Crónicas del futuro: Así serán los procesadores del mañana
PARA FABRICAR LOS PROCESADORES DEL FUTURO, LOS INGENIEROS DEBERÁN PENSAR OTRAS FORMAS DE ESCULPIR EL SILICIO, O USAR NUEVOS MATERIALES QUE DEJEN MINIATURIZAR AÚN MÁS LOS TRANSISTORES.
En el mundo de la informática hay pocos axiomas más conocidos que la ley de Moore, que viene a decir que el número de transistores que es posible poner en un circuito integrado, como el procesador de un ordenador, se dobla aproximadamente cada dos años. En realidad es más una observación que una ley. El ingeniero estadounidense Gordon Moore, uno de los fundadores de Intel, la hizo por primera vez en la década de los 60: al principio, el plazo era de solo un año, pero Moore revisó la proyección en los 70 y alargó el periodo necesario para doblar el número de transistores a los dos años. Lo cierto es que, hasta hace poco, esta ley se ha cumplido con notable exactitud. Tanta, de hecho, que muchos la han comparado con el latido del corazón de la industria informática, la única constante en un mundo que evoluciona a una velocidad de vértigo.
Pero Moore era consciente de las limitaciones físicas. Por mucho que avancen las técnicas de miniaturización, tarde o temprano se llegará a un punto en el que la física de materiales hará muy difícil reducir más el tamaño de los transistores. Y todo apunta a que estamos muy cerca de ese momento. Intel, la empresa que Moore cofundó y que ha dominado el mercado de los procesadores durante décadas, lleva ya varios años con problemas para conseguir miniaturizar más sus técnicas de fabricación.
Y se entiende, porque fabricar el procesador de un ordenador es uno de los procesos industriales más complejos y caros que hay: consta de varias etapas de litografía en las que se van esculpiendo los diferentes componentes sobre un sustrato de silicio. Desde que se corta un lingote de silicio en obleas (finas láminas de material semiconductor) hasta que se obtiene el procesador que acaba en el corazón de un PC pueden pasar meses, con docenas de pasos ejecutados por máquinas superprecisas, instaladas en salas con unos requisitos de limpieza del aire y control de temperatura que rivalizan con los de las industrias aeroespacial o médica.
LOS PROCESADORES MÁS MODERNOS DE INTEL ESTÁN FABRICADOS en un proceso de 10 nanómetros. Este número hace una vaga referencia a la distancia que separa la fuente y el drenaje en cada uno de los millones de transistores que hay en un chip. Es una medida compleja de lograr (un nanómetro equivale a la milmillonésima –10-9 – parte del metro) y
que no suele ser equivalente a la de otros fabricantes. Es más un término de márquetin que una medida real. Por ejemplo, la empresa taiwanesa TSMC, la mayor fabricante de semiconductores del mundo, produce desde hace tiempo procesadores en proceso de 7 nanómetros, pero que en tamaño son más o menos iguales que los de Intel. Todo depende de qué se mida exactamente y de la geometría elegida para esculpir el transistor.
Intel lleva tiempo intentando dar el salto a los 7 nanómetros, pero le está costando más de lo previsto. Por su parte, TSMC sí tiene experiencia fabricando procesadores con proceso de 5 nanómetros (el A14 de los iPhone de 2020, por ejemplo), y va a empezar a producir los primeros procesadores de 4 nanómetros este mismo año, equivalentes en tamaño a los futuros procesadores de 7 nanómetros de Intel. Es solo el principio de la carrera. TSMC prevé comenzar a experimentar con tecnología de 2 nanómetros en 2024. Intel también lo hará, posiblemente un año después, y planea llegar a 1,4 nanómetros a finales de la presente década.
CONFORME NOS ACERQUEMOS A ESTAS MINÚSCULAS MEDIDAS habrá que dejar de hablar de nanómetros y comenzar a hacerlo de ángstroms (un ángstrom es la diezmilmillonésima parte de un metro, 10-10), y también habrá que empezar a considerar nuevos materiales y estrategias de fabricación. TSMC, por ejemplo, cree que el salto a los procesos de 1 nanómetro supondrá el abandono del silicio como soporte para los transistores. El material, simplemente, no da más de sí. Esta empresa colabora con la Universidad Nacional de Taiwán y el Instituto Tecnológico de Massachusetts, y fruto de ese trabajo son los primeros candidatos viables para esta tecnología: en lugar de silicio usan bismuto, esculpido con un sistema litográfico que emplea iones de helio para conseguir la precisión necesaria. Es un método complejo y aún no está claro si podrá hacerse con la fiabilidad y el volumen de producción que requiere la industria de la informática. No solo hablamos de ordenadores y móviles, al fin y al cabo. Coches, objetos inteligentes y todo tipo de dispositivos cotidianos también necesitan procesadores cada vez más potentes.
LA SOLUCIÓN A ESTE PROBLEMA PODRÍA LLEGAR CON NUEVAS FORMAS de fabricación que optimicen el espacio disponible. Es lo que Intel va a hacer en los procesadores que veremos en tres o cuatro años, basados en dos nuevas tecnologías de arquitectura de transistores llamadas PowerVia y RibbonFET.
La primera mueve las líneas de conducción eléctrica que alimentan los procesadores a una capa inferior a la de los transistores. Tradicionalmente los circuitos que alimentan los transistores y las señales que utilizan están integradas en la misma capa, ocupando espacio en la superficie del chip y haciendo más complejo el diseño y el proceso de litografía. Con PowerVia se simplifica el diseño y se hace más compacto. RibbonFET, por su parte, es un nuevo diseño de transistor similar a los conocidos como GAAFET (transistor de efecto de campo de puerta completa) que utilizan Samsung y TSMC, que, aunque no reducen la distancia entre fuente y drenaje en el transistor, sí permiten empaquetar varios transistores de forma más eficiente.
Con estas técnicas será posible extender unos años la vigencia de la ley de Moore. El número de transistores en un circuito integrado seguirá creciendo, aunque sea solo por un mejor aprovechamiento del espacio y no a causa de una mayor miniaturización. En el fondo no importa. El milagro que la industria de la informática lleva décadas produciendo, máquinas cada vez más potentes y eficientes a precios cada vez más bajos, seguirá una buena temporada con nosotros.
LAS MEDIDAS DE LOS TRANSISTORES QUE VIENEN SERÁN COSA DE ÁNGSTROMS (DIEZMILMILLONÉSIMAS PARTES DEL METRO)