¿Se acerca el fin del reino de los chips de silicio?

  • 26 septiembre 2013
Max Shulaker con su creación, Cedric.
Max Shulaker, uno de los diseñadores de Cedric, afirma que la computadora no tiene límites.

La primera computadora ensamblada en su totalidad con nanotubos de carbono ha sido presentada, lo que abre la puerta a una nueva generación de dispositivos digitales.

Cedric es apenas un prototipo, pero podría perfeccionarse y convertirse en una máquina más pequeña, más rápida y mucho más eficiente que los modelos de silicio que existen en la actualidad.

Los nanotubos se han presentado como los herederos del trono del silicio desde hace mucho tiempo, pero ensamblar una computadora que funcione adecuadamente, ha sido complicado.

El descubrimiento realizado por un grupo de ingenieros de la Universidad de Stanford, en California, Estados Unidos, fue publicado en la revista científica Nature.

Cedric es el sistema electrónico hecho a base de nanotubos de carbono más complejo que se ha realizado hasta el momento.

Pero, ¿es rápido? Para nada. Pudo haberlo sido en 1955.

La computadora funciona con un bit (unidad mínima de información en informática) y apenas cuenta hasta 32.

"En términos humanos, Cedric puede contar con los dedos de la mano y entender el alfabeto. Pero es una computadora en todo el sentido de la palabra. No tiene limitaciones con respecto a lo que puede hacer, teniendo suficiente memoria", dice Max Shulaker, coautor de la investigación.

Una nueva era

En jerga informática, Cedric es un turing completo, es decir, un sistema capaz de resolver cualquier problema relacionado con la computadora.

Detalle de un nanotubo de carbón
Los transistores de Cedric tiene un "diseño inmune imperfecto".

Tiene un sistema operativo básico que le permite realizar dos actividades, alternándose entre una y otra, por ejemplo, contar y organizar los números.

Y a diferencia de otras computadoras con carbono en su composición, las respuestas de Cedric son correctas siempre.

"La gente ha estado hablando acerca de la nueva era de aparatos electrónicos hechos con nanotubos de carbono, pero no se han presentado muchos ejemplos. Esta es la prueba", afirma Subhasish Mitra, el profesor que dirigió el estudio.

El equipo de Stanford que trabajó en el proyecto espera que su descubrimiento sirva para galvanizar esfuerzos que permitan encontrar al sucesor comercial de los chips de silicio que, dentro de poco tiempo, podrían alcanzar su límite físico.

Sus propiedades

Los nanotubos de carbono (CNTs, por su descripción en inglés) son cilindros huecos formados por una lámina de átomos de carbono.

Detalle de Cedric
Por el momento, Cedric puede contar hasta 32.

Tienen propiedades excepcionales, lo que los convierte en un material semiconductor ideal para la fabricación de transistores, los interruptores que representan el corazón de la electrónica.

En primer lugar, los CNTs son tan delgados –miles podrían ser equivalentes al grosor del cabello humano – que necesitan muy poca energía para apagarse.

HS Philip Wong, otro de los coautores de estudio explica: "Imagínatelo como si estuvieras parándote sobre la manguera que se usa para regar un jardín. Mientras más estrecha sea la tubería, más fácil será detener el flujo del agua".

Los transistores elaborados con un nanotubo se conocen desde hace 15 años, pero nadie había logrado armar el rompecabezas para crear un dispositivo computarizado que funcionara.

Siendo así, ¿cómo logró el equipo de Stanford ser exitoso cuando otros no pudieron? Solucionando dos de las pesadillas que atormentan al mundo de la computación que utiliza el carbono.

Los retos

Hay que considerar que los CNTs no están dispuestos en líneas paralelas. "Cuando se intenta alinearlos como si fueran una galleta de superficie uniforme, lo que obtienes es un tazón de fideos", explica Mitra.

El equipo de Stanford construyó chips con CNTs que están alineados casi en su totalidad, en 99,5%, y diseñó un algoritmo que permite obviar el 0,5% restante, que tiene elementos que están torcidos.

También eliminaron una segunda imperfección, los "CNTs metálicos", una pequeña fracción que funciona como conductor de electricidad en vez de tener las propiedades de un semiconductor que se puede apagar.

Para eliminar esos elementos rebeldes, los investigadores apagaron los CNTs "buenos" y le inyectaron electricidad a los que quedaban, los "malos", hasta que se evaporaron. El resultado es un circuito que funciona.

El equipo bautizó a su técnica como el "diseño inmune imperfecto". ¿Su mayor virtud? Ni siquiera es necesario saber dónde están las imperfecciones.

"Estos son los primeros pasos para sacar a los nanotubos de carbono de los laboratorios químicos al mundo real", indicó Supratik Guha, director del departamento de Ciencias Físicas del Centro de Investigación Thomas J. Watson, de IBM.

Futuro prometedor

Pero digamos que Intel o alguna otra compañía fabricante de chips dijera: "Quiero mil millones de unidades de esa pieza". ¿El diseño de Cedric podría replicarse en cantidades industriales?

En principio, si. "No hay ningún impedimento. Si los esfuerzos investigativos se centran en desarrollar una versión de esta computadora que tenga 64 bits y 20 nanómetros, muy pronto podríamos estar utilizándola", asegura Franz Kreupl, de la Universidad Técnica de Munich, en Alemania.

Disminuir el tamaño de los transistores es el próximo reto del grupo de investigadores de Stanford. Con un ancho de 8 micrones (8.000 nanómetros), estas piezas son mucho más rápidas que los chips de silicio que existen en la actualidad.

Puede que se necesiten unos años para lograr este objetivo, pero se trata sencillamente de una cuestión de tiempo.

"No hay barreras tecnológicas. En lo que respecta al tamaño, IBM ya ha probado un transistor CNT de 9 nanómetros. Y en cuanto a la elaboración, nuestro diseño es compatible con los procesos de fabricación que existen en la actualidad", comenta Shulaker.

"Así que los millones de dólares invertidos en silicio –prosigue- no se han desperdiciado, ya que pueden usarse para CNTs".

Durante 40 años predijimos el fin de la era del silicio. Quizás ahora, está a la vista.