del 34.4%. Las cuotas de Estados Unidos, Europa, Japón y otros mercados fueron del 21.7%, 8.5%, 8.3% y 27.1% respectivamente. Entre ellos, el mercado estadounidense experimentó un fuerte crecimiento del 21.3%, el mercado de Asia-Pacífico un crecimiento del 5.1%, el mercado japonés un crecimiento moderado del 1.3% y el mercado europeo una disminución del 5.8%. El fuerte crecimiento del mercado estadounidense se debe a que este experimentó la mayor caída en 2019, con un descenso del 23.7%, 11.7 puntos porcentuales superior al promedio mundial; Japón también registró una caída del 10.0%; y Europa, China y otras regiones registraron descensos del 7.4%, 9.3% y 8.8% respectivamente.

Debido a la pandemia, aplicaciones como las de ofimática y la enseñanza a distancia experimentaron un rápido auge, impulsando la rápida recuperación de los productos informáticos y de comunicaciones en el mercado de consumo. En 2020, los sectores de comunicaciones e informática seguían representando el mayor consumo de semiconductores a nivel mundial, con cuotas de mercado del 33.5 % y el 29.1 %, respectivamente. Gracias a la popularidad de las aplicaciones 4G y 5G, la cuota de mercado de los chips de comunicación aumentó del 22.2 % en 2010 al 33.5 % en 2020. Al mismo tiempo, la cuota de mercado de los ordenadores personales (PC) seguía siendo superada por productos electrónicos emergentes como los smartphones y las tabletas, cuya cuota de mercado descendió del 40.9 % en 2010 al 29.1 % en 2019.

La competencia en el mercado es cada vez más feroz.

Para el mercado global de semiconductores, 2020 es un año que merece atención. El nuevo chip de 2 nm desarrollado por IBM es realmente llamativo. Este chip está construido con transistores apilados en nanohojas, conocidos como transistores GAA. En comparación con el chip de 7 nm, el más avanzado actualmente, este chip logrará una mejora del rendimiento del 45 % o una reducción del consumo de energía del 75 %. IBM afirmó que la tecnología de 2 nm permite integrar hasta 50 mil millones de transistores en un chip del tamaño de una uña.

El nivel de ingresos de las empresas de semiconductores también es un aspecto clave para el sector. Entre las diez principales empresas de semiconductores del mundo en 2020, seis eran estadounidenses. En términos de ingresos totales, seis empresas de Estados Unidos representaron el 59.2 % del valor total de las diez principales, mientras que dos empresas de Corea del Sur representaron el 32.4 %.

Desde la perspectiva de la cadena de valor de la industria, entre las diez principales empresas de semiconductores del mundo en 2020, hay 6 empresas IDM con unos ingresos totales por ventas de 197.09 millones de dólares estadounidenses, lo que representa el 78.3% de las ventas totales de las diez principales empresas; hay 4 empresas de diseño con unos ingresos totales por ventas de 54.70 millones de dólares estadounidenses, lo que representa el 21.7% de las ventas totales de las diez principales empresas.

En 2020, Intel continuó liderando el mundo en ingresos entre las empresas de semiconductores. Con los ingresos de este año, Intel mantuvo su posición como el mayor proveedor mundial de semiconductores, con una facturación de 70.244 millones de dólares, lo que representa un aumento interanual del 3.7%. Este crecimiento se debió al aumento de sus negocios principales de CPU para clientes y servidores. Entre las diez principales empresas de semiconductores del mundo en 2020, MediaTek registró el mayor incremento interanual, seguida de Nvidia y Qualcomm. Texas Instruments fue la única empresa que experimentó un descenso en sus ingresos.

Este año, en lo que respecta al gasto mundial en I+D de semiconductores, las inversiones en I+D de las diez principales empresas del sector aumentaron un 11%, alcanzando los 43.5 millones de dólares, lo que representa el 64% del total de la industria. Esto demuestra que la concentración de mercado de las empresas líderes ha aumentado aún más y que la competencia se ha intensificado.

En la segunda mitad de 2020, se produjeron cinco fusiones y adquisiciones a gran escala y más de diez de menor envergadura en el sector global de semiconductores, por un valor récord de 118 millones de dólares. De este modo, 2020 se convirtió en el año con mayor volumen de transacciones en la historia de las fusiones y adquisiciones en el sector de semiconductores. Sin embargo, estas fusiones y adquisiciones aún no han completado el proceso de transacción y aprobación. El marcado incremento en el número de fusiones y adquisiciones en la industria global de semiconductores se debe principalmente a las sólidas alianzas entre los grandes fabricantes de diversos sectores.

Anteriormente, el fabricante de chips analógicos ADI anunció que adquiriría la empresa de señales analógicas/híbridas Maxim Integrated Products por US$21 mil millones; el gigante de tarjetas gráficas Nvidia anunció en septiembre de 2020 que adquiriría el proveedor de protocolos de arquitectura de procesadores Arm por US$40 mil millones. Antes de esto, Arm estaba controlada por la japonesa SoftBank. Además, Intel de Estados Unidos anunció que vendería su negocio de memoria flash NAND y la fábrica de obleas de 300 mm que opera en China a SK Hynix de Corea del Sur por US$9 mil millones; AMD de Estados Unidos anunció el 29 de octubre de 2020 que adquiriría al proveedor de FPGA Xilinx por aproximadamente US$35 mil millones; se espera que la transacción se complete para finales de 2021; el mismo día, Marvell Electronics Marvell anunció que adquirirá al proveedor de circuitos integrados de Silicon Valley Inphi por US$10 mil millones en efectivo y acciones. Esta transacción también se completará en la segunda mitad de 2021. La transacción mencionada anteriormente aún no se ha completado y sigue bajo revisión por parte de las autoridades reguladoras pertinentes.

Tecnologías disruptivas en la era posterior a Moore

La integración heterogénea es una tecnología de desarrollo típica de la era posterior a Moore. Esta tecnología se aplica en el campo del empaquetado. Si se cumplen los requisitos, la tecnología de chiplets permite aprovechar la función del chip de forma rápida y eficaz. El uso de esta tecnología también ofrece las ventajas de una baja complejidad de diseño, una fabricación sencilla y un bajo coste.

Esta dirección ha permitido que el desarrollo de chips pase de buscar ciegamente la reducción del consumo energético y el aumento del rendimiento a satisfacer de forma más pragmática las demandas del mercado. Muchas empresas tienen planes para las "partículas centrales". Por ejemplo, Intel ha lanzado la tecnología Foveros, que permite el empaquetado 3D de chips lógicos y de memoria; TSMC ha lanzado la tecnología SoIC de apilamiento de múltiples chips, que permite la unión de obleas. Al mismo tiempo, esta tecnología es también una tecnología clave para el desarrollo de la industria de semiconductores de China en la era posterior a la Ley Moore.

La arquitectura RISC-V de los microcontroladores (MCU) transformará la estructura del mercado. RISC-V se basa en la licencia BSD estándar, que permite el uso libre del diseño de la CPU, el desarrollo y la incorporación de conjuntos de instrucciones extendidos, y la elección de publicar el software, comercializarlo, reemplazar otros acuerdos de licencia o mantenerlo como software de código cerrado. Actualmente, RISC-V es ideal para la IAoT (Inteligencia Artificial de las Cosas) y se espera que compita con los procesadores de arquitectura ARM, conformando un ecosistema RISC-V en China. Los microcontroladores constituyen uno de los principales campos de aplicación para RISC-V. Gracias a sus ventajas de código abierto, bajo consumo energético y bajo coste, los microcontroladores con arquitectura RISC-V impactarán en los de arquitectura ARM y revolucionarán el mercado.

Los chips fotónicos podrían convertirse en una nueva vía para el desarrollo de chips. Estos chips utilizan señales ópticas para la adquisición, transmisión, cálculo, almacenamiento y visualización de datos. Actualmente, se emplean en comunicaciones ópticas, especialmente en la construcción de infraestructuras de centros de datos. La fotónica de silicio se utiliza para integrar componentes ópticos en chips de silicio, aprovechando el bajo coste, la escalabilidad y la facilidad de fabricación y ensamblaje de los dispositivos CMOS. En comparación con los circuitos integrados electrónicos, los chips fotónicos ofrecen una velocidad ultrarrápida y un consumo energético ultrabajo. Teóricamente, su tamaño puede modularse, y las características de la luz son inherentemente adecuadas para la computación lineal, incluyendo la computación paralela de alta densidad. Con el rápido desarrollo de la IA, el rendimiento de la multiplicación matricial de los chips fotónicos puede ser cientos o miles de veces superior al de los chips electrónicos actuales, lo que impulsa a la comunidad académica y a la industria a explorar las oportunidades que ofrece la computación fotónica.

Influenciada por la tendencia de la neutralidad de carbono, la industria de semiconductores de tercera generación, capaz de mejorar la eficiencia de la conversión de energía, está acelerando su desarrollo. A medida que disminuye el impacto de la pandemia de COVID-19, la demanda de componentes necesarios para la conversión de energía industrial, como inversores y convertidores de frecuencia, así como estaciones base de comunicación, se ha estabilizado. Con la transición gradual de los inversores del vehículo eléctrico Tesla Model 3 a procesos de fabricación de componentes de carburo de silicio (SiC), los semiconductores de tercera generación han captado cada vez más la atención en el mercado automotriz.

Los semiconductores de tercera generación, representados por el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC), ofrecen ventajas como alta resistencia a la temperatura, alta tensión, alta frecuencia y alta potencia. En comparación con los dispositivos de silicio, reducen la pérdida de energía en más del 50 % y el volumen de los equipos en más del 75 %. Constituyen una importante línea de desarrollo para el ahorro energético, la reducción de emisiones y el logro de la neutralidad de carbono. Actualmente, la presencia de los semiconductores de tercera generación se extiende a áreas clave como los centros de datos y los vehículos de nueva energía. Toda la industria de semiconductores de tercera generación está mejorando continuamente y se prevé que se convierta en un pilar fundamental de la economía verde.

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