Cómo la GPU que entrena a ChatGPT recorre medio planeta antes de encenderse
(Este artículo forma parte del capítulo 15 de mi libro: «¿Qué hacen por nosotros los semiconductores? El petróleo del siglo XXI«)
Si hoy preguntamos a una inteligencia artificial (IA) una duda técnica o pedimos a un modelo generativo que escriba un texto, se encuentra una de las máquinas más complejas jamás construidas por el ser humano: la GPU moderna. Estas unidades de procesamiento gráfico, originalmente diseñadas para procesar videojuegos, se han convertido en el corazón de la revolución de la IA. Sin embargo, pocas personas son conscientes de que antes de ejecutar una sola operación matemática, cada uno de esos chips ha recorrido literalmente medio planeta.
El proceso de fabricación de una GPU avanzada implica una cadena industrial extraordinariamente fragmentada: materias primas extraídas en varios continentes, procesos químicos especializados, maquinaria ultraprecisa producida en unos pocos países y fábricas de semiconductores que concentran décadas de know-how tecnológico. Como resultado, un solo chip puede cruzar más de 70 fronteras internacionales durante su fabricación y recorrer alrededor de 40.000 kilómetros antes de llegar a un centro de datos.
Este viaje no es una curiosidad logística: es la manifestación física de la globalización tecnológica. La industria de los semiconductores se ha convertido en una red global extremadamente especializada donde cada país domina solo un eslabón concreto del proceso. Un fallo en cualquiera de ellos —una crisis geopolítica, un terremoto, una interrupción energética o una restricción comercial— puede detener toda la cadena.
En este contexto, comprender el recorrido de una GPU permite entender algo mucho más profundo: cómo funciona realmente la economía digital y por qué los chips se han convertido en uno de los activos estratégicos más importantes del siglo XXI.
Este artículo explora ese viaje extraordinario, desde la arena de cuarzo hasta el centro de datos, y revela la geografía industrial que hace posible la IA.
1. Todo comienza en la arena
El origen de un chip de IA (o de cualquier otro uso) no está en una fábrica ultramoderna, sino en algo mucho más humilde: la arena de cuarzo. El silicio que constituye la base de los semiconductores procede de depósitos minerales extraídos en distintos países, entre los que destacan China, Brasil y Noruega. Tras su extracción, el cuarzo se funde en hornos eléctricos a temperaturas cercanas a 1.800 °C, produciendo silicio metalúrgico con una pureza cercana al 98 %. Ese material resulta adecuado para aplicaciones como las aleaciones de aluminio, pero todavía está muy lejos del nivel de pureza requerido por la industria microelectrónica. Los chips necesitan una pureza extraordinaria: más del 99.9999999 % de pureza, conocido como silicio de grado electrónico.
Aquí aparece el primer gran nodo geográfico de la cadena de suministro. Una parte significativa de la producción mundial de silicio de grado electrónico se encuentra en China, donde los bajos costes energéticos favorecen un proceso industrial extremadamente intensivo en energía eléctrica, además de unos costes laborales claramente inferiores a los de otras regiones del planeta, tal y como detalla este documento. El resultado de este proceso es un material de una pureza extraordinaria, que constituye el punto de partida real para la fabricación de obleas de semiconductor.
2. Materiales críticos: la química invisible del chip
Aunque el silicio es el protagonista, no es el único ingrediente. La fabricación de semiconductores depende de numerosos materiales críticos cuya producción está altamente concentrada geográficamente. Algunos de ellos son las tierras raras, elementos esenciales para numerosos componentes electrónicos y magnéticos. China domina tanto la extracción como, sobre todo, el refinado químico de estos materiales, controlando aproximadamente el 90 % del procesamiento global.
Otro elemento químico clave es el neón, utilizado en los sistemas láser de litografía que permiten grabar circuitos en los chips. Antes de la invasión rusa de Ucrania en 2022, alrededor del 70 % del neón utilizado por la industria de semiconductores procedía de Ucrania, ya que se obtenía como subproducto de la industria siderúrgica.
A esto se suman una sustancias denominadas fotorresinas, materiales químicos extremadamente sofisticados que reaccionan a la luz durante el proceso de litografía. La producción de estos compuestos está dominada por diversas empresas japonesas, que concentran gran parte de la oferta mundial. Esta diversidad de materiales y especializaciones explica por qué la cadena de suministro de los chips se extiende a lo largo de numerosos países.
3. Japón y el arte de crecer cristales perfectos
Una vez obtenido el silicio purificado, el siguiente paso consiste en transformarlo en cristales monocristalinos gigantes. Este proceso se realiza mediante el método Czochralski, en el que el silicio fundido se solidifica lentamente alrededor de una semilla cristalina. El resultado es un cilindro de silicio monocristalino denominado lingote (ingot) que puede alcanzar varios metros de longitud y unos 300 mm de diámetro, el tamaño estándar de las obleas modernas.
Empresas japonesas dominan esta fase del proceso y controlan aproximadamente más de la mitad del mercado mundial de obleas de silicio. La calidad de estos cristales es crítica. Una vibración microscópica, una impureza o un gradiente térmico mal controlado pueden reducir drásticamente el rendimiento de los chips producidos a partir de la oblea. En otras palabras: antes de que exista un transistor, ya hay una enorme cantidad de ciencia y precisión acumuladas.
4. Taiwán: el corazón de los chips de vanguardia
Tras múltiples viajes entre continentes, las obleas terminan en el lugar donde realmente nace el chip moderno: la fábrica de semiconductores. En el caso de las GPUs más avanzadas utilizadas para IA, ese lugar es casi siempre Taiwán, donde se encuentra TSMC, la mayor foundry de semiconductores del mundo.
El proceso de fabricación de la GPU es extraordinariamente complejo. Cada oblea atraviesa más de 500 etapas de proceso, que incluyen deposición de materiales, grabado químico, implantación iónica, múltiples ciclos de litografía, etc. Esta fase puede durar entre tres y cuatro meses, durante los cuales se construyen miles de millones de transistores dentro de cada chip.
La maquinaria utilizada para estos procesos representa otra maravilla tecnológica. Por ejemplo, las máquinas de litografía ultravioleta extrema (EUV) fabricadas por ASML en los Países Bajos son capaces de proyectar circuitos nanométricos utilizando plasma generado a partir de diminutas gotas de estaño vaporizadas por láseres de altísima potencia. Sin esta maquinaria, y sin la compleja red de proveedores europeos, asiáticos y estadounidenses que la hacen posible, los chips más avanzados simplemente no podrían existir.
A medida que la tecnología de semiconductores avanza hacia el uso de nodos más pequeños, el número de pasos de máscara necesarios para producir los chips aumenta de forma desproporcionada. Por ejemplo, mientras que una oblea con un nodo de proceso de 65 nm puede requerir unas 40 pasos de máscara para completarse, un nodo de proceso de vanguardia de 5 o 3 nm requiere hasta 110 pasos de máscara.
5. Corea del Sur y la memoria que alimenta la IA
Una GPU moderna no funciona sola. Para entrenar modelos de IA necesita enormes cantidades de memoria de alta velocidad, conocida como HBM (High Bandwidth Memory). Esta memoria se produce casi exclusivamente en Corea del Sur, donde empresas como SK Hynix y Samsung dominan casi por completo el mercado. En particular, SK Hynix controla una parte sustancial del suministro global de HBM, un componente crucial para el rendimiento de los sistemas de IA actuales.
6. Vuelta a Taiwan: empaquetado tridimensional
Tras su fabricación, estos módulos de memoria se envían nuevamente a Taiwán, donde se integran junto con la GPU mediante técnicas avanzadas de empaquetado tridimensional. Este es otro paso que en los últimos tiempos ha demostrado ser extraordinariamente complejo y es uno de los factores clave que determinan las propiedades y el rendimiento de los chips de IA.
TSMC ha desarrollado una tecnología de empaquetado avanzado 2.5D denominada CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate, chip sobre oblea sobre sustrato) y permite la integración de múltiples chips, como GPU, CPU y HBM en un único sustrato de silicio para obtener alta velocidad, baja latencia y gran eficiencia energética. Los aspectos clave de esta tecnología son, en esencia, una arquitectura que permite apilar circuitos lógicos y de memoria HBM horizontalmente, ofreciendo una alta densidad de interconexión mediante vías a través del silicio (TSV) y microbumps de indio. Esto permite mayor ancho de banda y menor consumo de energía, crucial para aceleradores de IA y centros de datos.
La arquitectura CoWoS abarca tanto configuraciones de apilamiento horizontal 2.5D como de apilamiento vertical 3D, lo que revoluciona el paradigma tradicional del encapsulado de chips. Este enfoque innovador permite apilar varios módulos de procesador y memoria capa por capa, creando chiplets que se interconectan para formar un sistema cohesionado. Al aprovechar las TSV y los microbump, la tecnología CoWoS facilita longitudes de interconexión más cortas, un menor consumo de energía y una mayor integridad de la señal en comparación con las metodologías de encapsulado 2D convencionales. En esencia, CoWoS actúa como una “miniplaca base”, acercando los chips lógicos y la memoria para aumentar el ancho de banda y reducir el consumo de energía. La imagen muestra un corte transversal de un sistema completado con tecnología CoWoS.
7. El último viaje: ensamblaje y distribución
Una vez fabricados y empaquetados, los chips todavía no están listos para trabajar. En muchos casos, deben pasar por instalaciones de prueba y validación ubicadas en países como Malasia o Filipinas. Posteriormente pueden enviarse a China u otros centros industriales para el ensamblaje final. Solo entonces comienzan el último tramo del viaje: el transporte hacia centros logísticos y finalmente hacia los centros de datos que alimentan los servicios digitales del planeta. Sumando todos estos desplazamientos, un único chip puede recorrer más de 40.000 km. y cruzar más de 70 fronteras antes de ponerse en funcionamiento.
Este largo viaje revela algo fundamental: la industria de los semiconductores es probablemente la cadena de suministro más compleja jamás creada. Cada eslabón depende de un pequeño número de empresas altamente especializadas y de infraestructuras industriales que han tardado décadas en desarrollarse. Un problema en cualquiera de estos puntos —un terremoto en Taiwán, restricciones comerciales sobre materiales críticos o, ahora, interrupciones logísticas motivadas por la guerra en Irán— puede tener efectos globales. La IA, los smartphones, los automóviles modernos y buena parte de la economía digital dependen de esta delicada red de fábricas, laboratorios y rutas comerciales.
Conclusión: el verdadero mapa de la IA
Cuando pensamos en IA solemos imaginar algoritmos, datos y software. Pero la realidad es que detrás de cada modelo de IA hay una infraestructura física extraordinaria: minas, refinerías, fábricas de obleas, máquinas de litografía, centros de ensamblaje y enormes centros de datos. El viaje de una GPU o una HBM, desde la arena hasta el centro de datos, es el reflejo de esa infraestructura global. Un recorrido de decenas de miles de kilómetros que conecta minas en Sudamérica, refinerías en Asia, fábricas japonesas, laboratorios europeos y centros de datos repartidos por todo el plantea.
En cierto sentido, cada vez que interactuamos con una IA estamos utilizando el resultado de una de las cadenas industriales más sofisticadas y globalizadas que la humanidad haya construido jamás. Un viaje tecnológico que atraviesa continentes, antes de terminar en un simple clic.
Los más de 70 cruces fronterizos crean más de 70 oportunidades de fallo. Una sola ruptura en la cadena, ya sea la desconexión de TSMC, los retrasos en la producción de SK Hynix, las restricciones en el suministro de fotorresinas procedentes de Japón o la falta de energía en un centro de datos, tiene repercusiones en todo el sistema. Empresas como OpenAI apuestan por que esta cadena de suministro continúe sin interrupciones durante los próximos años. La historia sugiere que eso es optimista.
Para finaliza, os he preparado un vídeo que resume el contenido del artículo con NotebookLM:
Un poco de ciencia, por favor 