Hace casi veinte años, el Departamento de Electrónica, Sistemas e Informática (DESI) inauguró su primer posgrado enfocado en el diseño de semiconductores. Desde entonces, este campo de estudios se integró en otros programas y dio lugar a un proyecto que posicionó a la Universidad como pionera en el diseño de chips digitales en México

“El cerebro que está en todas partes”. Así se refiere el coordinador de la carrera en Ingeniería Electrónica, José Luis Pizano, a los circuitos integrados, semiconductores o chips. Estos tres nombres son utilizados para referirse a lo mismo, al interior de esas cajitas negras adheridas a placas (usualmente verdes o azules, grabadas con complejos patrones) que están dentro de todos los aparatos electrónicos y que a la distancia pueden confundirse con pequeñas ciudades futuristas.

La alusión de Pizano se debe a la omnipresencia de esta diminuta estructura en la sociedad contemporánea, puesto que es crucial para el funcionamiento de todos los equipos electrónicos, que se han vuelto casi una extensión de las personas. Un ejemplo de esto son los teléfonos celulares. “Es la base de la existencia de la electrónica, que, a su vez, es el motor que potencia muchas otras áreas de desarrollo tecnológico. Por lo tanto, es una parte esencial en la vida del ser humano”, complementa Esteban Martínez, profesor e investigador del Departamento de Electrónica, Sistemas e Informática (DESI).

Para ser exactos, cuando se habla de un semiconductor se hace referencia a un elemento químico que tiene la capacidad de actuar como conductor o como aislante eléctrico, dependiendo de las modificaciones y condiciones a las que se le someta. Para el desarrollo de circuitos integrados comúnmente se utilizan diminutas obleas de germanio o silicio (que se obtiene de la arena), medidas en nanómetros. Aunque, para equipos más sofisticados, como los de la tecnología aeroespacial, se requieren otros semiconductores conocidos como tierras raras, cuyos principales exportadores son China, Rusia, Vietnam y Brasil.

A grandes rasgos, los semiconductores se clasifican en análogos, cuando las señales con las que operan son físicas (como la luz, la temperatura y el sonido) y digitales, cuando procesan y almacenan información mediante señales eléctricas. La mayoría a nuestro alrededor es de híbridos y convierten de un tipo de señal a otro.

Desde la invención de estos artefactos, a finales de la década de 1950, por Jack S. Kilby, quien ganó el Nobel de Física en 2000 por este descubrimiento, el mundo ha sido espectador de la acelerada “electronificación” de las cosas y, en años recientes, de su digitalización. Estos fenómenos no pasaron inadvertidos para el ITESO, que desde hace casi dos décadas ha buscado formar profesionales que no sólo comprendan y sean usuarios de esta tecnología, sino que también sean capaces de desarrollarla.

El origen del diseño de semiconductores en el ITESO

El primer acercamiento de la Universidad a este campo fue en 2006, con la creación de la Especialidad en Diseño de Circuitos Integrados, en aquel entonces el único posgrado en el occidente de México con este enfoque. Contó con el apoyo del Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología de Jalisco (Coecytjal), la Cámara Nacional de la Industria Electrónica, de Telecomunicaciones y Tecnologías de la Información y del Instituto Jalisciense de la Juventud, para el financiamiento de becas, e hizo convenios con empresas líderes como mosis y Cadence Desing Systems, proveedor del principal software de diseño utilizado por las industrias. “Autoridades del ITESO interesadas en desarrollar esta área, como José de la Cerda, trajeron al vicepresidente de Cadence, quien dio el aval para que el ITESO contara con licencias académicas del software de esa empresa […] Fuimos la primera universidad mexicana en obtener estas licencias”, recuerda Martínez.

Esto también fue posible gracias a empresas como Freescale Semiconductor, que forjó una alianza con la Universidad y colaboró en la formación de los estudiantes y docentes para fortalecer sus equipos de diseñadores —en 2015 se fusionó con NXP Semiconductors México, actualmente ubicada a menos de diez minutos del campus—.

Con la evolución de la industria electrónica llegaron a Jalisco más empresas de alta tecnología, como Intel, First Pass Semiconductor y otras. “Fue entonces que reestructuramos el programa y lo llamamos Especialidad en Diseño de Sistemas en Chip, es decir, algo más avanzado, más complejo”, dice Martínez. A pesar del cambio se preservaron las vinculaciones con otras entidades, como el servicio mosis, que durante décadas proporcionó a diversas universidades la posibilidad de manufacturar sus diseños de forma gratuita. Fue así como el ITESO consiguió sus primeros tres chips análogos. “Queríamos comprobar que lo que estaban aprendiendo los estudiantes era completamente aplicable y funcional”. Debido a los múltiples componentes nanométricos en estos circuitos, era imperativo verificar los diseños, puesto que el fallo de uno de ellos comprometía el funcionamiento de todo el chip, explica Cuauhtémoc Aguilera, profesor investigador del DESI.

“En su primer gobierno, Donald Trump cortó la línea que muchas universidades estábamos usando para poder avanzar en esa área”, señala Martínez. El posgrado estuvo vigente hasta 2020.

Grandes esfuerzos dentro de lo micro

“No es algo común”, señala Jorge Pardiñas, coordinador de la Unidad Académica Básica de Electrónica del ITESO, refiriéndose al diseño y la fabricación de circuitos integrados a escala universitaria. Esto debido a que es un proceso complejo y muy costoso. Para empezar, se necesita un equipo de ingenieros especializados en este campo, que hasta hace poco no era muy requerido en la región. “Se precisan muchos conocimientos y habilidades del manejo de las herramientas para poder llegar a un producto final. Es un camino largo”, añade Martínez.  En el país, sólo pocas instituciones se han desarrollado en este ámbito, como lo son el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Unidad Guadalajara (Cinvestav).

En 2018, el ITESO se convirtió en una universidad pionera en el diseño de circuitos integrados digitales gracias al proyecto de un equipo de investigadores conformado por Aguilera, en ese momento estudiante del Doctorado en Ciencias de la Ingeniería; Omar Longoria, coordinador de la Maestría en Diseño Electrónico; y José Luis Pizano, coordinador de la carrera en Ingeniería Electrónica, quienes crearon un chip digital que optimiza el cálculo y la velocidad de cómputo del inverso de  la raíz cuadrada; así aumentaron la eficiencia de esta operación que se utiliza en el procesamiento de señales. “Puede sonar muy sofisticado, pero es un cálculo muy utilizado […] para poder transformar las señales”, menciona Longoria. Su aplicación es muy amplia y va desde las telecomunicaciones hasta la inteligencia artificial, pasando por el machine learning y los videojuegos. Para llevarlo a cabo suelen utilizarse instrucciones de software; sin embargo, los investigadores encontraron la forma de integrar esta función en el hardware, dado que así se aceleran estos cálculos y se ahorra consumo de energía. La fabricación del chip contó con el apoyo de Europractice, lo que resultó en una patente de nombre “Cálculo rápido del recíproco de la raíz cuadrada en punto fijo” y en una publicación en la revista Integration, The VLSI Journal. En el diseño lógico del circuito participaron el Cinvestav Guadalajara y la Universidad de Quintana Roo.

El último chip digital fue desarrollado por René Dávila y Ricardo Ramos, alumnos de la Especialidad en Diseño de Sistemas en Chip. Su función consiste en la filtración de las señales de audio para mejorar su calidad al separar los ruidos molestos de fondo que impiden escuchar la voz del interlocutor con claridad. El proyecto, finalizado en 2020, resaltó la importancia de la comunicación clara y efectiva en un año en que el contacto interpersonal para muchos únicamente se dio por medio de dispositivos electrónicos. Este logro también contó con el apoyo de Aguilera, Víctor Zaldívar, del desi, y Catalina Morfín, directora General Académica del iteso, para gestionar el financiamiento de su manufactura.

Al día de hoy, el desi ha conseguido que se manufacturen cinco diseños. Un logro único en la región, que en la actualidad ha cobrado aún más relevancia ante el interés occidental por emanciparse de la producción asiática de semiconductores, la mayor del mundo. “Estamos en un punto en donde coincidieron todos los cauces, en donde tenemos las herramientas, los profesores calificados y la infraestructura que coinciden con este momento histórico”, dice Pizano.

La competencia mundial por la producción de semiconductores

A pesar de ser una tecnología de la que depende la humanidad desde hace varios años, el mundo empezó a considerarla como pieza crucial en su estilo de vida desde hace relativamente poco tiempo. Tal vez por su participación silenciosa, escondida detrás de las pantallas de nuestros teléfonos o en nuestras computadoras. Durante 2020, a partir del confinamiento debido a la pandemia por covid-19, la producción de semiconductores se vio mermada por el cierre de las plantas de manufactura, al mismo tiempo que parte de la vida cotidiana se adaptó a una forma de comunicación remota, y la población en general buscó hacerse de un equipo para continuar con la escuela y el trabajo desde casa. Esta demanda, sumada a las restricciones impuestas por Estados Unidos a uno de los mayores productores de chips a escala mundial, TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), provocó lo que hoy se conoce como la escasez mundial de chips, que se extendió hasta 2023.

Este fenómeno es la razón de que los automóviles o los equipos electrónicos hayan aumentado de precio y los gobiernos hayan empezado a preguntarse si era favorable que Taiwán, Corea del Sur y China concentraran 87 por ciento del mercado mundial de este producto. “Posicionarse en esa industria es una decisión estratégica para cualquier país”, apunta Martínez. Con el propósito de fomentar la manufactura y el desarrollo de semiconductores dentro de su jurisdicción, Estados Unidos promulgó la ley chips and Science Act en 2022. Esta legislación condujo a la creación del Fondo Internacional de Seguridad e Innovación Tecnológica (ITSI), entre cuyas diversas estrategias está la de colaborar con México para aprovechar su cercanía geográfica y su personal calificado, y así establecer una cadena de suministro más competitiva, resiliente. Por parte de México, a principios de este año, la presidenta Claudia Sheinbaum anunció la creación del Centro Nacional de Diseño de Semiconductores Kutsari, con sedes en Puebla, Jalisco y Sonora.

Jalisco ofrece un panorama favorecedor para la industria tecnológica debido al diverso ecosistema de compañías locales y trasnacionales que comenzaron a instalarse en la región hace más de 50 años, las cuales han otorgado otra faceta a la identidad de la Perla Tapatía.

Guadalajara, el Silicon Valley de México

No se sabe exactamente en qué momento se le empezó a apodar así a la capital de Jalisco. Lo seguro es que la ciudad es un centro de innovación tecnológica que se ha cultivado desde la década de 1960, cuando empresas como IBM y Kodak llegaron a establecerse en la ciudad. “Luego vinieron Hewlett Packard (HP), Motorola, Oracle… Entonces comenzó a haber varias empresas de electrónica aquí en la región y se hizo una sinergia con las instituciones”, recuerda Pardiñas. Actualmente, el Área Metropolitana de Guadalajara (AMG) cuenta con ocho corredores industriales conformados por compañías dedicadas a la manufactura, la logística y, por supuesto, la alta tecnología. El campus del iteso ha sido testigo del crecimiento de uno de los principales, Periférico Sur.

“En la medida en que Guadalajara empezó a poblarse con empresas de la alta tecnología, es decir, empresas de las áreas de cómputo y automotriz, se comenzó a formar el clúster de la industria electrónica. Esto permite que casas de diseño como Intel, Continental, Bosch, Synopsys, Micron y otras más tengan aquí sus instalaciones y nos permitan realizar diseños de nivel mundial, que es lo que estas empresas hacen”, añade Longoria. La relación entre Intel y la Universidad tiene historia y ha resultado en la mejora de las instalaciones, la constante capacitación de los estudiantes, la actualización de los programas y el acceso a emprendedores a los espacios de la compañía. Aunque Zaldívar mencionó que “los frutos más importantes se han dado a través del intercambio de talento y la generación de conocimiento”, durante la firma del convenio entre las dos entidades, en 2020, Jesús Palomino Echartea, gerente general de Intel gdc, mencionó que la Universidad ha sido un participante importante en el éxito de la empresa y que este acuerdo también busca “hacer algo bueno por nuestra comunidad, por nuestro talento, por los jóvenes y por el desarrollo tecnológico. Al final del día, juntos impactarán en el bienestar social y económico de nuestra sociedad”.

El AMG alberga más de 700 empresas de alta tecnología y Jalisco es el principal estado en la fabricación de software y componentes. En el último sexenio atrajo más de 12 mil millones de dólares de Inversión Extranjera Directa (IED), tuvo exportaciones por 30 mil millones dólares y generó 250 mil empleos formales en el sector. Otros factores que han consolidado este panorama han sido las facilidades otorgadas por el gobierno, los incentivos fiscales y las exenciones de impuestos, así como la presencia de talento desarrollado por universidades y centros de investigación. “La Cámara Nacional de la Industria Electrónica de Telecomunicaciones y Tecnologías de la Información se ha encargado de favorecer que haya inversiones de empresas de electrónica en la región, por lo que ha mantenido una buena relación con el gobierno estatal, que siempre ha estado involucrado. Esto salpica a las universidades y ayuda a la formación de profesionales”, precisa Pardiñas.

Formación a la vanguardia

Los conocimientos y la visión de los posgrados del ITESO que abrieron este terreno a la comunidad universitaria no se han quedado quietos. A pesar de que la Maestría en Diseño Electrónico también abarca otras disciplinas, parte de su plan de estudios está dedicado a explorar este campo. “Materias como Diseño de Microprocesadores; Arquitectura de Computadoras; y Verificación de Sistemas Digitales, abonan a la formación”, menciona Longoria.

Si bien los circuitos integrados son parte del trabajo diario de los estudiantes de la carrera en Ingeniería Electrónica, estas y otras materias buscan introducir a los alumnos a esta especialidad, lo que les da la posibilidad de reconocerse, no sólo como usuarios de los componentes ya existentes, sino como potenciales creadores. “Es el ciclo completo del estudio de los semiconductores, que va desde la parte teórica de entender cómo funciona hasta diseñarlo y fabricarlo […] Es como ponerle el último eslabón a la formación de un electrónico”, explica Pizano respecto al plan de estudios, que lleva tres años con este enfoque y que en el semestre Otoño  2025 comprenderá una materia centrada únicamente en el diseño de chips.

Cabe mencionar que en noviembre de 2024 se abrió un Diplomado en Diseño de Circuitos Integrados dirigido al Clúster de Tecnologías de Información de Chiapas, en el que participan 20 académicos y estudiantes de diversas instituciones educativas de la entidad. Cuenta con académicos del DESI como instructores: Aguilera en el área de diseño de circuitos digitales, Martínez en la de análogos y Néstor Hernández Cruz, profesor de asignatura e ingeniero de Intel, en herramientas de automatización para el diseño. Como se mencionó antes, la retroalimentación obtenida de la vinculación con las compañías ha permitido que los programas académicos sigan el paso a las tendencias dentro de una industria que evoluciona con rapidez. Pardiñas señala que el contacto con los egresados también enriquece esta actualización, pues se han integrado con facilidad a las empresas. “Yo creo que uno de los logros principales está en nuestros egresados”, reconoce, y asegura que próximamente la Especialidad en Diseño de Sistemas en Chip será retomada.