INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

HUMANIDADES III: DESARROLLO HUMANO

ENSAYO:

CÓMO SE HACEN LOS CHIPS: LAS “LEYES” DE LA MICROELECTRÓNICA

ALUMNO:

FLORES TOVAR PABLO ANDRÉS

PROFESOR:

MEZA PORTILLO ERASTO

GRUPO: 7CV1

Introducción

La microelectrónica recibe su nombre a partir del tamaño de los elementos integrados (micrómetro = millonésima parte de un metro), básicamente transistores, capacitores y resistencias. Trataré de aclarar algunos conceptos y definiciones que de este tema se dan, junto con un panorama del estado de desarrollo de la microelectrónica en México.

Hoy en día es impensable encontrar algún dispositivo en donde no esté presente la microelectrónica (uE). Desde un juguete hasta un avión, pasando por electrodomésticos, autos, celulares, etc., todos ellos funcionan con un “chip” (pastilla de silicio con elementos electrónicos integrados) en su interior. Se puede decir que la microelectrónica comenzó en 1959 con el primer circuito integrado desarrollado por Jack Kilby [1], contratado en aquel entonces por la empresa Texas Instruments. Este dispositivo contaba con 6 transistores, sobre una pastilla de Germanio Hoy en día la substancia más difundida para la fabricación de Circuitos Integrados (CI) es el Silicio (arena) debido en gran medida a su precio bajo. 

 Poco más de medio siglo después de su invención, hoy se integran cientos de millones de transistores en una sola pastilla (chip) debido al avance tecnológico. Este tipo de dispositivos (fundamentalmente microprocesadores) son de uso masivo y de ahí que los costos estén al alcance de todo el mundo. Hay una ley empírica, propuesta por Gordon Moore [2], cofundador de Intel, que propone que cada 18 meses se duplica el número de transistores en un CI. Esta ley se ha venido cumpliendo (aproximadamente) hasta hoy.

La manera de clasificar [1] esta escala de integración es a partir de sus siglas en inglés: desde SSI (Small Scale Integration), nombre dado a los chips con sólo algunos transistores, hasta GLSI (Giga Large Scale Integration), que agrupa más de un millón de transistores.

El chip

El CI consta básicamente de un núcleo central (core) realizado sobre una pastilla de Silicio (típicamente) por lo general por métodos fotolitográficos. Esta pastilla es fabricada en serie sobre una “oblea” parecida a un CD. Una vez fabricada se testea y se corta (o se corta directamente) en pedacitos los cuales se encapsulan en plástico o cerámica para su mejor manipulación. Todo este proceso requiere de maquinarias y RRHH altamente especializados, que no tenemos en México, por lo que es una tecnología fundamentalmente del llamado primer mundo. Los lugares que disponen de plantas de fabricación de CI son, entre otros, EEUU, Rusia, Japón, Europa, China y algunos otros países de Asia. En Latinoamérica el único país que dispone de una planta de fabricación de CI es Brasil, pero no es de última tecnología y sólo se usa para fabricar prototipos. Las razones de esta selectividad son principalmente de economía de escala. Para amortizar una fábrica de chips (llamada muchas veces foundry) hace falta producir en gran escala (cientos de miles de chips) en muy poco tiempo (a veces menos de un año) ya que la tecnología se vuelve obsoleta en un tiempo corto. Esto hace que sólo las grandes empresas puedan enfrentar un gasto grande (a veces del orden de los mil millones de USD) debido a su volumen de ventas.

La gran pregunta es: ¿Conviene tener una foundry a pesar de que no sea rentable? La respuesta, desde mi punto de vista es SI, conviene por cuestiones estratégicas ya que ello desarrolla la tecnología de un país y lo hace no tan dependiente de los fabricantes externos.

Ventajas de la Microelectrónica

Prácticamente en todas las industrias de los países de primera línea, tecnológicamente hablando, se tiende a un nivel de integración cada vez mayor. Esto significa que poco a poco se van reemplazando las placas de los sistemas por chips, reduciendo tamaños. Esto presenta

una serie de ventajas, donde no sólo el tamaño importa, sino que también se logra:

1. Reducir el consumo de corriente, de gran importancia en épocas en donde la energía es importante para la ecología del planeta, sin hablar de costos de producción y almacenamiento, que son grandes.

2. Aumentar el nivel de confiabilidad, ya que donde antes había varios CI, ahora hay uno sólo y la probabilidad de fallas para el sistema es menor.

3. Aumentar la seguridad ante el plagio, ya que copiar un CI es mucho más complicado que reproducir un sistema basado en componentes estándar.

Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores, que son usados en múltiples artefactos, desde ordenadores hasta electrodomésticos, pasando por los teléfonos móviles. Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son de importancia crucial para la moderna sociedad de la información. La eficiencia de los circuitos integrados es alta debido a que el pequeño tamaño de los chips permite cortas conexiones que posibilitan la utilización de lógica de bajo consumo (como es el caso de los TTL y CMOS) en altas velocidades de conmutación.

Costo

Contrariamente a lo que supone la mayoría de la gente, el introducir un CI a medida (custom) en un sistema no es algo demasiado caro y las ventajas superan casi siempre a las desventajas. De hecho que, como dije anteriormente, en todos los países desarrollados es moneda

corriente. Sin embargo en los países en vías de desarrollo, los industriales son, en términos generales, muy conservadores y se arriesgan poco. Hay que tener en cuenta que el costo, si bien es bajo, obliga a hacer una inversión inicial de unos cuantos miles de USD que no todos están dispuestos a hacer. Preguntas como ¿para qué voy a innovar si como estoy me va bien?, o ¿y si no vendo lo que espero?, hacen que los emprendedores se echen atrás antes de empezar. Esta mentalidad conspira contra el avance tecnológico de un país. 

En México existen grupos con conocimientos para el diseño de los CI (a pesar de que la fabricación se realice en otros países). Sin embargo, como dije previamente, el uso de los chips requiere de la voluntad de los industriales de querer innovar, de una llamada “conciencia microelectrónica” que lamentablemente aún no existe.

Conclusión

Está demostrado a través de la historia que la tecnología mueve al mundo.  La industria mundial de microelectrónica representa, por ejemplo en EEUU, un mercado de U$S 1.500 miles de millones, que se duplica cada 18 meses (datos del 2010), y la fabricación de circuitos semiconductores a un volumen cercano a los U$S 200 miles de millones. Constituye una de las actividades económicas de mayor valor agregado en el mundo. Sin embargo, México, y de hecho Latinoamérica en su mayor parte, no forman parte de este sector productivo. El atraso tecnológico histórico en esta área nos ha convertido por el contrario, en un país consumidor de estos productos. Esta Industria posee un valor agregado muy alto, tanto por el valor del equipo requerido como por la alta preparación del personal necesario. Es claro que se trata de un mercado muy grande, y lo que es más importante, en continuo y sostenido crecimiento, por lo tanto el ingreso de México a este mercado, en alguna parte de la cadena de valor redundaría en grandes beneficios económicos, y como consecuencia también sociales.

En particular en el primer eslabón de la cadena, la fase de diseño, resulta altamente atractiva y conveniente para ser estimulada en México. Esta fase no tiene los costos fijos asociados a la fabricación, y el diseño puede ser colocado en el mercado con muy buenos márgenes de ganancias.  Esto ha producido en el mundo el surgimiento de numerosas compañías de diseño denominadas “fabless” (sin fábricas), las cuales solo requieren de ingenieros formados y de herramientas de “software”. En todos los casos su producto final es un diseño protegido por derechos de propiedad intelectual, pudiendo incluir también la construcción de prototipos experimentales funcionales. Con el adecuado apoyo a nivel nacional y la apropiada formación de recursos humanos es posible crear condiciones favorables para el desarrollo de una industria nacional de tecnología electrónica capaz de contribuir tanto al consumo interno como al externo, generando progreso y fuentes de trabajo

Referencias[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Moore[3] http://insidetrust.blogspot.com.ar/2009/11/cryptography-vs-moores-law.html

http://www.mundodigital.net/la-historia-de-los-circuitos-integrados/

http://conocimientodemicroprocesadores.blogspot.mx/2013/06/circuitos-integrados.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Fabricaci%C3%B3n_de_circuitos_integrados

- Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos- Robert L. Boylestad.

- Fundamentos de sistemas digitales- Thomas L. Floyd