Para la inmensa mayoría de usuarios de iPhone o en general de cualquier dispositivo electrónico con un microprocesador, el proceso litográfico de fabricación es una característica técnica desconocida, difícil de entender, y por lo tanto irrelevante, a pesar de que es uno de los aspectos más importantes de cualquier chip. Aunque el proceso es mucho más complicado, se trata de medir lo pequeños que son los componentes dentro del encapsulado, en donde hay una pequeña parte recortada de una oblea (como una tortita muy fina) hecha de un material semiconductor como el silicio. De aquí viene el famoso nombre de Silicon Valley (valle del silicio) y por esa razón los semiconductores son tan importantes hoy en día. Aunque muchos no lo saben, estas obleas se esculpen a tamaños increíblemente pequeños utilizando luz ultravioleta. Más concretamente, se trata de una litografía ultravioleta extrema (también conocida como UVE, LUVE o EUV, EUVL, por sus siglas en inglés). Conseguir que estos chips tan pequeños salgan bien es todo un pequeño milagro. Conseguir que salgan los suficientes utilizables en una oblea como ésta que tienes abajo, con miles de millones de transistores de un tamaño de sólo 3 nanómetros metidos todos en unos pocos centrímetros, es toda una hazaña tecnológica de la humanidad.
Apple utiliza actualmente un proceso de 3 nanómetros. Fue la primera en utilizarlo en el año 2023, y ahora año y medio después muy pocos fabricantes en el mundo lo pueden utilizar, porque la capacidad de fabricación de chips con un proceso de fabricación de 3 nanómetros es muy limitada. La empresa líder en conseguir esta hazaña tecnológica es TSMC, y Apple les ha comprado la inmensa mayoría de su capacidad de fabricación a este tamaño de 3 nanómetros. Apple ha pagado y paga miles de millones de dólares al año por esto.
¿Por qué es tan importante conseguir fabricar chips con transitores cada vez más pequeños?
La respuesta a esta pregunta es sencilla. Cuanto más pequeños sean los transistores, menos energía necesitan para funcionar. Eso permite conseguir consumos más bajos, y por lo tanto, baterías que duran más en ordenadores portátiles, en smartphones como el iPhone… y si se trata de un ordenador de sobremesa, consumos muy bajos con apenas ruido, porque no es necesario tener ventiladores que parecen un reactor nuclear ventilando el calor que sale del disipador sobre el chip. Combinar la arquitectura ARM y un proceso de fabricación de sólo 3 nanómetros es lo que ha permitido a Apple conseguir que el Mac mini con M4, por ejemplo, sea más rápido que un Mac Studio con M2 Ultra tan sólo un año y medio después. Recordemos que el M2 Ultra son dos M2 Max funcionando en paralelo, y la línea Max de procesadores está a su vez por encima de la línea Pro. Un año y medio más tarde un chip de la línea Pro es más rápido que un Ultra de tan sólo dos generaciones anteriores. Es un salto enorme de rendimiento en tan poco tiempo, y gran culpa de ese salto la tiene el proceso de fabricación litográfico. El M2 Ultra utiliza un proceso de 5 nanómetros, mientras que el M4 Pro utiliza un proceso de 3 nanómetros.
Por supuesto, fabricar chips con transistores de 3 nanómetros es más caro que fabricarlos con 5. La razón es la tasa de errores. En esa oblea con tantos procesadores antes de ser cortados, hay unos cuantos que no funcionan bien, por muchas razones. Una impureza mínima en el silicio, una mota de polvo… cualquier cosa puede causar un pequeño desastre en alguna parte del chip que impide que funcione bien. En algunas ocasiones, es un desastre total, y ese chip no se puede utilizar. En otras ocasiones, se puede deshabilitar esa parte del chip y utilizar el resto. Esta es la razón por la que Apple vende sus chips M1, M2, M3 o M4 con menos núcleos en sus máquinas menos caras… en realidad, tienen más núcleos de CPU y de GPU, pero algunos de ellos no han conseguido funcionar por haber salido defectuosos, y por eso han sido habilitados. A cambio, se venden más baratos. Esta técnica no es exclusiva de Apple y hace muchos años que muchos fabricantes de chips la utilizan. Se llama chip binning.
Fabricando chips con un proceso de 3 nanómetros hace que estos errores sean más frecuentes, y de hecho lo que impide fabricar transistores aún más pequeños, es simplemente no haber encontrado técnicas de litografía que permitan fabricarlos con una tasa de errores lo suficientemente baja como para que cada chip no sea tan caro. Por otro lado, cuanto más grande es el chip, más probable es que haya errores, y por lo tanto, más caro sale fabricarlo. Es una de las razones por las que un M3 Max es más caro que un M3 Pro o un M3 normal.
Intel, por ejemplo, no ha conseguido bajar de los 5 nanómetros. Han intentado llegar a los 3 nanómetros pero no han sido capaces en muchos años. Por eso ahora piden a TSMC que fabrique sus chips. Samsung sí que ha conseguido y está fabricando chips de 3 nanómetros actualmente, pero esto es bastante reciente, y además lo han conseguido cuando TSMC está a punto de conseguir fabricar en tan sólo 2 nanómetros.
