La cadena de valor de los semiconductores

La cadena de valor de semiconductores incluye tres segmentos principales: diseño de chips, fabricación (es decir, fabricación de las obleas de los chips) y ensamblaje y prueba.

Estados Unidos tiene la posición general más sólida en la industria mundial de semiconductores, pero eso es como líder de una cadena de valor multinacional profundamente entrelazada en la que otros países también desempeñan un papel fundamental y poseen capacidades tecnológicas que son extremadamente difíciles de reemplazar. Los controles de exportación del 7 de octubre restringieron las ventas en EE. UU. en múltiples segmentos de la cadena de valor, pero el eje de toda la política es el hecho de que los equipos de fabricación de semiconductores de EE. UU. son una parte esencial de casi todas las fábricas de chips chinas. Hay múltiples categorías de equipos, como deposición, grabado y control de procesos, en los que las empresas estadounidenses son proveedores exclusivos o dominantes, y la industria nacional de equipos de semiconductores de China es pequeña y, en general, está muy por detrás de la de Estados Unidos. Las regulaciones identificaron 11 tipos específicos de equipos de semiconductores avanzados (equipos que solo se utilizan para producir chips avanzados) donde no existe un sustituto extranjero para la tecnología estadounidense. Algunos de estos tipos de equipos se encuentran entre las máquinas más complicadas y precisas utilizadas en cualquier parte de la economía global. Cada uno representa una montaña tecnológica extremadamente alta que China debe escalar para alcanzar su objetivo de una industria de semiconductores autosuficiente. 

Estados Unidos se movió primero por dos razones: Primero, para moverse rápido. Las empresas chinas de chips estaban comprando equipos lo más rápido que podían en previsión de futuros controles de exportación. En segundo lugar, Estados Unidos quería demostrar que no iba a pedir a los aliados que asumieran ningún costo que no estuviera dispuesto a asumir. El éxito a largo plazo de la política requirió la cooperación multilateral, con mayor urgencia de los Países Bajos y Japón.

La administración Biden evaluó correctamente que Estados Unidos era, por sí solo, lo suficientemente fuerte como para remodelar la industria china de semiconductores a corto plazo. Sin embargo, las empresas holandesas y japonesas poseen capacidades tecnológicas avanzadas en disciplinas muy afines. Si bien es probable que a China, por sí sola, le hubiera llevado décadas reemplazar el equipo que Estados Unidos ya no está dispuesto a vender, la ayuda de los Países Bajos o Japón podría haber hecho que China volviera a funcionar en tan solo uno o dos años.

La industria global de equipos de fabricación de semiconductores ha visto una consolidación de mercado cada vez mayor a medida que se disparan el costo y la complejidad de seguir siendo competitivos en el estado del arte. Para las categorías de equipos en las que Estados Unidos es dominante, las empresas holandesas y japonesas encuentran cada vez menos atractiva la competencia directa con las empresas estadounidenses. A las empresas holandesas y japonesas les habría costado miles de millones o decenas de miles de millones de dólares en costos de investigación y desarrollo (I+D) para producir productos que podrían capturar solo una participación de mercado escasa y muy poco rentable. Sin embargo, los controles de exportación del 7 de octubre podrían haber cambiado ese cálculo. Con las empresas estadounidenses prohibidas de competir en el gran y creciente mercado chino, Las empresas holandesas y japonesas podrían haber encontrado el acceso monopólico a China lo suficientemente atractivo como para justificar el gasto en investigación y desarrollo de equipos para nuevas líneas de productos que reemplacen a las estadounidenses. Una vez establecidas con éxito en China, las empresas holandesas y japonesas podrían haber estado en condiciones de competir con mayor eficacia y desplazar a las empresas estadounidenses en estos nichos de mercado en todo el mundo.

Este es el desastre político que Estados Unidos tuvo que evitar a toda costa: cortar una fuente de ingresos clave para las empresas estadounidenses, crear competidores internacionales más fuertes para el liderazgo tecnológico estadounidense y no tener casi nada que mostrar en términos de afectar la tecnología militar de China. 

Pero eso no es lo único que Estados Unidos quería de Holanda y Japón en las negociaciones. Las empresas holandesas y japonesas dominan categorías adicionales de equipos de fabricación de semiconductores que las empresas estadounidenses no dominan. En particular, dominan la producción de equipos de litografía, cuyos tipos más avanzados rivalizan con el Telescopio Espacial James Webb o el Gran Colisionador de Hadrones en términos de precisión tecnológica y complejidad. En enero de 2021, el grupo de expertos Center for Security and Emerging Technology (CSET) publicó un informe sobre la cadena de valor global de semiconductores que argumentaba:

Los Países Bajos, Japón y un pequeño número de otros países son los principales productores de equipos de litografía, fundamentales para la producción de chips y fotomáscaras. China no puede producir ningún equipo de litografía avanzado. Lo que es más importante, los Países Bajos y Japón son proveedores exclusivos de equipos de fotolitografía avanzados, especialmente escáneres ultravioleta extremo (EUV) y, en segundo lugar, escáneres de inmersión de fluoruro de argón (ArF), necesarios para la producción en masa de chips avanzados, lo que representa el principal cuello de botella de China.

En otras palabras, Estados Unidos mantiene el control de cuellos de botella fuertes para bloquear el acceso de China al futuro de la IA y la tecnología de semiconductores, pero los cuellos de botella holandeses y japoneses son aún más fuertes.

Combinados, estos hechos sugieren dos objetivos principales que Estados Unidos buscaba en su acuerdo con los Países Bajos y Japón:  un acuerdo para prohibir a las empresas holandesas y japonesas rellenar las categorías de equipos de fabricación de semiconductores que Estados Unidos ya no vende a China, y (2) un acuerdo para prohibir a los holandeses y japoneses exportar sus equipos de litografía avanzados a China.

Las empresas holandesas son líderes mundiales en escáneres y escaladores de litografía, que producen y refractan la luz que pasa a través de una fotomáscara (una placa transparente que contiene el patrón de circuito deseado) para transferir ese patrón a la oblea de silicio. Las empresas japonesas son los otros grandes productores de motores paso a paso y escáneres. En 2019, los dos países juntos disfrutaron de más del 99 por ciento de la participación de mercado mundial. Japón también domina las herramientas de procesamiento de resistencias y las herramientas de litografía por haz de electrones, que son fundamentales para producir fotomáscaras. Más allá de la litografía, existen otras categorías de equipos de fabricación de semiconductores donde las empresas holandesas y japonesas también son dominantes: Japón en equipos de mecanizado de cristal de obleas de silicio. 

Al menos algunas de estas otras categorías de tecnología de semiconductores probablemente se incluyeron en el acuerdo. Sin embargo, el equipo de litografía, incluidos los motores paso a paso y los escáneres, las herramientas de haz de electrones y las herramientas de procesamiento de resistencias, es la dependencia de tecnología extranjera más importante en la industria china de semiconductores, y fuentes con conocimiento del acuerdo han confirmado al CSIS que restringir las exportaciones de litografía avanzada El equipo a China estaba incluido en el trato. Al igual que un acuerdo para evitar el relleno de equipos estadounidenses.

En el contexto de la fabricación de equipos de semiconductores, la administración Biden utilizó múltiples herramientas de su caja de herramientas de política de controles de exportación. También creó otras herramientas de política, como nuevos tipos de reglas FDP, aprovechando las autoridades legales y las flexibilidades otorgadas al Departamento de Comercio de EE. UU. por la Ley de Reforma del Control de Exportaciones de 2018 y la legislación anterior. Un documento anterior del CSIS, " Ahogando el acceso de China al futuro de la IA ", entra en detalles significativamente mayores sobre los diversos elementos de la política. Este documento se centrará únicamente en los elementos relacionados con la fabricación de obleas de chip y equipos de fabricación de semiconductores, ya que estos son los dos que más importan en el contexto del acuerdo de EE. UU. con los Países Bajos y Japón.

En resumen, las regulaciones del 7 de octubre están diseñadas para restringir la capacidad de China para fabricar semiconductores por encima de ciertos umbrales de rendimiento tecnológico, que en la industria de los semiconductores se denominan comúnmente "nodo tecnológico". Estos umbrales de rendimiento están segmentados por las tres principales categorías de chips, todos alineados en el mismo nodo tecnológico. Ellos son:

chips lógicos: FinFET o superior, que corresponde a 16 nanómetros (nm) o nodos de tecnología inferior;

memoria a corto plazo (DRAM): 18 nm o menos; y

memoria a largo plazo (NAND): 128 capas o más.