En un mundo digitalizado, los semiconductores son un componente estratégico esencial (con un valor de mercado de 655.900 millones en 2024, el doble que en 2015) que hacen posibles tecnologías disruptivas clave como la inteligencia artificial, la computación cuántica, la movilidad inteligente o la transición verde.
Las recientes crisis (COVID-19 en 2020 y la guerra de Ucrania en 2022) evidenciaron la debilidad estructural de Europa en semiconductores, con un 80% de proveedores extracomunitarios. Por ello, la UE aprobó en 2023 la Ley Europea de Chips (43.000 millones de inversión vía Chips JU ), con el objetivo de duplicar su cuota mundial de producción al 20% para 2030 , impulsando I+D+i, fabricación y soberanía aseguradora de la inversión como la resistencia clave por la resistencia clave, como la afrontación de retos clave. España, también dependiente, ha lanzado el PERTE Chip (12.250 millones hasta el 2027), alineado con la UE, para fomentar toda la cadena de valor, incluyendo investigación, diseño y, por primera vez, fabricación de microchips.
En el marco del PERTE Chip, las empresas catalanas han logrado captar 27,65 millones de euros (el 52% del total de fondos asignados inicialmente en todo el Estado español) para proyectos de la cadena de valor de la microelectrónica. De los 37 proyectos aprobados, 17 tienen sede en Cataluña, y un 87% de las empresas participantes han recibido soporte directo de ACCIÓ. Entre las firmas que lideran estos proyectos destacan nombres como Qilimanjaro Quantum Tech e Ideaded, referentes en tecnologías cuánticas y diseño de circuitos respectivamente. Cataluña se posiciona así como un potente ecosistema de semiconductores en el sur de Europa , con una sólida red de centros de investigación de excelencia (BSC, ICN2, ICFO, IMB-CNM), universidades y un tejido empresarial de cerca de 260 agentes y 4.600 profesionales.
Para capitalizar estas fortalezas, y dentro de la estrategia del “ tridente innovador catalán ” (cuántica, chips, IA), la Generalitat ha creado la Alianza de Semiconductores y Chips de Cataluña . Esta alianza impulsa una estrategia de fortalecimiento del ecosistema, inversión, infraestructuras, talento y transferencia tecnológica , con el compromiso, expresado por la consejera de Investigación y Universidades, Núria Montserrat , de potenciar la innovación basándose en el conocimiento consolidado de los centros de investigación y grandes infraestructuras: “ Desde el Gobierno continuaremos intenso a escala nacional para ser más competitivos internacionalmente ”.
En un escenario global donde la soberanía en semiconductores define el liderazgo tecnológico y económico, y con Catalunya posicionada con una clara ambición dentro de las estrategias europeas y estatales, la transformación del conocimiento de vanguardia en soluciones industriales es clave. y para asegurar que los avances científicos se traduzcan en innovación tangible en la cadena de valor de los semiconductores.
A modo de ejemplo, presentamos una selección de proyectos de doctorado industrial con un impacto especialmente claro en la industria de los semiconductores . A continuación exploramos cómo cinco empresas catalanas, y algunos de sus proyectos de doctorado industrial, están contribuyendo a fortalecer la cadena de valor de los semiconductores ya proyectar Cataluña como un polo de innovación en este campo. El orden en que los presentamos intenta reflejar una progresión conceptual por una cadena de valor extendida, desde los elementos más físicos y fundamentales (materiales, fabricación de base) hacia las herramientas de soporte (metrología) y, por último, el diseño y desarrollo de dispositivos avanzados y tecnologías emergentes (cuántica, fotónica).
IDEADED , fundada en 2015, es una empresa catalana de tecnología profunda (deep tech) especializada en el desarrollo de semiconductores basados en semiconductores alternativos al silicio , con aplicaciones en el ámbito de la Internet de las Cosas (IoT). La compañía con sede en Viladecans (Baix Llobregat), participa en el Plan de Doctorados Industriales desde 2022 con cinco proyectos.
Uno de sus proyectos de doctorado industrial, “ Fabricación y optimización de películas finas para dispositivos electrónicos avanzados ”, trabaja en la innovación de materiales y procesos de fabricación (Front-end) . La investigación se centra en el estudio y optimización de nuevos materiales semiconductores como los orgánicos y los Dicalcogenuros de Metal de Transición (TMDs), que prometen superar las limitaciones del silicio. Estos materiales requieren métodos de fabricación ( Front-end ) de alta precisión para crear películas finas puras y uniformes (¡algunas con un grueso de pocos átomos!), un reto directo que el proyecto aborda desde los cimientos hasta su integración industrial en circuitos.
Con sus instalaciones de sala blanca , IDEADED demuestra una capacidad tangible en este segmento. Llevar estos materiales de vanguardia a la producción industrial presenta retos importantes : es necesaria una pureza, uniformidad, estructura y control de espesor a escala atómica. La doctoranda industrial Natalia Salvat Lozano dedica su investigación a superar estas barreras, optimizando todo el proceso de fabricación para su integración industrial.
En paralelo a la búsqueda de materiales, IDEADED afronta la decoherencia cuántica (la pérdida de información en los qubits ) mediante el proyecto de Doctorado Industrial “ Reducción de los efectos de la decoherencia cuántica en qubits a través de control cuántico óptimo en el tiempo ”. Lucas García Gonzalo, doctorando industrial del proyecto, desarrolla protocolos de control cuántico óptimo para maximizar las operaciones de los qubits e identificar el hardware más adecuado para los futuros procesadores cuánticos de IDEADED . Este trabajo en diseño funcional y software de control es clave para el avance del hardware cuántico, dependiendo de la tecnología de semiconductores. En resumen, el proyecto está resolviendo un problema fundamental que debe ser superado para que los chips cuánticos puedan llegar a ser una realidad operativa.
Sensofar Tech: precisión nanométrica en el control de calidad de la industria de chips
En la fabricación de semiconductores, donde la perfección a escala casi atómica es un requisito indispensable, la metrología óptica de alta precisión se convierte en una herramienta esencial. Sensofar Tech , participante del Plan DI desde 2018 con tres doctorados industriales, es un referente en desarrollo, fabricación y comercialización de instrumentos de metrología de superficies 3D de alta gama, ofreciendo también consultoría especializada.
El proyecto “ Desarrollo e implementación de técnicas ópticas por la medida tridimensional en grandes áreas de superficies de elevada rugosidad ” se centra en mejorar tanto el hardware como los algoritmos de técnicas consolidadas , además de explorar sistemas ópticos no convencionales y métodos de medida ultrarrápidos. La investigación, liderada por el doctorando industrial Narcís Vilar Solé, desarrolla nuevas técnicas ópticas avanzadas para medir con precisión y velocidad la rugosidad tridimensional en superficies extensas , especialmente aplicable a sectores industriales como la automoción, la fabricación aditiva y los semiconductores. Un proyecto con impacto directo en la fabricación de equipos para la producción de semiconductores, ya que los sistemas de metrología resultantes son esenciales para el control de calidad exhaustivo durante las etapas de fabricación y en los procesos de ensamblaje, prueba y empaquetado de los chips.
Un segundo proyecto complementario, “ Estudio e implementación de técnicas óptico computacionales avanzadas aplicadas en sistemas de metrología óptica de superficies ”, busca superar las limitaciones actuales e investigar nuevos paradigmas para funcionalidades hasta ahora inalcanzables . Olena Zhukova, la doctoranda industrial, pretende es expandir las fronteras de lo posible medir, “ver” detalles más pequeños con más claridad. Para ello, debe superar las limitaciones físicas inherentes a las tecnologías ópticas actuales y explorar nuevos paradigmas que aporten funcionalidades hasta ahora no disponibles.
Ambos proyectos, a pesar de que Sensofar proyecta más doctorados industriales en esta línea, refuerzan el segmento de equipamientos en la cadena de valor de los semiconductores . El desarrollo de equipos de metrología óptica más avanzados y versátiles es crucial para el control exhaustivo en las etapas de fabricación (front-end y back-end), así como en los procesos de ensamblaje, prueba y empaque (ATP), lo que permite a Cataluña no sólo ser usuaria sino también proveedora de tecnología de inspección de alta gama a escala global.
Qilimanjaro Quantum Tech: diseño y habilitación de procesadores cuánticos, una aplicación de alto valor de la computación cuántica
La computación cuántica representa una de las fronteras tecnológicas más prometedoras, y Cataluña cuenta con actores como Qilimanjaro Quantum Tech , una empresa pionera en el desarrollo de ordenadores cuánticos basados en circuitos superconductores. Nacida en 2019 como spin-off del Barcelona Supercomputing Center (BSC), el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y la Universidad de Barcelona (UB), desarrolla nueve proyectos de doctorado industrial desde 2020. Su ambición es crear el primer ordenador cuántico comercial en nuestro territorio y situarse en Europa . Muestra de este liderazgo es su participación clave en la puesta en marcha de computadores cuánticos en el Barcelona Supercomputing Center (BSC), como el recientemente operativo “ Ona ” (integrado en el MareNostrum 5), y su rol en el desarrollo de un futuro sistema para la red cuántica europea EuroHPC JU, hitos que posicionan a Barcelona como .
Estos dispositivos, que utilizan los principios de la mecánica cuántica para resolver problemas actualmente intratables , requieren procesos de fabricación de alta precisión similares a los de la industria de los semiconductores para la creación de sus procesadores. Qilimanjaro adopta un enfoque integral ( full stack ) que abarca desde el hardware hasta los algoritmos. Marta Pascual, CEO de Qilimanjaro, explica que la empresa “ aborda todas las capas necesarias para un ordenador cuántico funcional, desde las aplicaciones hasta la misma producción del chip ”; además, a pesar de no fabricar semiconductores por sí, desarrollan “ otro tipo de chips que complementa a los semiconductores ”.
Uno de los proyectos clave, liderado por la doctoranda Ana Palacios , es “ Herramientas teóricas para el estudio y mejora de procesos de annealing cuántico ” y tiene como objetivo proporcionar las bases formales y las herramientas necesarias para analizar y optimizar los procesos de annealing cuántico (un modelo de computación cuántica) en los dispositivos experimentales. La búsqueda de Palacios es, en esencia, desarrollar las mejores estrategias para que los ordenadores cuánticos de Qilimanjaro , que funcionan con circuitos superconductores, puedan resolver problemas de optimización de la forma más rápida y precisa posible.
Directamente enfocado en el procesador cuántico, el doctorando industrial Christian Hensel lidera el proyecto " Superconducting flujo qubit circuits for quantum annealing ". Su proyecto se centra en el diseño y optimización de qubits de flujo superconductores (recordemos que los qubits son los “átomos artificiales” que constituyen la unidad básica de un ordenador cuántico). Hensel explora un amplio abanico de posibles “arquitecturas” o diseños para estos qubits, para mejorar su tiempo de coherencia (un factor clave para la potencia de cálculo cuántico). Así, la fabricación de estos complejos circuitos superconductores se realiza con técnicas muy avanzadas que son heredadas y adaptadas de las que se utilizan para fabricar los chips convencionales.
Luxquanta Technologies: fotónica integrada en comunicaciones cuánticas seguras
Ante la amenaza que la computación cuántica supone para los sistemas criptográficos actuales, la seguridad de las comunicaciones es un desafío de primer orden . En este contexto, LuxQuanta Technologies , empresa catalana constituida en mayo de 2021 como spin-off del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), se posiciona como un actor clave para desarrollar soluciones innovadoras para comunicaciones seguras. La actividad principal de LuxQuanta, participante del Plan DI desde 2022 con dos doctorados industriales, se centra en el desarrollo y comercialización de sistemas de Distribución Cuántica de Claves (QKD) . Estos sistemas, fundamentados en los principios de la física cuántica en lugar de la complejidad algorítmica, proporcionan un método de intercambio de claves criptográficas teóricamente inviolable, esencial para las comunicaciones que requieren los más altos niveles de seguridad.
Su proyecto de doctorado industrial “ Sistemas de distribución cuántica de claves basados en óptica integrada ”, liderado por la doctoranda industrial Elisabeth Llanos , es un claro ejemplo de esta apuesta. Su investigación se centra en la caracterización, diseño y optimización de Circuitos Fotónicos Integrados (PICs) destinados a sistemas de Distribución Cuántica de Claves (QKD) de Variable Continua. Dicho de otra forma, un PIC es como un laboratorio óptico completo, con todos sus componentes integrado en un chip de pocos milímetros. Estos sistemas permiten intercambiar claves criptográficas con una seguridad garantizada por las leyes de la mecánica cuántica. La integración de estos sistemas en chips fotónicos es clave para su escalabilidad, reducción de costes y estandarización.
El proyecto, de naturaleza iterativa, implica no sólo la caracterización de los PIC, sino también su diseño y rediseño, así como el desarrollo de la electrónica de control asociada. Esta tarea tiene un impacto directo en las etapas de Diseño y Testing (ATP) de la cadena de valor de los semiconductores , y está íntimamente ligada a la fabricación de componentes fotónicos, un campo donde la tecnología semiconductora es la base de producción. Como subraya Vanesa Diaz , CEO de LuxQuanta, la aportación estratégica de estos proyectos permite “ optimizar los productos actuales y trabajar en la siguiente generación tecnológica ”, lo que les permitirá “ consolidarnos como líderes globales, situándonos entre las tres o cinco principales empresas del sector ”.
QUSIDE TECHNOLOGIES: aleatoriedad cuántica en chips fotónicos y ciberseguridad
La fortaleza de la ciberseguridad en la era cuántica no consiste únicamente en la forma en que se distribuyen las claves criptográficas, aspecto clave que hemos visto en el proyecto anterior. Otro pilar fundamental es la calidad y la impredecibilidad de los números aleatorios que se utilizan para generar claves criptográficas inviolables , hasta las simulaciones científicas más complejas. En este ámbito, la empresa catalana QUSIDE , nacida en 2017 como spin-off del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), aprovecha los fenómenos cuánticos para generar esta aleatoriedad de la máxima calidad posible , encapsulando esta tecnología en innovadores chips fotónicos. La empresa participa activamente en el Plan de Doctorados Industriales desde 2019 con tres doctorados industriales.
Uno de sus proyectos de doctorado industrial, titulado “ Dinámica de fuentes de entropía cuántica de alta velocidad en InP ”, profundiza precisamente en la física y la ingeniería de estos dispositivos. Berta Martínez Pàmies, la doctoranda industrial al frente de la investigación, analiza desde una doble perspectiva (teórica y experimental) el comportamiento complejo y rápido de las Fuentes de Entropía Cuántica (QES) de alta velocidad. Estos sistemas se basan en Circuitos Fotónicos Integrados (PICs), cuyos laboratorios ópticos miniaturizados hemos hablado antes. Estos PICs, en este caso, están fabricados sobre Fosfuro de Indio (InP), un material semiconductor clave especialmente adecuado para aplicaciones que utilizan la luz. El objetivo de la investigación es entender a fondo el comportamiento de componentes esenciales dentro de estos chips, como las fuentes de luz láser diminutas integradas (láseres semiconductores ensamblados), para determinar las condiciones de funcionamiento óptimas que permitan maximizar la generación de aleatoriedad cuántica de la máxima calidad.
Los resultados de esta investigación serán cruciales para producir versiones mejoradas de sus dispositivos de generación de aleatoriedad cuántica, haciéndolas más rápidas y eficientes . Así, este proyecto impacta de lleno en múltiples etapas de la compleja cadena de valor de los semiconductores, especialmente en su extensión hacia la fotónica integrada. De hecho, QUSIDE ya comercializa un chip semiconductor que ostenta el récord de ser el más rápido del mercado en su categoría, generando 1 gigabit de números aleatorios por segundo.
Como hemos podido comprobar a través de estos ejemplos concretos, el Plan de Doctorados Industriales se manifiesta como pieza clave en la estrategia de Cataluña para fortalecer su ecosistema de semiconductores . La capacidad de empresas como IDEADED, Sensofar Tech, Qilimanjaro Quantum Tech, Luxquanta Technologies y QUSIDE para abordar retos tecnológicos de vanguardia, impulsando la investigación en materiales, equipamiento, diseño y aplicaciones cuánticas, se ve potenciada por este programa de colaboración. Más allá de los avances individuales, el conjunto de estos proyectos refleja un ecosistema en construcción, en el que la transferencia de conocimiento y la formación de talento especializado son fundamentales para la soberanía tecnológica y el progreso industrial del país.
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Entendiendo los Semiconductores
En esencia, un semiconductor es un material con propiedad eléctrica intermedia: conduce la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un conductor. Su magia radica en la capacidad de controlar con gran precisión esta conductividad eléctrica. Esta característica permite fabricar los transistores, que son los componentes básicos de los chips. Los transistores actúan como interruptores diminutos que pueden activarse o desactivarse para controlar el flujo de corriente eléctrica. La posibilidad de "sintonizar" el paso de la corriente es fundamental para el diseño y funcionamiento de toda la electrónica moderna.
En pocas palabras, los semiconductores son la base sobre la que se construye toda la tecnología digital, desde los dispositivos más cotidianos como teléfonos móviles hasta los sistemas más complejos de inteligencia artificial o computación cuántica.
La relevancia de esta industria, nacida en 1947, se ha acentuado con las recientes disrupciones de suministro y tensiones geopolíticas, revelando su compleja y fragmentada cadena de valor global (¡la fabricación de un chip puede requerir 1.500 pasos!). Más aún, como señala un informe del Center for Strategic & International Studies (CSIS), la concentración de la fabricación más avanzada 'principalmente en la isla de Taiwán […] representa una vulnerabilidad estratégica significativa'. Incluso algunos expertos hablan de una nueva era de guerra tecnológica, en la que los semiconductores constituyen el “campo de batalla” central por la supremacía global.
