Leyendo hace unas semanas la publicación española de "Scientific American", "Investigación y Ciencia", un artículo llamó poderosamente mi interés. Se titulaba "Microchips del futuro inmediato", y trataba el mismo sobre los desarrollos e investigaciones que se están desarrollando a lo largo y ancho del mundo para crear nuevos microprocesadores, cito textualmente:
El Memristor de Hewlett-Packard: Actualmente los transistores más pequeños son los de 32 nanómetros de ancho, conseguir tamaños menores mediante el proceso de litografiado es muy difícil. Por lo visto, una de las soluciones que ofrece H-P a este problema es realizar el diseño el transistor mediante barras cruzadas, donde no se obtienen tamaños menores pero si mayor potencia de computación. Así "en vez de fabricar todos los transistores en un mismo plano (como coches embutidos en los carriles de una congestionada autopista de silicio), sendos conjuntos de nanohilos paralelos se cruzarán perpendicularmente en planos distintos, entre los que se interpondrá una capa separadora del grosos de una molécula."
"Las innovaciones en diseño y fabricación de semiconductores han permitido cumplir la famosa predicción de Gordon Moore en 1975: duplicar cada dos años el número de transistores integrados en un microchip de silicio. A medida que avanza la miniaturización, las señales eléctricas tienen que recorrer distancias menores y el funcionamiento se acelera, lo que reduce notablemente los costes industriales y los precios al cliente. Durante 35 años se ha mantenido con bastante precisión esa trayectoria.
Sabíamos, no obstante, que en algún momento se llegaría al límite. Cuando el grosor de los transistores se reduce hasta unas decenas de átomos, se tropieza ya con las leyes básicas de la física. Antes, incluso, iban a surgir problemas de índole práctica. Apiñar estrechamente transistores tan diminutos manteniendo un alto rendimiento de producción --chips útiles/defectuosos-- quizá tendría un coste excesivo. Además, el calor generado por la operación de esa maraña de transistores podría empezar a cocer los propios elementos.
Por supuesto, las barreras se alzaron hace ya varios años. El motivo principal de que los ordenadores personales corrientes utilicen hoy pastillas de doble núcleo, con dos procesadores en vez de uno (chips "dual core"), son los problemas que crea la refrigeración de un gran número de transistores encapsulados en un solo chip. Los ingenieros prefieren yuxtaponer dos o más microcircuitos y programarlos para que procesen la información en paralelo.
Parece, pues, que la ley de Moore va perdiendo vigencia. ¿Cómo podrán entonces construirse microcircuitos más potentes? Se podrían elegir otras arquitecturas distintas o perfeccionar nanomateriales susceptibles de ensamblarse átomo a átomo. Otro camino sería refinar nuevos métodos para procesar información, tales como la computación cuántica y biológica. A continuación se exponen una gama de innovaciones, muchas de ellas en fase experimental, que de aquí a veinte años podrían mantener los productos informáticos en la senda de lo "más pequeño, más veloz, más barato", que tanto nos ha servido.Los proyectos que tienen más posibilidades de salir ganadores de esta carrera por la nueva arquitectura de procesadores son, según la revista:
El Memristor de Hewlett-Packard: Actualmente los transistores más pequeños son los de 32 nanómetros de ancho, conseguir tamaños menores mediante el proceso de litografiado es muy difícil. Por lo visto, una de las soluciones que ofrece H-P a este problema es realizar el diseño el transistor mediante barras cruzadas, donde no se obtienen tamaños menores pero si mayor potencia de computación. Así "en vez de fabricar todos los transistores en un mismo plano (como coches embutidos en los carriles de una congestionada autopista de silicio), sendos conjuntos de nanohilos paralelos se cruzarán perpendicularmente en planos distintos, entre los que se interpondrá una capa separadora del grosos de una molécula."
Calentamiento: Refrigerado o ventilación. El paso de las cargas eléctricas a través de los circuitos tiene el inconveniente de ser una fuente generadora de calor que puede acabar quemando los propios circuitos. Es lo que en micro electrónica se conoce como el problema de la disipación de calor de los circuitos. En los ordenadores el problema se resuelve colocando un ventilador, en algunas herramientas nuevas se usan desde cajas de aluminio bruñido que ayudan a disipar dicho calor, hasta circular líquidos por unos micro canales. Intel está probando una solución colocando en mitad de los chips, "una celosía en forma de fina capa de telururo de bismuto en el encapsulado que encierra el chip. Ese material termoeléctrico convierte los gradientes de temperatura en electricidad y refrigera el propio chip." Otra forma es la desarrollada por Ventiva, que intenta colocar un minúsculo ventilador en forma sólida, por la cual no necesita aspas, y que creará una brisa mediante un efecto de ventilación corona.
Núcleos múltiples: Intel está desarrollando procesadores como el Intel i7, un chip formado por cuatro núcleos que trabajan en paralelo, lo que les permite "procesar más datos en un tiempo dado, con menor consumo de electricidad y menos generación de calor." El reto sin embargo para este tipo de soluciones se encuentra en que los lenguajes de programación en paralelo están poco avanzados en lo que se refiere a aplicaciones de consumo.
Nanotubos y autoensamble: Basándose en los desarrollos de la nanotecnología, empresas como IBM están investigando el uso de nanotubos de carbono, como es el caso de un viejo CMOS (semiconductor de metal-óxido complementario) cuyo sustrato conductor es precisamente un nanotubo de carbono en vez del clásico silicio. Pero, cómo conseguir que moléculas o partículas se coloquen donde deben (ensamblaje); pues una vía puede venir de lo que se conoce como autoemsablaje, donde ellas mismas se ordenan según un esquema previsto. "IBM ha demostrado la manera de realizar circuitos de memoria mediante polímeros ligados por enlaces químicos. Al revolverlas sobre la superficie de una oblea de silicio y calentarlas después, las moléculas se estiran y forman una estructura de panal cuyos poros sólo miden 20 nanométros de ancho. Seguidamente esta configuración puede grabarse en el silicio, con lo que se obtiene un chip de memoria de ese tamaño."
Grafeno ultrafino: Una forma de reducir el calor y acelerar las transmisiones es acortar el camino que los impulsos eléctricos tienen que recorrer. El grafeno, parecido una tela de metal pero del grosor de un átomo, permite transmitir electrones de manera más rápida que cualquier otro material.
Computación óptica: Basada en el uso del láser de luz en la tarea de la transmisión de electricidad. Intel está intentando desarrollar un chip óptico "provisto de una fuente luminosa interna controlable [que] podrá computar con rapidez. Los electrones y huecos de las capas de fosfato de indio se recombinan en el centro para generar luz, que se difunde hacia abajo por guiaondas de silicio y a través de una capa de vidrio." Los investigadores fueron capaces de combinar las propiedades de los emisores de luz de fosfato de indio con las capacidades de direccionamiento de la luz del silicio dentro de un único chip híbrido. Cuando se aplica voltaje, la luz generada en el fosfato de Indio entra en la guía de la onda de silicio, creando un rayo láser continuo que puede ser utilizado para conducir otros dispositivos fotónicos de silicio. El láser basado en silicio puede ofrecer un uso más amplio de la fotónica en ordenadores porque el coste puede ser reducido de forma muy importante al usar técnicas de fabricación de silicio a gran escala.
Lógica orgánica: Un transistor de los de toda la vida tiene una forma lógica en Y, donde el tronco de la Y es la puerta de entrada, en la cual al aplicar un voltaje, provoca la circulación de electrones entre la fuente y el drenador (las ramificaciones de la Y). En teoría, lo que se opina es que las moléculas que tengan la misma arquitectura o estructura, pueden servir de transistores, y teniendo en cuenta el tamaño minúsculo de algunas de ellas, se reduciría de manera notable el tamaño de los chips.
Computación cuántica: El bit está muerto, viva el qubit. En su día escribí una entrada sobre el tema.
Computación biológica: Se basa en sustituir "los transistores por las estructuras que habitualmente se encuentran en los organismos vivos. [...] Un chip biológico, además de encerrar un número de elementos varios órdenes de magnitud mayor que el chip ordinario, podría proporcionar procesamiento en paralelo a gran escala." Actualmente se está estudiando en el Instituto Weizmann de Ciencias el uso de un procesador a través del ADN.
El futuro de las nuevas tecnologías se está llevando a cabo a toda velocidad y aquella empresa que lo descubra, provocará un salto cuantitativo y cualitativo como supuso en su día el chip de silicio. A pesar de lo entusiasmado que estoy, no puedo evitar un sentimiento de tristeza al respecto, al comprobar que ninguna de las ideas propuestas en el artículo, se desarrolla en nuestro país. Se trata al fin y al cabo, de formar parte de lo que será la punta de lanza de la nueva informática y todo lo que provoque o, ser integrantes del vagón de cola. Y lamentablemente, nuestros políticos parecen más preocupados y ocupados en otras cosas que en dedicar más tiempo a dotarnos de ventajas competitivas en los terrenos que están por venir.