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Los límites del silicio

1965. Gordon Moore, uno de los fundadores de Intel, prepara una conferencia. En ese momento se da cuenta de que la capacidad de los microchips, es decir, el número de transistores que contienen, se duplica cada año. La ley de Moore ha nacido.

Poco más tarde fue necesario revisar la tasa de crecimiento: en realidad el número de transistores en un chip se duplica cada 18 meses, corrección que recibió las bendiciones del señor Moore, cuya palabra, a todas luces, es la ley.

En otras palabras, cada 18 meses, por el mismo dinero se puede comprar un microprocesador con el doble de potencia. Esta no es una ley científica, pero se cumple con bastante exactitud desde entonces para desesperación de los usuarios de todo el mundo, que ven cómo sus computadoras se convierten en cara y obsoleta chatarra cada año y medio.

La progresión no es infinita, ya que las leyes físicas imponen un límite. No obstante, la industria asumía hasta el momento las predicciones de Moore, que anuncian que el límite tardará en alcanzarse 10 ó 15 años más.

Pero el final del trayecto puede estar mucho más cerca.

Dónde está el límite

El aumento en la capacidad de los procesadores y otros circuitos integrados (como las memorias RAM) se consigue mediante la miniaturización. Si se reduce el tamaño de los circuitos se pueden introducir más elementos y la distancia entre transistores es más pequeña, con lo que aumenta la velocidad. El problema surge al acercarse al tamaño del átomo.

En este mundo en miniatura comienzan a tener importancia las leyes de la física cuántica, según las cuales el comportamiento de los electrones es probabilístico. Algo muy difícil de controlar para los ingenieros, a los que no les gusta encontrar un 0 donde debería haber un 1. Sin hablar de las dificultades que presenta manipular átomos.

Para entender mejor el problema conviene conocer cómo se fabrican los circuitos integrados. En el interior de un chip, esa pastilla de plástico negro con patas metálicas, hay una lámina de silicio del tamaño de una uña. Si se pone bajo un microscopio aparece lo que podría ser una ciudad en miniatura: bloques y pistas que no son otra cosa que transistores y cables conductores, los elementos básicos de un circuito.

Todos los componentes del circuito integrado se imprimen literalmente sobre la diminuta lámina de silicio con una técnica fotográfica. Es algo parecido a la serigrafía, pero con una precisión mucho mayor.

Con la tecnología actual se fabrican pistas conductoras de 0,18 micras, es decir, 500 veces más delgadas que un cabello humano. El radio del átomo es solo unas 1000 veces menor. Las capas de aislante que las separan pueden tener un espesor de cuatro o cinco átomos.

El siguiente paso es crear pistas conductoras de 0,10 micras, con lo que los transistores tendrían apenas 100 átomos cada uno. Esto es lo que la ley de Moore predice para dentro de cuatro o cinco años. Más allá las limitaciones parecen insuperables.

Es el turno de los físicos.

Soluciones en el horizonte

La industria de los semiconductores, que mueve billones de dólares en todo el mundo, es optimista y todavía confía en el silicio, y hasta el momento los ingenieros han sabido encontrar soluciones alternativas. Una de estas alternativas es el empleo de otros materiales. La nueva línea de procesadores Intel que utilizan cobre en lugar de aluminio es una muestra.

Compañías como Intel invierten grandes sumas en investigación y mejora del proceso de producción . No en vano una planta de fabricación de procesadores (llamada “fab” en el sector) cuesta hoy 15.000 millones de dólares. Siguiendo una ley sin nombre, el precio de una “fab” también se duplica cada año.

En IBM se reconoce la llegada del límite de la tecnología actual de semiconductores, pero dicen haber encontrado una nueva solución llamada silicon-on-insulator, que permitiría reducir el tamaño más allá de 0,1 micras.

Pero por otro lado todos deben ser conscientes de la situación: la ingeniería tienen sus límites y ahora el problema afecta a la ciencia fundamental. Ha llegado el turno de los físicos.

Las computadoras moleculares parecen se la solución en el horizonte. El grupo de investigadores de Hewlett-Packard en UCLA (University of California at Los Angeles) informó en julio de la fabricación de puertas lógicas (circuitos básicos) con un espesor de una molécula. Otro grupo de las universidades de Yale y Rice lo mejoró en el mes de octubre, y ahora el grupo de UCLA acaba de encontrar un método para fabricar pistas de 12 átomos de ancho para conectar dispositivos moleculares.

Aunque los descubrimientos son alentadores, todavía no se sabe cómo ensamblar pistas y circuitos para crear dispositivos útiles. En el laboratorio de HP en el MIT (Massachusetts Institute of Technology) se está investigando sobre las nuevas arquitecturas, necesarias para la creación de las primeras computadoras moleculares. En la fabricación entrarán billones de circuitos moleculares, de los cuales habrá que eliminar los defectuosos de la misma forma que se eliminan los sectores dañados de un disco duro.

En cuanto a la manipulación a escala molecular, la solución a largo plazo no puede ser mecánica. Los científicos investigan formas de ensamblaje químico, por las cuales los circuitos se formarán por sí solos, como en el crecimiento de un cristal mineral, con un coste mínimo. Se acabarían entonces las fábricas multimillonarias y las computadoras bajarían de precio radicalmente. El principio de una nueva era.


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