The factory decides what comes after siliconLa fábrica decide qué viene después del silicio
25 slides · 22 min · 2026-07-22language
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HanademiPlatzi
A 300 mm wafer offers 9x the nominal area of 100 mm.
The leading roadmap combines 5 directions instead of choosing 1 replacement.
TSMC spent US$29.8 billion on capital expenditure in 2024.
Una oblea de 300 mm ofrece 9 veces el área nominal de 100 mm.
La principal hoja de ruta combina 5 líneas en vez de elegir 1 reemplazo.
TSMC gastó US$29,8 mil millones en inversión de capital en 2024.
Factory economics begin with usable wafer area. A 300 mm wafer provides 70,686 mm², which is 9x the nominal area of 100 mm. That scale can spread processing cost across far more devices. A challenger must capture the geometry without losing uniformity or yield.
La economía fabril comienza con el área útil de oblea. Una oblea de 300 mm proporciona 70.686 mm², 9 veces el área nominal de 100 mm. Esa escala puede repartir el costo de proceso entre muchos más dispositivos. Un competidor debe capturar la geometría sin perder uniformidad ni rendimiento.
This is not one challenger facing silicon. CNTs target transistor channels, while GaN and SiC excel in demanding power roles. Two-dimensional materials open another set of possibilities. The vocabulary already suggests a portfolio outcome.
No hay un solo competidor frente al silicio. Los CNT apuntan a canales de transistores, mientras GaN y SiC destacan en potencia exigente. Los materiales bidimensionales abren otras posibilidades. El vocabulario ya sugiere un resultado de cartera.
Silicon is not standing still. TSMC capital expenditure rose from US$14.9 billion in 2019 to US$36.3 billion in 2022, then remained US$29.8 billion in 2024. Intel reported about US$25.8 billion in 2023. A faster device must compete with this continuing learning machine.
El silicio no está inmóvil. La inversión de TSMC subió de US$14,9 mil millones en 2019 a US$36,3 mil millones en 2022 y siguió en US$29,8 mil millones en 2024. Intel reportó cerca de US$25,8 mil millones en 2023. Un dispositivo más rápido debe competir con esta máquina de aprendizaje continuo.
A functioning prototype is only the first flight. Automotive qualification defines operating grades up to 150°C. Real approval also tests voltage, lots, time, and failure mechanisms. Laboratory speed cannot substitute for this evidence.
Un prototipo funcional es solo el primer vuelo. La calificación automotriz define grados de operación de hasta 150°C. La aprobación real también prueba voltaje, lotes, tiempo y mecanismos de falla. La velocidad de laboratorio no sustituye esta evidencia.
This is a simplified model, not a factory forecast. For a 600 mm² die, modeled yield falls from 74.1% to 30.1% as defect density rises from 0.05 to 0.20 per cm². The relationship explains why repeatable defect control dominates commercialization. Recovery techniques can soften the loss, but not make defects irrelevant.
Este es un modelo simplificado, no un pronóstico fabril. Para un dado de 600 mm², el rendimiento cae de 74,1% a 30,1% cuando los defectos suben de 0,05 a 0,20 por cm². La relación explica por qué el control repetible domina la comercialización. Las técnicas de recuperación pueden reducir la pérdida, pero no volver irrelevantes los defectos.
Defect density is only half the equation. At the same modeled density, yield falls from 90.5% for 100 mm² to 54.9% for 600 mm². A larger sheet is more likely to contain a blemish. This is why die architecture and defect distribution belong in every factory scorecard.
La densidad de defectos es solo la mitad de la ecuación. Con la misma densidad modelada, el rendimiento cae de 90,5% para 100 mm² a 54,9% para 600 mm². Una lámina mayor tiene más probabilidad de contener una falla. Por eso la arquitectura y la distribución de defectos pertenecen a cada cuadro fabril.
Breaking a large design into smaller dies can improve modeled bare-die yield. The estimate rises from 54.9% for 600 mm² to 86.1% for each 150 mm² die. Packaging then adds interfaces, thermal coupling, validation, and package-yield risk. Modularity shifts the manufacturing problem rather than deleting it.
Dividir un diseño grande en dados menores puede mejorar el rendimiento modelado. La estimación sube de 54,9% para 600 mm² a 86,1% para cada dado de 150 mm². El encapsulado añade interfaces, acoplamiento térmico, validación y riesgo de rendimiento. La modularidad desplaza el problema, no lo elimina.
Infineon estimates that 300 mm GaN could produce 2.3x as many chips per wafer as 200 mm. That can materially improve economics. Yet GaN-on-silicon still carries 3 documented challenge categories: trapping, dynamic on-resistance, and thermal stress. Silicon-compatible handling does not guarantee silicon-like yield.
Infineon estima que GaN de 300 mm podría producir 2,3 veces más chips por oblea que 200 mm. Eso puede mejorar la economía. Pero GaN sobre silicio todavía tiene 3 categorías de riesgo: atrapamiento, resistencia dinámica y tensión térmica. La manipulación compatible no garantiza rendimiento similar al silicio.
GaN and SiC begin with a real physical advantage. Their representative bandgaps are near 3.3 to 3.4 eV, compared with 1.12 eV for silicon. That helps explain their attraction in power electronics. It does not erase the need for reliability and manufacturing yield.
GaN y SiC parten de una ventaja física real. Sus bandas representativas están cerca de 3,3 a 3,4 eV, frente a 1,12 eV para silicio. Eso explica su atractivo en electrónica de potencia. No elimina la necesidad de fiabilidad y rendimiento fabril.
The estimated field advantage is large. Representative values place silicon at 0.3 MV/cm, SiC at 2.8, and GaN at 3.3. That makes SiC and GaN compelling for high-voltage devices. The figures identify direction here, not qualified factory readiness.
La ventaja estimada de campo es grande. Los valores sitúan al silicio en 0,3 MV/cm, al SiC en 2,8 y al GaN en 3,3. Eso hace atractivos a SiC y GaN para alta tensión. Aquí las cifras indican dirección, no madurez fabril calificada.
SiC is no longer only a laboratory material. Wolfspeed opened a 200 mm SiC device fabrication facility in April 2022. That is meaningful commercial progress on a larger platform. It demonstrates specialization in power rather than a general logic takeover.
El SiC ya no es solo un material de laboratorio. Wolfspeed inauguró una fábrica de dispositivos SiC de 200 mm en abril de 2022. Es un progreso comercial importante sobre una plataforma mayor. Demuestra especialización en potencia, no una conquista de la lógica general.
Two-dimensional materials do not share one electronic behavior. Representative bandgaps run from roughly 0 eV for graphene to about 1.8 eV for monolayer MoS₂. That creates different possible device roles. It also makes broad claims about 2D electronics easy to overgeneralize.
Los materiales bidimensionales no comparten un único comportamiento. Las bandas van desde cerca de 0 eV para grafeno hasta aproximadamente 1,8 eV para MoS₂ monocapa. Eso crea distintas funciones posibles. También facilita generalizaciones excesivas sobre la electrónica 2D.
The field has moved beyond isolated flakes. Imec reported integrating 2D-material device modules on a 300 mm research platform. That is a meaningful bridge toward production-class tools. Qualified volume and repeatable yield remain separate tests.
El campo superó las láminas aisladas. Imec reportó la integración de módulos con materiales 2D en una plataforma de investigación de 300 mm. Es un puente importante hacia equipos de clase productiva. El volumen calificado y el rendimiento repetible siguen siendo pruebas distintas.
The evidence points away from a winner-takes-all race. The IRDS roadmap combines gate-all-around logic, backside power, 3D stacking, emerging memory, and heterogeneous integration. Each direction attacks a different bottleneck. Through 2036, specialized layers look more defensible than one universal replacement.
La evidencia se aleja de una carrera donde un material gana todo. La hoja IRDS combina lógica envolvente, alimentación trasera, apilamiento 3D, memoria emergente e integración heterogénea. Cada línea ataca un cuello distinto. Hasta 2036, las capas especializadas son más defendibles que un reemplazo universal.
The incumbent advantage extends beyond chipmakers. Reported ASML EUV sales rose from 26 systems in 2019 to 53 in 2023, despite a small dip in 2022. Every installed tool expands operating experience across suppliers and fabs. Alternative materials compete with this cumulative ecosystem.
La ventaja del incumbente se extiende más allá de los fabricantes. Las ventas reportadas de EUV subieron de 26 sistemas en 2019 a 53 en 2023, pese a una caída en 2022. Cada equipo amplía la experiencia entre proveedores y fábricas. Los materiales alternativos compiten con este ecosistema acumulativo.
Chiplets depend on coordination as much as device physics. UCIe launched in 2022 with ten promoter companies seeking an interoperable die-to-die link. The group spans designers, foundries, cloud companies, and packaging expertise. Shared infrastructure can let new materials win one function without replacing the full silicon system.
Los chiplets dependen de coordinación tanto como de física. UCIe se lanzó en 2022 con 10 empresas que buscaban un enlace interoperable entre dados. El grupo abarca diseñadores, fundiciones, nube y encapsulado. La infraestructura común puede permitir que nuevos materiales ganen una función sin reemplazar todo el sistema.
The decision protocol must move beyond laboratory records. A defensible scorecard tracks qualified wafer volume, defect distributions, process capability, field failures, and cost per good packaged device. These measures expose whether performance survives production. By 2036, they should decide which technologies earn wider deployment.
El protocolo de decisión debe superar los récords de laboratorio. Un cuadro defendible sigue volumen calificado, defectos, capacidad de proceso, fallas de campo y costo por dispositivo bueno encapsulado. Estas medidas revelan si el rendimiento sobrevive la producción. Para 2036, deben decidir qué tecnologías merecen mayor despliegue.
China's scientific and technical article output rose from about 53,285 in 2000 to 932,712 in 2023. Its medium and high-tech share of manufacturing value added remained near 41% for much of the period. Research capacity can grow much faster than broad factory composition changes. Post-silicon commercialization needs direct manufacturing measures, not publication counts alone.
Los artículos científicos y técnicos de China subieron de cerca de 53.285 en 2000 a 932.712 en 2023. La participación de tecnología media y alta en el valor manufacturero permaneció cerca de 41% durante gran parte del periodo. La capacidad científica puede crecer mucho más rápido que la mezcla fabril. La comercialización post-silicio necesita medidas directas de fabricación.
China increased R&D expenditure from 0.88% of GDP in 2000 to 2.58% in 2023. Germany moved from 2.39% to 3.15% over the same span. The gap narrowed substantially without disappearing. National research intensity supports the race, but it does not measure post-silicon yield or qualification.
China aumentó el gasto en I+D de 0,88% del PIB en 2000 a 2,58% en 2023. Alemania pasó de 2,39% a 3,15% en el mismo periodo. La brecha se redujo sin desaparecer. La intensidad científica apoya la carrera, pero no mide rendimiento ni calificación post-silicio.
Japan began the period with higher R&D intensity. Korea crossed Japan and reached 4.94% of GDP in 2023, compared with Japan's 3.44%. The divergence shows how aggressively a manufacturing economy can build technical capacity. It remains context rather than proof of any material's commercial readiness.
Japón comenzó con mayor intensidad de I+D. Corea superó a Japón y llegó a 4,94% del PIB en 2023, frente a 3,44% de Japón. La divergencia muestra cuánto puede construir capacidad técnica una economía fabril. Sigue siendo contexto, no prueba de madurez comercial de un material.
Singapore and Malaysia ended 2024 near 59% of manufactured exports in high-technology products. Korea reached 36.26%, while China stood at 26.28%. The shares describe export composition rather than semiconductor readiness. They still reveal a regional network of specialized production roles.
Singapur y Malasia terminaron 2024 cerca de 59% de sus exportaciones manufactureras en productos de alta tecnología. Corea llegó a 36,26% y China a 26,28%. Las proporciones describen composición exportadora, no madurez semiconductor. Aun así, revelan una red regional de funciones productivas especializadas.
The United States fell from 29.9% in 2007 to 18.5% in 2018, then recovered to 24.3% in 2024. Germany ended near 18%, while Japan ended near 17.6%. These movements describe trade composition, not direct semiconductor capability. They caution against treating one national indicator as a factory scorecard.
Estados Unidos cayó de 29,9% en 2007 a 18,5% en 2018 y se recuperó hasta 24,3% en 2024. Alemania terminó cerca de 18% y Japón cerca de 17,6%. Estos movimientos describen comercio, no capacidad semiconductor directa. Advierten contra usar un solo indicador nacional como cuadro fabril.
China's high-technology exports reached US$856.8 billion in 2024 after peaking above US$936 billion in 2021. Singapore and Korea each exceeded US$200 billion, while Malaysia reached US$134.8 billion. This is broad trade scale, not proof of semiconductor qualification. It shows the industrial network any new material must enter.
Las exportaciones de alta tecnología de China llegaron a US$856,8 mil millones en 2024 tras superar US$936 mil millones en 2021. Singapur y Corea superaron US$200 mil millones y Malasia llegó a US$134,8 mil millones. Es escala comercial amplia, no prueba de calificación semiconductor. Muestra la red industrial donde debe entrar cualquier material nuevo.
Germany ended 2024 at US$246.6 billion in high-technology exports. The United States recovered to US$232.9 billion after a long decline. Japan ended near US$102.5 billion, below its 2007 value. These national shifts frame the commercial arena without deciding which material is production-ready.
Alemania terminó 2024 con US$246,6 mil millones en exportaciones de alta tecnología. Estados Unidos se recuperó hasta US$232,9 mil millones tras una larga caída. Japón terminó cerca de US$102,5 mil millones, bajo su valor de 2007. Estos cambios enmarcan el mercado sin decidir qué material está listo para producción.
Post-silicon materials can win device records. Commercial victory requires large wafers, controlled defects, qualified reliability, and affordable packaged yield. The evidence favors specialized materials integrated with silicon, not one universal replacement.
Key findings
Published CNT processors grew from 178 transistors in 2013 to a 14,400-transistor processor in 2019, an approximately 81-fold increase. newatlas.com
In a Poisson model, a 600 mm² die yields 74.1%, 54.9%, or 30.1% as defect density rises from 0.05 to 0.20 per cm².
Commercial SiC is moving from 150 mm toward 200 mm, while Infineon announced a first 300 mm power-GaN wafer technology in 2024. infineon.com
Infineon estimated that its 300 mm GaN process could produce 2.3 times as many chips per wafer as 200 mm production. eetasia.com
Wolfspeed's later losses and restructuring show that 200 mm capability and demand forecasts do not ensure a fast or profitable factory ramp.
Imec has reported integrating 2D-material device modules on a 300 mm research platform, moving the field beyond isolated exfoliated flakes. doi.org
Reported emerging-memory endurance can span from millions to trillions of cycles, but results are not comparable without voltage, pulse width, temperature, retention, and failure criteria. doi.org
At 0.10 defects per cm², Poisson yield is 54.9% for 600 mm² and 86.1% for each 150 mm² die before packaging losses.
TSMC reported capital expenditure of US$14.9 billion in 2019, peaking at US$36.3 billion in 2022 and ending 2024 at US$29.8 billion. trendforce.com
At 0.10 defects per cm², simple Poisson yield falls from 90.5% for a 100 mm² die to 54.9% for a 600 mm² die.
ASML reported selling 26, 31, 42, 40, and 53 EUV systems from 2019 through 2023.
GaN-on-silicon can exhibit trapping, dynamic on-resistance, and thermal stress, so silicon-compatible handling does not guarantee silicon-like manufacturing yield. mdpi.com
The argument
A 300 mm wafer offers 9x the nominal area of 100 mm.
TSMC spent US$29.8 billion on capital expenditure in 2024.
Modeled yield falls sharply as defects or die area increase.
Infineon estimates 300 mm GaN could produce 2.3x more chips.
SiC reached a commercial 200 mm device fab in April 2022.
Imec integrated 2D-material modules on a 300 mm research platform.
The leading roadmap combines 5 directions instead of choosing 1 replacement.
This research is published in English and Spanish. Ver en español
La investigación detrás de esta presentación
Los materiales post-silicio pueden lograr récords. La victoria comercial exige obleas grandes, defectos controlados, fiabilidad calificada y rendimiento encapsulado asequible. La evidencia favorece materiales especializados integrados con silicio, no un reemplazo universal.
Hallazgos clave
Los procesadores CNT publicados crecieron desde 178 transistores en 2013 hasta 14.400 en 2019, un aumento aproximado de 81 veces. newatlas.com
En un modelo de Poisson, un dado de 600 mm² rinde 74,1%, 54,9% o 30,1% al subir los defectos de 0,05 a 0,20 por cm².
El SiC comercial migra de 150 mm hacia 200 mm, mientras Infineon anunció en 2024 una primera tecnología de oblea GaN de potencia en 300 mm. infineon.com
Infineon estimó que su proceso GaN de 300 mm podría producir 2,3 veces más chips por oblea que la producción en 200 mm. eetasia.com
Las pérdidas y reestructuración posteriores de Wolfspeed muestran que la capacidad de 200 mm y los pronósticos de demanda no aseguran una expansión rápida o rentable.
Imec ha reportado integración de módulos con materiales 2D en una plataforma de investigación de 300 mm, superando láminas exfoliadas aisladas. doi.org
La resistencia reportada de memorias emergentes puede abarcar de millones a billones de ciclos, pero no es comparable sin voltaje, pulso, temperatura, retención y criterio de falla. doi.org
Con 0,10 defectos por cm², el rendimiento Poisson es 54,9% para 600 mm² y 86,1% para cada dado de 150 mm² antes del encapsulado.
TSMC reportó gasto de capital de US$14,9 mil millones en 2019, con máximo de US$36,3 mil millones en 2022 y US$29,8 mil millones en 2024. trendforce.com
Con 0,10 defectos por cm², el rendimiento Poisson cae de 90,5% para un dado de 100 mm² a 54,9% para uno de 600 mm².
ASML reportó ventas de 26, 31, 42, 40 y 53 sistemas EUV entre 2019 y 2023.
GaN sobre silicio puede exhibir atrapamiento, resistencia dinámica y tensión térmica, por lo que la manipulación compatible no garantiza rendimiento similar al silicio. mdpi.com
El argumento
Una oblea de 300 mm ofrece 9 veces el área nominal de 100 mm.
TSMC gastó US$29,8 mil millones en inversión de capital en 2024.
El rendimiento modelado cae con fuerza al aumentar defectos o área.
Infineon estima que GaN de 300 mm podría producir 2,3 veces más chips.
El SiC llegó a una fábrica comercial de 200 mm en abril de 2022.
Imec integró módulos con materiales 2D en una plataforma de 300 mm.
La principal hoja de ruta combina 5 líneas en vez de elegir 1 reemplazo.
Esta investigación se publica en inglés y español. Read in English
