sábado, noviembre 20, 2010

Microelectrónica para todos?

Muchas veces, al escuchar la palabra microelectrónica, lo primero que se viene a la mente es la universidad, las clases, algún curso de laboratório, todo relacionado con la parte academica; porque claro, pensar en industría, en trabajo, ni hablar, aún no tenemos un ambiente tecnológico para eso, pero talvez se encuentre más cerca de lo que pensamos.

La mayoría terminamos la universidad conociendo los FPGAs, esos dispositivos que nos permiten tener rápidamente nuestros diseños prototipados en hardware, y validarlos de una manera eficiente. Aquí nuestra única preocupación es el diseño y la verificación, todo a nivel de simulación, a través de los lenguajes de descripción de hardware, como VHDL, Verilog, o los conocidos como lenguajes de alto nível de descripción como SystemC (más cercano al software) o System Verilog (más cercano al hardware). Existen muchos fabricantes de FPGAs (Xilinx, Altera, etc) que a través de sus programas academicos colocan al alcance de las universidades plataformas de desarrollo equipadas con el hardware necesario para testar varias aplicaciones diseñadas en estos dispositivos.

También tenemos a los ASICs, aquí la cosa toma otro rumbo, o mejor dicho, un rumbo más extenso. Ya no estamos preocupados solo por el diseño y verificar que este funcione, estamos también preocupados con la fabricación del dispositivo final. Podemos decir que el flujo de proyecto de un ASIC es más completo que el de un FPGA. Un ASIC además del diseño de la parte funcional del chip, pasa por una parte de diseño física del dispositivo, interconexión, ubicación de los bloques internos, distribución de los pinos, etc. Estos dispositivos son fabricados en industrias conocidas como Foundries, utilizando procesos microelectrónicos.

Pasando a la parte comercial, económicamente hablando, si se desea tener un dispositivo en funcionamiento rápidamente y del cuál van a ser reproducidas pocas muestras, la tendencia es utilizar FPGAs. De lo contrario, si se está planeando tener una producción en cantidades elevadas del dispositivo, la tendencia es utilizar ASICs, ya que a pesar del costo final por unidad es mayor en el caso de un ASIC (debido a utilizar procesos de microelectrónica para su fabricación) cuando la produción es en masa, el costo termina cayendo bruscamente. Muchas veces los FPGAs son utilizados para validar los diseños antes de ser fabricados (en caso de los ASICs).

Ahora, porque este post, o porque el título. Pues, es importante ver como se esta desarrollando la industria de semiconductores a nuestro alrededor, vemos países como China, India o Brasil abrigando Centros de Diseño de empresas grandes del rubro de semiconductores. Y aún más con emoción como el Perú ya cuenta con una maestría de Microelectrónica, a través de la "Decana de América" (http://www.electronicasanmarcos.com/documentos/Maestria_en_Microelectronica.pdf).

Si a esto le sumamos el grupo de investigación en microelectrónica de la PUCP (http://www.pucp.edu.pe/grupo/microelectronica/), vemos que un ecosistema para abrigar la industria de semiconductores se está comenzando a crear en nuestro Perú. Porque que tiene India o China que no tengamos nosotros?, mano de obra barata es la única respuesta que se me viene a la mente, o que tiene Brasil?, más tiempo intentando integrarse a la industría de semiconductores seria mi respuesta. Porque ninguno de esos países tiene profesionales más capaces que nosotros, talvez más capacitados, porque crearon un ecosistema microelectrónico antes que nosotros, pero no mejores.

Y bueno, ahora que comienza a crearse ese ecosistema en el Perú, seria bueno tener una base, una guía para saber a donde apuntar, para no quedarnos sólo en investigación y lograr abrigar una indústria de semiconductores (porque no?). Para esto sería bueno tomar como referencia un vecino nuestro, Brasil, quién ya intentó y sigue intentando crear una industría de semiconductores, que continúa cometiendo aciertos y errores.

Brasil, esta intentando montar una Foundry (Fabrica de Semiconductores) a toda costa. Ya tiene toda su infraestructura lista al Sur de ese país (Porto Alegre), en la fabrica denominada Ceitec (Centro de Excelencia en Tecnología Electrónica Avanzada), en la cuál el gobierno brasilero ya invirtió millones de dolares, y la que todavia no se está operando en forma industrial, y la cuál está aún atravesando problemas para comenzar. Muchos han criticado la implementación de esa fábrica, por la millonaria inversion de su gobierno, y porque aún no se han visto resultados y aparentemente va a demorar mucho para poder verlos. Y es que montar una Foundry es complicado, porque además de tener que contar con personal altamente calificado para esos procesos de alta cualidad, se tiene que contar con equipos de ultima generación, salas limpias, y una infraestructura muy grande, que talvez no tenga sentido cuando se está comenzando.

Pero, porque talvez no tenga sentido tal inversion?. Porque en la industria de semiconductores se tienen 2 campos bien definidos para concebir un chip. Se tiene la parte de Design (desde la especificación hasta las máscaras del chip) y la parte de Fabricación. Como mencionado anteriormente, la parte de fabricación significa una inversión muy grande. Hasta Freescale terceriza la parte de fabricación, utilizando muchas veces la TSMC para fabricar sus chips (siendo que Freescale también tiene Foundries).

Por otro lado, la parde de Design, necesita una inversión menor (basicamente software), en herramientas EDA para realizar el flujo de proyecto entero. Y más importante aún, esta es la parte que más retorna la inversión hecha. Esta es la parte a la que se debe apuntar, esta es la parte a la que esta apuntando China, India y ahora también Brasil para consolidar esa industría.

Asi es, Brasil está apuntando a formar Centros de Diseño (Design Houses -DHs) a través de su gobierno, dando becas para realizar un curso para formar Diseñadores de Circuitos Integrados Digitales, Analógicos y de Radio Frecuencia (http://www.ci-brasil.gov.br/), apoyando la realización de prácticas profesionales en esa área en las DHs creadas por su gobierno. De esta manera está formando profesionales capacitados, para poder atraer grandes Centros de Diseño de empresas transnacionales, como Freescale.

Porque fue así que Freescale aterrizó en Brasil. La história comenzó con una empresa que se dedicaba al diseño de chips automotivos llamada Vertice, esa empresa se encargaba del diseño (Front-End y Back-End) y enviaba los diseños a una Foundry Europea. Años después esa empresa fue absorvida por Motorola a su llegada a Brasil, y formo una área de semiconductores teniendo como base a todos los ingenieros de esa empresa, luego la área de semiconductores de Motorola se transformó en Freescale, debido al grande crecimiento que tuvo, el resto de la história ya es conocida.

Es allí a donde debemos apuntar, capacitar profesionales para incentivar la formación de Centros de Diseño, hacer que el ecosistema madure para poder ser atractivos para empresas extranjeras como Infineon, Samsung, Toshiba, etc.

En la actualidad muchos ingenieros peruanos se encuentran participando de esa iniciativa del gobierno brasilero, realizando el curso de formación y desarrollandose profesionalmente en sus centros de diseño, cada uno en diferentes partes del flujo de diseño de un ASIC, teniendo un equipo entero que podría diseñar algún dispositivo que sea fabricado en una Foundry extranjera y así poder hacer que se comience a hablar del chip peruano, que ciertamente sería el segundo, porque el primero fue fabricado ya hace algunos años (http://www.pucp.edu.pe/departamento/ingenieria/images/documentos/seccion_electronica/rev_electro/microelectronica.pdf).
gracias a un programa de incentivo español y al esfuerzo de ingenieros y alumnos de la PUCP.

Profesionales peruanos capacitados se tienen, dentro y fuera del Perú, sólo una pequeña parte faltaría para cerrar el círculo virtuoso, lograr juntar un equipo de diseñadores, definir un proyecto aplicable al mercado peruano para producir un chip a grande escala (Brasil fabrico un chip para reconocimiento y organización de ganado), costear licencias de las herramientas EDA (Cadence, Menthor y Synopsys son las más usadas por la indústria) y costear el trabajo de los profesionales. Talvez la parte costo pueda realizarce a través del gobierno, utilizando el programa de apoyo a la Ciencia y Tecnología (http://portal.concytec.gob.pe/index.php/mn-cyt/proyectos.html).

Suena a sueño (o talvez pesadilla), pero no está tan lejos de poder hacerse realidad, viendo a otros países hacerlo. Comenzar a través de la Universidad (para aprovechar algunas ventajas con los fabricantes de herramientas EDA) y después comprometer al gobierno para apoyar y financiar esta iniciativa.

Para terminar, alguna idea de aplicaciones que se puedan utilizar?, siempre pensando en la posibilidad de fabricación masiva.

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