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Procesadores de nanómetros: ¿qué pasará cuándo se llegue al límite?

Si un nanómetro no es el límite, ¿qué sigue? A inicios de los setenta, los primeros chips tenían una medida de 10 micrómetros y solo eran capaces de contener 2,300 transistores. Con el tiempo su capacidad ha aumentado, su tamaño ha disminuido y su eficacia ha mejorado. El último avance fue de IBM, que en mayo de 2021 anunció el primer chip funcional de 2 nanómetros (nm). Pero los procesadores de nm parecen llegar a su límite físico, por lo que la pregunta es ¿hasta dónde es posible avanzar?

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El chip de 2 nm de IBM aún está en fase experimental, mide de 150 milímetros cuadrados —algo así como el tamaño de una uña— y tiene 50 millones de transistores, es decir, una densidad de 333 millones de transistores por milímetro cuadrado. Podrá mejorar el rendimiento de los modernos chips de 7 nm en 45 por ciento y reducir el consumo de energía en 75 por ciento.

¿Pero es posible mejorar más? Todo indica que sí. Semanas después del anuncio de IBM, el gigante chino TSMC (Taiwán Semiconductor Manufacturing Co.), junto a investigadores de la Universidad Nacional de Taiwán y del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), adelantaron el inicio de la fase de investigación de la producción de chips de 1 nm.

Qué son los nanómetros

La imagen muestra el chip desarrollado por Intel para la computación neuromórfica.
Intel.

Aunque con seguridad es en la industria de la informática donde lo has escuchado con mayor frecuencia, el nanómetro es una medida de longitud del Sistema Internacional (SI) que en orden de magnitud sigue al micrómetro, al milímetro, al centímetro y al metro.

El nanómetro equivale a una mil millonésima parte de un metro. Para que tengas una referencia, los ácaros de polvo miden cerca de 200,000 nanómetros de largo, mientras que el cabello humano tiene un diámetro de 80,000 nanómetros, por lo que algo que mida una decena de nanómetros solo será visible con un microscopio poderoso.

En el caso de los procesadores, el elemento más pequeño son los transistores, que son fabricados de silicio —el segundo material más abundante en la Tierra después del oxígeno—, que tiene propiedades semiconductoras, es decir, se comporta como un conductor de electricidad o aislante.

Esto lo posibilita para emular el comportamiento básico del código binario (0 y 1) al permitir o bloquear el paso de la energía, según el estado en que se encuentre. Con dos transistores o más ya es posible crear una puerta lógica o un circuito integrado, que es la que permite realizar operaciones o gestionar las instrucciones de una máquina.

Para fabricar los chips de computadoras se utilizan obleas o láminas de silicio cuyo espesor está medido en nanómetros en un proceso de litografía, que es el que permite grabar los millones de transistores y circuitos integrados. Mientras más delgada sea esta lámina, más pequeños serán los chips.

En qué benefician al procesador

Reducir el tamaño de los procesadores no solo facilita la fabricación de aparatos cada vez más pequeños, también representa mejoras fundamentales en el rendimiento de un equipo.

  • Mayor densidad: al reducir el tamaño de los transistores, es posible incorporar una mayor cantidad en un espacio más reducido.
  • Mayor velocidad: al tener más estados posibles (transistores) en una superficie más pequeña, los procesadores alcanzan una mayor potencia de procesamiento.
  • Mayor eficiencia: como son más pequeños, los transistores necesitan de menos energía para ejecutar el proceso lógico.

Qué viene después de los nanómetros

Imagen utilizada con permiso del titular de los derechos de autor

El debate que sigue es ¿hasta dónde es posible llegar y cuándo se alcanzará este límite? Si las empresas son capaces de bajar el margen de 1 nanómetro, es posible que sean necesarios chips de 0.5 nanómetros. O incluso usar otra nomenclatura, como el ármstrong, que equivale a la décima parte de un nanómetro, con lo que tendríamos chips de 5 ármstrong s o 0.5 nanómetros.

Sin embargo, los expertos discuten que llegará el momento en que resulte físicamente imposible seguir colocando transistores dentro de un procesador. De hecho, los fabricantes ya enfrentan problemas para reducir el tamaño de los transistores basados en silicio.

Por lo mismo, muchas compañías comienzan a esbozar algunas alternativas, como los procesadores basados en grafeno, un material con una capacidad superconductora que podría reemplazar al silicio; o el impulso de la computación cuántica, que reemplaza el proceso por los bits cuánticos. No obstante, ambas tecnologías todavía tienen limitaciones.

Con todo, se estima que si se sigue el ritmo de producción actual, dentro de unos 10 años se podría haber alcanzado el límite físico de los procesadores de silicio. Habrá que esperar qué tecnología está mejor preparada para el futuro.

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Rodrigo Orellana
Ex escritor de Digital Trends en Español
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