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RISC-V, un conjunto de instrucciones de estándar abierto, está cambiando la economía del diseño de los chips, y sacudiendo la dinámica de poder del sector tecnológico.

RISC-V es una de las 10 tecnologías innovadoras de 2023 de MIT Technology Review

Python, Java, C++, R. Desde que se inventó el ordenador hace casi 70 años, los humanos han ideado muchos lenguajes de programación y estos eran en gran parte, mezclas de palabras en inglés y símbolos matemáticos para ordenar a los transistores que cumplieran nuestras ideas.

Sin embargo, los interruptores de silicio en el procesador central de nuestro ordenador portátil no entienden de forma inherente la palabra for, o el símbolo «=». Para que un chip ejecute el código Python, el software debe traducir estas palabras y símbolos en instrucciones que un chip pueda utilizar.

Para ello, los ingenieros designan secuencias binarias específicas para que el hardware realice ciertas acciones. Por ejemplo, el código «100000» podría ordenar a un chip que agregue dos números, mientras el código «100100» podría indicar que copie un dato. Estas secuencias binarias forman el vocabulario fundamental del chip, conocido como conjunto de instrucciones del ordenador.

Durante años, la industria de los chips se ha basado en varios grupos de instrucciones patentados. En la actualidad, dos tipos principales dominan el mercado: x86, utilizado por Intel y AMD, y Arm, creado por la empresa homónima. Las compañías deben pedir la licencia para estos conjuntos de instrucciones, que pueden costar millones de dólares por un solo diseño. Debido a que los chips x86 y Arm usan diferentes lenguajes, los desarrolladores de software deben crear una versión de la misma aplicación que se adapte a cada conjunto de instrucciones.

Aunque últimamente, muchas empresas de hardware y software de todo el mundo han empezado a converger en torno a RISC-V, un conjunto de instrucciones disponible y abierto al público, lo que supone un cambio que podría modificar la industria de los chips de manera radical. Los defensores de RISC-V aseguran que este conjunto de instrucciones hace que el diseño de los chips de ordenador sea más accesible para empresas más pequeñas y nuevos empresarios al liberarlos de los elevados precios de las licencias.

«Ya existen miles de millones de núcleos basados en RISC-V, de todo tipo, desde auriculares hasta servidores en la nube», asegura Mark Himelstein, CTO de RISC-V International, organización sin ánimo de lucro que respalda la tecnología.

En febrero de 2022, la propia Intel destinó mil millones de dólares para desarrollar el ecosistema RISC-V, junto con otras prioridades. Aunque Himelstein predice que pasarán años hasta que los chips RISC-V se generalicen entre los ordenadores personales, Roma de Xcalibyte y DeepComputing, el primer portátil con un chip RISC-V, estuvo disponible en junio del 2022 para pedidos anticipados.

¿Qué es RISC-V?

RISC-V (pronunciado risk five, riesgo cinco en inglés) es un conjunto de normas de diseño, como Bluetooth, para los chips de ordenador. Esto se conoce como estándar abierto, lo que significa que cualquiera (Intel, usted o yo mismo) puede participar en el desarrollo de esos estándares. Además, cualquiera puede diseñar un chip de ordenador basado en el conjunto de instrucciones de RISC-V y ejecutar cualquier software para el mismo. Hay que tener en cuenta que la tecnología basada en un estándar abierto difiere de la tecnología de código abierto. El primero designa las especificaciones de la tecnología, mientras que el segundo se refiere al software cuyo código fuente está disponible de manera gratuita para su consulta y uso.

Un grupo de científicos informáticos de UC Berkeley (EE UU) desarrolló la base para RISC-V en 2010 como una herramienta de enseñanza para el diseño de chips, pero las unidades de procesamiento central (CPU) propietarias eran demasiado complejas y opacas para que los estudiantes aprendieran. Los creadores de RISC-V hicieron público el conjunto de instrucciones y pronto empezaron a responder a las preguntas al respecto. En 2015, un grupo de instituciones académicas y empresas, incluidas Google e IBM, fundaron RISC-V International para estandarizar el conjunto de instrucciones.

La versión más básica de RISC-V consta solo de 47 instrucciones, como comandos para sacar un número de la memoria y sumar números. No obstante, RISC-V también ofrece más instrucciones, llamadas extensiones, que permiten agregar funciones como matemática vectorial para ejecutar algoritmos de inteligencia artificial (IA).

Con RISC-V se puede diseñar un conjunto de instrucciones de chip que se adapte a las necesidades, lo que «brinda la libertad de crear un hardware personalizado y basado en aplicaciones», según Eric Mejdrich, experto en  nanoelectrónica en el instituto de investigación Imec (Bélgica).

Anteriormente, las empresas que querían una CPU compraban los chips comerciales, ya que diseñarlos desde cero requería demasiado tiempo y dinero. En especial, para los dispositivos más simples como alarmas o electrodomésticos de cocina, estos chips a menudo tenían funciones adicionales que podían ralentizar el procesamiento del aparato o desperdiciar energía.

Himelstein también menciona a Bluetrum, la empresa de auriculares con sede en China, como una historia de éxito de RISC-V. Los auriculares no requieren mucha capacidad informática, y la compañía descubrió que podía diseñar chips simples que usarían instrucciones RISC-V. «Si no hubieran utilizado RISC-V, habrían tenido que comprar un chip comercial con mucha más [capacidad] de la que querían, o habrían tenido que diseñar su propio chip, o conjunto de instrucciones. No querían nada de eso», explica Himelstein. 

RISC-V ayuda a «bajar la barrera de entrada» al diseño de los chips, indica Mejdrich. Los defensores de RISC-V ofrecen talleres públicos sobre cómo construir una CPU basada en RISC-V. Las personas que diseñan sus propios chips RISC-V ya pueden enviar esos diseños para fabricarse sin coste a través de una asociación entre Google, SkyWater -fabricante de semiconductores- y Efabless -plataforma de diseño de chips-.

¿Qué sigue para RISC-V?

Balaji Baktha, CEO de la start-up Ventana Micro Systems, con sede en el Área de la Bahía (EE UU), diseña chips basados en RISC-V para los centros de datos y señala que las mejoras de diseño realizadas, gracias a la flexibilidad de un estándar abierto, han permitido que estos chips realicen cálculos más rápido y con menos energía. En 2021, los centros de datos representaron alrededor del 1% de la electricidad total consumida mundialmente, y esa cifra ha ido en aumento en los últimos años, según la Agencia Internacional de Energía. Los chips RISC-V podrían ayudar a reducir esa huella, asegura Baktha.

Sin embargo, los chips de Intel y Arm todavía son populares, y no está claro si los diseños RISC-V los reemplazarán. Las empresas tienen que convertir el software existente para que sea compatible con RISC-V. Roma es compatible con la mayoría de las versiones de Linux, el sistema operativo lanzado en la década de 1990 que ayudó a impulsar la revolución de código abierto. Los usuarios de RISC-V deberán estar atentos a los desarrollos que «bifurcan el ecosistema», advierte Mejdrich. Por ejemplo, si alguien desarrolla una versión de RISC-V que se vuelve popular, pero es incompatible con el software diseñado para el chip original.

RISC-V International también debe lidiar con las tensiones geopolíticas que no coinciden con la filosofía abierta de esta organización sin ánimo de lucro. Su primera sede estuvo en EE UU, donde sufrieron críticas de los legisladores, ya que RISC-V podría provocar que el país pierda su ventaja en la industria de los semiconductores en favor de las empresas chinas, que serían más competitivas. Para evitar estas tensiones, la organización se mudó a Suiza en el año 2020.

De cara al futuro, Himelstein afirma que el movimiento se inspirará en Linux. La esperanza es que RISC-V facilite que más personas hagan realidad sus ideas para nuevas tecnologías. «Al final, veremos productos más innovadores», concluye Himelstein.

Fuente: www.technologyreview.es

Este año, se pondrán a prueba las nuevas políticas de EE UU que restringen la venta de chips a China. Con el tiempo, esas medidas podrían fragmentar la industria mundial de los semiconductores 

Este nuevo año ya parecía difícil para las empresas de semiconductores. La industria de los chips, bien definida por sus ciclos de demanda al alza y a la baja, espera que 2023 experimente una caída en el crecimiento a medida que se estanca la demanda de los productos electrónicos de consumo. 

Sin embargo, estas preocupaciones sobre el ciclo económico y los desafíos asociados con la fabricación de chips cada vez más avanzados podrían ser eclipsadas por la geopolítica. 

En los últimos meses, EE UU ha instaurado restricciones más amplias sobre qué chips pueden venderse a China y quién puede trabajar para las empresas chinas. Al mismo tiempo, se ha centrado en la oferta de la industria de los chips, con generosas ayudas federales para que la fabricación vuelva a EE UU. Otros gobiernos de Europa y Asia que albergan fabricantes importantes han introducido políticas similares para mantener sus propias posiciones en el sector. 

A medida que estos cambios sean efectivos en 2023, generarán un nuevo elemento de incertidumbre en esta industria que, durante mucho tiempo, ha dependido de cadenas de suministro globales y de una gran libertad para decidir con quién hacer negocios. 

¿Qué significarán estas nuevas posturas geopolíticas para una industria de más de 500.000 millones de dólares (468.875 millones de euros) MIT Technology Review ha preguntado a algunos expertos sobre cómo creen que se desarrollará este proceso a lo largo de 2023.  Resumimos sus respuestas. 

El gran impulso de la relocalización

Gracias a la Ley CHIPS y Ciencia, en 2022 EE UU destinó   52.000 millones de dólares (48.763 millones de euros) a la fabricación e investigación de semiconductores. De esa cantidad, 39.000 millones de dólares (36.572 millones de euros) se utilizarán para financiar la construcción de fábricas a nivel estatal. Las empresas podrán solicitar esa financiación en febrero de 2023, y las ayudas se irán anunciando de forma continua. 

Parte de la financiación podría utilizarse para ayudar a empresas con fábricas en EE UU a producir los chips militares ya que, durante mucho tiempo, el Gobierno de EE UU ha estado preocupado por los riesgos para la seguridad nacional al obtener los chips en el extranjero. »Se restablecería cada vez más la fabricación dentro de EE UU con el propósito de reconstruir la cadena de suministro de defensa«, afirma Jason Hsu, antiguo legislador en Taiwán, que ahora investiga la intersección de los semiconductores y la geopolítica como catedrático de la Escuela Kennedy de Harvard (EE UU). Hsu señala que las aplicaciones de defensa son una de las razones principales por las que TSMC, el gigante taiwanés de los chips, decidió invertir 40.000 millones de dólares (37.510 millones de euros) en la fabricación en EE UU de los chips de cinco y tres nanómetros, las dos generaciones más avanzadas. 

Aunque la deslocalización de la producción comercial de los chips crea otro problema. Asia produce la mayoría de los chips que se utilizan en los productos de consumo y centros de datos, entre otras aplicaciones comerciales. Es probable que trasladar esa fabricación a EE UU aumente los costes y haga que los chips sean menos competitivos comercialmente, incluso con subsidios gubernamentales. En abril de 2022, Morris Chang, fundador de TSMC, aseguró que los costes de fabricación de chips en EE UU son un 50% más altos que en Taiwán. 

«El problema es que Apple, Qualcomm y Nvidia van a comprar los chips fabricados en EE UU y van a tener que descubrir cómo equilibrar esos costes, porque seguirá siendo más barato conseguir esos chips en Taiwán», según Paul Triolo, vicepresidente sénior de Albright Stonebridge, una empresa de estrategia comercial, dedicada a asesorar a algunas compañías que operan en China. 

Si estas compañías de chips no pueden pagar los costes laborales en EE UU, más altos que los de China, o seguir recibiendo ayudan del Gobierno, lo cual es difícil de garantizar, no tendrán un incentivo para seguir invirtiendo en la producción en EE UU a largo plazo. 

Pero el Gobierno de EE UU no es el único que quiere atraer más fábricas de chips. Taiwán aprobó una ley de subsidios en noviembre para otorgar a las empresas de chips grandes exenciones fiscales. Japón y Corea del Sur hacen lo mismo. 

Woz Ahmed, consultor y exdirectivo de la industria de los chips, en Reino Unido,  espera que las ayudas de la Unión Europea también avancen en 2023. Sin embargo, Ahmed afirma que probablemente no finalicen hasta 2024. »Les llevará más tiempo que a EE UU, debido a la negociación entre todos los estados miembros», resalta el experto. 

Navegando por un mercado restringido

Los controles que EE UU ha implementado en octubre a la exportación de chips y tecnologías avanzadas representaron una escalada importante en el dominio absoluto de China en la industria. Las normas que antes habían prohibido la venta de esta tecnología avanzada a algunas empresas chinas se han ampliado para aplicarse a casi todas las entidades en el país asiático. También hay medidas nuevas, como restringir la venta a China de equipos esenciales para la fabricación de chips. 

Estas políticas colocan a la industria en un desconocido territorio de aplicación. ¿Qué chips y tecnologías de fabricación se considerarán avanzadas? Si una empresa china fabrica tanto los chips avanzados como los de generaciones anteriores, ¿podría obtener tecnologías estadounidenses para los chips de generaciones anteriores? 

A finales de octubre, el Departamento de Comercio de EE UU respondió a algunas cuestiones en una sesión de preguntas y respuestas. Entre otros temas, aclaró que las líneas de producción de los chips menos avanzados pueden evitar las restricciones si están en un edificio separado de la fábrica. Pero aún no está claro cómo, y en qué medida, se harán cumplir las reglas. 

Veremos cómo se desarrolla todo esto en 2023. Puede que las empresas chinas busquen formas de eludir las normas, al menos una ya ha intentado que sus chips parezcan menos avanzados. Las empresas fuera de China también estarán motivadas para encontrar soluciones alternativas, pues el mercado chino es gigantesco y lucrativo. 

«Si no hay personas suficientes para hacer cumplir la ley sobre el terreno, o si no tienen acceso [al mercado], en cuanto la gente se dé cuenta de eso, muchos romperán las reglas«, advierte Ahmed. 

Varios expertos creen que EE UU puede imponer a China aún más restricciones este 2023. Esas normas pueden tomar la forma de más controles de exportación, un proceso de revisión para las inversiones estadounidenses u otras decisiones relacionadas con las industrias adyacentes a los chips, como la computación cuántica. 

Aunque no todos están de acuerdo con esa visión. Chris Miller, profesor de historia internacional de la Universidad de Tufts (EE UU), cree que la administración estadounidense puede parar y concentrarse en las restricciones actuales. »No espero una gran expansión de los controles de exportación de los chips [en 2023]. La administración Biden pasó la mayor parte de los primeros dos años trabajando en esas restricciones. Creo que esperan que la política se mantenga y no tener que hacer cambios durante un tiempo», añade Miller, que escribió el libro Chip War: The Fight for the World’s Most Critical Technology. 

¿Cómo responderá China?

Hasta ahora, el Gobierno chino apenas ha respondido a los nuevos controles de exportación de EE UU, excepto por algunas declaraciones diplomáticas y un litigio jurídico que presentó ante la Organización Mundial del Comercio, que es poco probable que produzca resultados. 

¿Habrá una respuesta más drástica próximamente? La mayoría de los expertos creen que no. China no parece tener una ventaja tan grande dentro del sector de los chips como para devolver el golpe a EE UU con sus propias restricciones comerciales. »Los estadounidenses poseen suficiente tecnología básica para poder [usarla] contra los que están más abajo en la cadena de suministro, como los chinos. Entonces, por definición, eso significa que [China no tiene] herramientas para tomar represalias», opina John Lee, director de East West Futures Consulting. 

Sin embargo, China controla el 80% de la capacidad de refinación mundial de materiales de tierras raras. Estos son esenciales para fabricar productos militares, por ejemplo: piezas para aviones de combate y componentes de dispositivos de consumo diario, como baterías y pantallas. Restringir las exportaciones proporcionaría a China cierta influencia. La administración china también podría sancionar a algunas empresas estadounidenses, sean de la industria de los chips o no, para enviar un mensaje. 

Hasta ahora, China no parece interesada en quemar puentes en lo que respecta a los semiconductores. »Creo que los líderes chinos se dieron cuenta de que ese enfoque será tan costoso para China como para Estados Unidos», indica Miller. La actual industria china de los chips no puede sobrevivir sin trabajar con la cadena de suministro global: depende de otras empresas en otros países para las máquinas de litografía, la propiedad intelectual de los chips centrales y las obleas. Por lo tanto, evitar represalias agresivas que envenenan aún más el entorno comercial es «la estrategia más inteligente para China», señala el profesor. 

En vez de devolver el golpe a EE UU, es probable que China se centre más en apoyar la industria nacional de los chips. Se ha informado que China podría anunciar un paquete de apoyo de un billón de yuanes (133.875 millones de euros) para las empresas nacionales en el primer trimestre de 2023. Ofrecer ayudas generosas es un método que ha ayudado a impulsar la industria china de semiconductores en la última década. Pero queda la cuestión de cómo asignar esas ayudas de manera eficiente y a las empresas adecuadas, en especial después de que la eficiencia del fondo de inversión en los chips del Gobierno de China fuera cuestionada en 2022 y sacudida por investigaciones de corrupción de alto nivel. 

La cuestión de Taiwán

Estados Unidos no está al mando de todo. Para lograr un bloqueo tecnológico de los chips debe coordinarse con los gobiernos que controlan los procesos clave de fabricación que China no puede reemplazar con alternativas nacionales. Estos incluyen a Países Bajos, Japón, Corea del Sur y Taiwán. 

No será tan fácil como parece porque, a pesar de sus diferencias ideológicas con China, estos lugares también tienen un interés económico en mantener la relación comercial. 

Según informan, Países Bajos y Japón acordaron contemplar algunas de las normas de control de exportaciones de EE UU en sus propios países. Pero el problema está en los detalles. »Por supuesto, hay voces que apoyan a los estadounidenses en esto. Pero también hay voces bastante fuertes que argumentan que seguir a los estadounidenses y cerrar el paso sería malo para los intereses europeos«, afirma Lee, que reside en Alemania. Peter Wennink, CEO de la empresa holandesa de equipos de litografía ASML, que su empresa «se sacrificó» por los controles de exportación mientras que las empresas estadounidenses se beneficiaron. 

Esas fisuras entre países pueden agrandarse con el paso del tiempo. »La historia de estas coaliciones de restricción tecnológica muestra que son complejas de gestionar a lo largo del tiempo y requieren una administración activa para mantenerlas funcionales», asegura Miller. 

Taiwán se encuentra en una posición especialmente incómoda. Debido a su proximidad geográfica y relación histórica, su economía está enredada con la de China. Muchas empresas taiwanesas de chips, como TSMC, venden a empresas chinas y construyen fábricas allí. En octubre, EE UU otorgó a TSMC una exención de un año de las restricciones a la exportación, pero es posible que dicha exención no se renueve tras expirar en 2023. Además, un conflicto militar entre Pekín (China) y Taipéi (Taiwán) puede descarrilar todas las actividades de fabricación de chips, pero la mayoría de los expertos no ven que eso suceda a corto plazo.  

«Entonces, las empresas taiwanesas deben protegerse de las incertidumbres», resalta Hsu. Esto no significa que retiren de todas sus operaciones en China, pero pueden considerar invertir más en instalaciones en el extranjero, como las dos fábricas de chips que TSMC planea construir en Arizona (EE UU). 

A medida que la industria de los chips de Taiwán se acerca a EE UU y solidifica su alianza sobre el control de exportaciones, la industria de los semiconductores, antes globalizada, está un paso más cerca de la separación ideológica. »Nos adentraremos en dos mundos de los chips», opina Hsu. Estados Unidos y sus aliados representan uno de esos mundos, el otro lo comprenden China y varios países del sudeste asiático, Medio Oriente, Eurasia y África, donde China está presionando para que se adopten sus tecnologías. Los países que tradicionalmente han confiado en la ayuda financiera y los acuerdos comerciales de China probablemente aceptarán sus estándares para construir una infraestructura digital, según Hsu. 

Aunque se desarrollaría muy despacio, Hsu cree que este desacoplamiento empieza a parecer inevitable. Los gobiernos deberán comenzar a hacer planes de contingencia para cuando esto suceda, concluye el experto: «El plan B debería ser: ¿cuál es nuestra estrategia con China?» 

Fuente: www.technologyreview.es