Estados Unidos es el mayor desarrollador de chips del mundo. Pero a medida que los semiconductores se vuelven más ubicuos e importantes, otros países están ganando destreza en el diseño de chips y participación de mercado.
Si EE. UU. quiere mantener su posición como el desarrollador de chips más grande del mundo, el gobierno de EE. UU. tendrá que ayudar a financiar la I+D local de semiconductores, según un informe de la Asociación de la Industria de Semiconductores y el Boston Consulting Group.
El desarrollo de chips es costoso
Las empresas estadounidenses controlan aproximadamente el 46 % de los ingresos globales relacionados con el diseño de semiconductores, aproximadamente 2,5 veces más que el competidor más cercano. EE. UU. es particularmente fuerte con los chips lógicos, como CPU, GPU y varios otros SoC complejos, ya que empresas como AMD, Apple, Intel, Nvidia y Qualcomm dominan los mercados de procesadores, tarjetas gráficas y SoC móviles.
Pero el 46 % ha bajado: EE. UU. controlaba más del 50 % del mercado en 2015, según la SIA. Esta pérdida se debe a que países como China, Corea del Sur y Taiwán han estado ganando participación relacionada con el diseño durante años, gracias a las actividades de investigación y desarrollo de semiconductores apoyadas por el gobierno federal y local, así como al desarrollo de talento nacional. Por ejemplo, en 2021 Corea del Sur aprobó un plan de $450 mil millones para desarrollar la industria local de semiconductores durante los próximos 10 años. Esa cifra incluía 1.300 millones de dólares para IA y diseño de chips de potencia.
Si nada cambia y EE. UU. continúa con su actual trayectoria descendente, la participación de EE. UU. en los ingresos por diseño de chips podría caer al 36 % para fines de la década, según el informe.
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A medida que los chips lógicos y de memoria se vuelven más complejos, requieren más inversiones en I+D y más talento en ingeniería. Se estima que el costo de diseño de un chip bastante complejo que se producirá con una tecnología de proceso de clase de 5 nm, que incluye el diseño de circuitos integrados físicos y software asociado, supera los $ 540 millones, según International Business Research. Las empresas estadounidenses producen docenas de estos sistemas en chips cada año y gastan miles de millones en I+D relacionados con el diseño. Solo en 2021, las empresas de los EE. UU. Invirtieron alrededor de $ 40 mil millones en diseño de chips.
Los analistas de la Asociación de la Industria de Semiconductores estiman que el sector público de EE. UU. invertirá entre $ 400 mil millones y $ 500 mil millones durante los próximos 10 años en I+D y desarrollo de la fuerza laboral. Pero creen que esto no es suficiente para mantener el liderazgo en el diseño de chips para todo el país.
Los expertos de SIA y BCG advierten que la industria de diseño de semiconductores de EE. UU. ya enfrenta una escasez de trabajadores calificados, y para 2030 esa escasez podría aumentar a 23,000 a medida que los graduados en ciencias, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM) abandonen la industria.
Además, cosas como las restricciones a la exportación de procesadores crème-de-la-crème para la inteligencia artificial en crecimiento y aplicaciones informáticas de alto rendimiento (por ejemplo, Instinct MI250X de AMD, Ponte Vecchio de Intel y GPU de cómputo A100 y H100 de Nvidia que se venden a más de $10,000 cada una ) amenazan aún más la capacidad de las empresas estadounidenses para invertir en I+D, ya que tales restricciones limitan el crecimiento de sus ingresos.
Los grandes OEM dependen de los chips
La destreza en el diseño de chips no solo garantiza la prosperidad de los desarrolladores de chips estadounidenses, sino que también asegura el éxito de los fabricantes de equipos originales adyacentes. En los EE. UU., esto incluye 34 empresas de clase mundial, incluidas Apple, Dell, HP y HPE. Por el contrario, hay 27 grandes empresas en China, incluidas Huawei, Lenovo, BKK y Xiaomi, que consumen chips fabricados en la República Popular y en otros lugares.
El gobierno chino comprende lo importante que es desarrollar chips a nivel nacional, incluso si se producen en otros lugares, y ha estado nutriendo su industria de diseño local durante años. Las ganancias de las 25 principales empresas sin fábrica chinas se duplicaron de $ 12,2 mil millones en 2017 a $ 24,4 mil millones en 2020, según datos de SIA.
Se necesita financiación para el desarrollo de chips del sector público
La Ley CHIPS & Science aprobada a principios de este año implica un gasto de $11 mil millones en varios proyectos de I+D centrados en nuevos métodos de producción de semiconductores (es decir, nuevas tecnologías fundamentales de fabricación), investigación avanzada de semiconductores (estructuras de transistores, materiales), investigación de metrología y empaquetado innovador de chips.
Pero la ley no financiará a los diseñadores de chips: mientras que Micron y Western Digital obtendrán algunos fondos para realizar actividades de investigación y desarrollo precompetitivas para materiales, transistores, métodos de fabricación, análisis y metrología, no obtendrán nada para diseñar productos reales que competirán contra esos. desarrollado en otros lugares.
Desarrollar productos reales por delante de la competencia es sumamente importante porque permite a los pioneros establecer nuevos estándares de mercado que otros deben seguir. Las empresas que establecen sus propios estándares también tienden a beneficiarse directamente. Por ejemplo, la plataforma informática paralela CUDA y el entorno de desarrollo patentados de Nvidia están tan por delante de sus rivales que la empresa ha disfrutado de años de dominio en algunos sectores de IA y HPC.
En la actualidad, alrededor del 13 % de la I+D en diseño de semiconductores en EE. UU. se financia con inversiones públicas. Alrededor del 20 % al 30 % de dicha I+D está financiada por los gobiernos, las autoridades locales o mediante incentivos fiscales en Europa, Taiwán, Corea del Sur y Japón. En China, un enorme 45 % de la I+D relacionada con el diseño de chips se financia con fondos públicos directos (gobierno, autoridades locales, universidades públicas, etc.), incentivos fiscales y otras iniciativas.
Para garantizar el liderazgo de EE. UU. en el diseño de chips en el futuro, se requieren inversiones del sector público, según creen los expertos de la Asociación de la Industria de Semiconductores y el Boston Consulting Group.
La buena noticia es que cada dólar público invertido en diseño e investigación y desarrollo induciría inversiones adicionales del sector privado y, por lo tanto, aumentaría significativamente las ventas de chips reales, según los analistas.
Estiman que si el sector público de EE. UU. invierte entre 20.000 y 30.000 millones de dólares hasta 2030 en diseño e I+D (incluido un incentivo fiscal de diseño de entre 15.000 y 20.000 millones de dólares), esto generaría ventas relacionadas con el diseño de alrededor de 450.000 millones de dólares en 10 años. También ayudaría a capacitar y emplear a 23 000 ingenieros de diseño de semiconductores y crearía 130 000 empleos indirectos.
Resumen
Estados Unidos sigue a la cabeza en procesadores lógicos avanzados y otra lógica, pero va a la zaga en memoria, sensores y optoelectrónica. Esto no va a cambiar en el corto plazo, pero la participación en los ingresos relacionados con el diseño de chips que controlan las empresas estadounidenses también puede caer en los próximos años si continúan las tendencias actuales.
Los expertos de la industria creen que la financiación del sector público del diseño de chips y la I+D en Europa y Asia permitirá a las empresas no estadounidenses ampliar su participación en los ingresos relacionados con el diseño de chips si EE. UU. no actúa.
Las inversiones públicas en investigación y desarrollo de diseño de chips en los EE. UU. no necesitan ser extremadamente altas, ya que el ecosistema de desarrollo de chips ya existe, y hay docenas de diseñadores de chips competitivos en el país.
El informe de SIA y BCG indica que si el sector público de EE. UU. invierte entre 20.000 y 30.000 millones de dólares hasta 2030 en diseño e investigación y desarrollo (incluidos los incentivos fiscales), esto impulsaría la inversión del sector privado y generaría ventas incrementales relacionadas con el diseño de alrededor de 450.000 millones de dólares a lo largo de los años. 10 años. Esto sería más que suficiente para que EE. UU. mantuviera su posición como el principal desarrollador de chips del mundo.