IBM Research es quien posee hasta ahora el microchip más pequeño del mundo que apenas mide 5 nm (nanómetros), el cual no solamente trae el beneficio del tamaño en dispositivos cada vez más compactos, también está diseñado para potenciar la velocidad de transición y su almacenamiento.
Pero la búsqueda por microprocesadores cada vez más pequeños sigue su curso sin detenerse, y de eso nos enteramos a principios del 2020 cuando nos enteramos que TSMC entró en preparativos para desarrollar chips de 3 nm, lo cual también significa el mejoramiento del proceso de fabricación de estos pequeños componentes.
Empresas como Apple, Qualcomm y Huawei son algunas de las empresas que están haciendo fila para abastecerse de estos chips más pequeños pero también más potentes, sin embargo, tanto los microchips de 3 nm y 5 nm todavía no son una realidad, pues en el mercado apenas están corriendo los dispositivos de 7 nm en teléfonos móviles.
Eso no los ha detenido para empezar los preparativos para desarrollar los primeros microchips de 2 nm, esta vez uniendo fuerzas entre IBM y TSMC, quienes han confirmado ya su producción en una etapa de pruebas, sin embargo, la producción a gran escala podría comenzar más pronto de lo que pensamos.
El año 2022, es la fecha que TSMC ya ha confirmado para iniciar la producción masiva de los microchips de 3 nm, pero no será hasta el 2023 que los dispositivos de ese año ya empiecen a portar los primeros chips de 2 nm, lo que ha impresionado mucho tomando en cuenta que hasta hace relativamente nada se creía que los 5 nm sería el límite físico del silicio, material con los que están elaborados los chips.
Pero en medio de una ajetreada carrera por obtener la tecnología más poderosa en tan poco tiempo, investigadores entre los que destacan universidades y laboratorios, han estado trabajando sin descanso para romper cada desafío que hasta un día anterior se consideraban imposible, y esto fue la de manejar el silicio en proporciones jamás logradas.
Todas las investigaciones para solucionar el problema del tamaño son bienvenidas, e incluso posiblemente combinadas
Las investigaciones son muchas y variadas, de distintas instituciones, laboratorios y compañías, cada quien proponiendo algo diferente y nuevas alternativas nunca antes contempladas en paralelo. Y en este punto donde se está a contra reloj para liderar el mercado de los microprocesadores, incluso se han contemplado hacer una mezcolanza de todas las teorías y ensayos habidos y por haber para obtener la solución.
De momento hay un ligero respiro tras romper con las creencias que se tenían del silicio y sus limitantes, así que hay un tiempo considerable para seguir explotándolo mientras se busca aquella alternativa, y posiblemente el tiempo límite será hasta 2023 como ha mencionado TSMC.
Para 2024 posiblemente estaremos viendo ya lo que sería un nuevo tipo de material que venga a sustituir al silicio si es que no encuentran la manera de seguir trabajando con este en proporciones más pequeñas que un nanómetro. Mientras tanto, va siendo hora que nos familiaricemos con las propuestas que ya se están formulando.
Entre estas se destacan dos posibles soluciones que vendría a cambiar el mundo de los microprocesadores como lo conocemos en la actualidad:
Arseniuro de Galio
Es un compuesto de arsénico y galio que lo convierten en un gran semiconductor, razón por la que ya está siendo utilizado en circuitos integrados que con frecuencia encontramos en diodos infrarrojos, diodos láser, en microondas y células fotovoltaicas, que normalmente las encontramos en la industria espacial, de sensores, radares, comunicación, entre otras.
Se dice hasta ahora que el arseniuro de galio podría ser el que más se le acerque al silicio y por lo tanto, podría ser el que lo sustituya cuando el momento llegue de ceder su trono. Y la industria de la electrónica lo sabe, así que ya están haciendo sus apuestas y esfuerzos para que así sea.
A comparación del silicio que es un semiconductor elemental (ya que está hecha por un solo elemento químico de la tabla periódica), el arseniuro de galio vendría a romper con la tradición al ser un compuesto de dos elementos, Galio y Arsénico.
Ambos con una capacidad de conducción bastante alta gracias a la presencia de electrones libres, que son cargas eléctricas que pueden viajar de átomo en átomo con gran facilidad y efectividad.
Esta facilidad de los electrones de viajar entre átomos es lo que mejor conocemos como corriente eléctrica, es decir, cuando la electricidad es capaz de viajar a través de un objeto (metálico, en este caso) que es capaz de conducir esa energía. Sin embargo, hay algunos metales que conducen mejor la electricidad, como es el caso del silicio.
Pero en el caso del arseniuro de galio, no se trata precisamente de un conductor propiamente dicho, de hecho, es un semiconductor, lo que significa que puede conducir carga eléctrica pero en ciertas condiciones no lo hace, o lo hace parcialmente. Este compuesto debe tener las circunstancias adecuadas para que pueda funcionar como un conductor efectivo.
Además, este compuesto presenta otros beneficios como la velocidad de saturación, o la velocidad que tiene esta de mover los electrones a través de su estructura hecha de cristales, que de hecho, pueden ser superiores a otros materiales como el silicio y el germanio.
Esta velocidad se puede traducir en su capacidad de frecuencia a la que puede verse sometida, lo que significaría que el arseniuro de galio podría trabajar a más de 250 GHz de frecuencia cuando se implementa en transistores, una cifra muy por encima de otros elementos o compuestos.
Además, no existiría problemas de componentes quemados, ya que prácticamente no se sobrecalienta, todo esto sin mencionar que naturalmente presenta menos ruido electrónico en los circuitos a comparación de los dispositivos a silicio.
Nanotubos de carbono
El siguiente prospecto son los nanotubos de carbono, que como su nombre lo indica, se trata de estructuras en forma de pequeñísimos tubos que miden nanómetros de diámetro y están hechos a base de carbono. Y no es nada nuevo, de hecho IBM ya tiene experiencia con ellos luego de implementarlos en transistores hace ya más de veinte años.
Estos átomos de carbono en forma de láminas tubulares son otra opción muy fiable en cuanto a semiconductores, y podría ser el siguiente material con el que estén hechos los microchips del futuro, ya que en teoría, su eficiente energética podría incluso revolucionar lo que sabemos hasta ahora de los chips.
Pese a que es una tecnología nada novedosa, dio mucho de qué hablar luego de que el Instituto Tecnológico de Massachusetts publicara un artículo científico en Natura en 2019, con los resultados de un grupo de investigadores que logró hacer funcionar un microprocesador de 16 bits que estuvo hecho de nada más que transistores de nanotubos de carbono, de hecho, 14.000 de estos, demostrando que esta tecnología tiene cabida en el futuro de los microprocesadores si se les da la oportunidad.
Si bien el microchip que lograron construir es bastante básico a comparación de los microprocesadores actuales que se encuentran en el mercado en ordenadores y dispositivos móviles, los expertos afirman que solo es cuestión de trabajar de nuevo con los nanotubos para poder llegar al objetivo de fabricar chips mucho más complejos.
Además, el MIT ha apostado por su factibilidad considerando que las fábricas de microchips tendrían prácticamente que tirar a la basura todos sus robots y maquinaria para comprar una nueva que sea capaz de manejar los nuevos semiconductores y empezar la fabricación en masas de microprocesadores. Sin embargo, aseguran que con los nanotubos de carbono no será necesario.
Las fábricas se ahorrarían una fortuna en sustituir toda su maquinaria ya que prácticamente utilizaría la misma tecnología de producción que se utiliza actualmente para los procesadores de silicio. Eso sí, solamente se requeriría de cambios mínimos de refinación y adaptar las máquinas a una producción de componentes más complejos y diminutos.
Sin embargo, también apuntan un posible obstáculo de esta tecnología, y es que fabricar microchips con nanotubos de carbono requiere de la obtención de este material con cierta pureza, algo que hasta la fecha sería bastante complicado. Se dice que los nanotubos requieren de una pureza del 99.99%, y que durante el proceso de fabricación, debería de refinarse aún más para alcanzar una pureza ridículamente superior de 99.9999999%.
De poder solucionar este obstáculo, en definitiva tendríamos ante nosotros al que podría ser el nuevo rey de los semiconductores en el mercado de la electrónica. Pero aún queda un largo camino por recorrer en la investigación de poder encontrar al sustito perfecto.
