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El físico Ignacio Mártil sostiene una oblea de silicio Mario Viciosa

Inteligencia artificial & CienciaMicroelectrónica

¿Grafeno? No, la arena sigue moviendo el mundo

Visitamos un pequeño 'Silicon Valley' de Madrid, donde se experimenta con silicio, la base de los corazones de móviles o PC

Polvo eres. Polvo son nuestros móviles y ordenadores. Polvo de arena convertida en silicio, el material que revolucionó el siglo XX entre el silencio y la abundancia. Esa tesis de partida se desgrana en el libro Microelectrónica del catedrático de Física de la UCM Ignacio Mártil (@IgnacioMartil), que se ha propuesto sacar de sus carcasas a los microprocesadores y memorias flash para pasearlas ante nuestros ojos: “han cambiado nuestra vida como lo hizo antes la máquina de vapor, que provocó la revolución industrial”. Rifkin ya lo definió como Tercera Revolución Industrial. Y, en pleno boom de promesas de la inteligencia artificial y los grandes datos, los andamios sobre los que se sostienen las comunicaciones del siglo XXI son de arena de playa.

El aire más limpio de la capital está aquí

¿Cómo es una fábrica de chips? Visitamos el Laboratorio de Microelectrónica de la Facultad de Físicas de la Complutense. Ignacio Mártil nos presenta este Silicon Valley en miniatura, una reproducción de las técnicas que usan Intel o AMD a escala, para investigar. Trabajan con obleas de silicio en un ambiente de absoluta asepsia, decenas de veces más estéril que un quirófano, con un aire purificado. Una mota de polvo en un circuito integrado es como un tráiler cortando toda la M-30 para el tráfico de electrones que es una memora flash o un microprocesador. | Vídeo: M. Viciosa y Nacho Encabo

 


“Vivimos igual que vivían nuestros padres nuestros abuelos. Nos levantamos, trabajamos, comemos… pero, sin embargo, las tecnologías con las cuales desarrollamos nuestra vida cotidiana son radicalmente distintas por la electrónica. Desde ese punto de vista, es una revolución, pero silenciosa”, sentencia Mártil desde su laboratorio. Un entorno aséptico para manejar silicio, un semiconductor a base de arena extraordinariamente purificada con el que se fabrican transistores. No como los de la radio, sino microscópicos. Si la tecnología se ha miniaturizado hasta extremos locos desde los setenta es gracias a la capacidad de meter cada vez más componentes en el mismo espacio.

¿A quién le importa la Ley de Moore?

La microelectrónica acabó con los computadores que funcionaban con válvulas de vacío llenando salas inmensas. Igual que se acabaron las radios de lámparas y aparecieron los transistores (llamamos transistores a los aparatos de radio hechos con estos componentes). El ordenador más pequeño del mundo es varias veces más pequeño que un grano de sal. Podemos miniaturizar la electrónica y la computación. Y, como formuló uno de los fundadores de Intel y padre de Silicon Valley, Gordon Moore, la cantidad de transistores que se puede meter en un chip se duplica cada dos años. Esta ley, la llamada Ley de Moore, fue (re)formulada en 1975. Pero siguiendo esa progresión, los transistores ya apenas tienen tamaños moleculares. Y a nivel subatómico empiezan a pasar cosas raras, es decir, se dan efectos cuánticos, donde las leyes de la física de lo más grande se trastocan. Dicho de otra forma: si los transistores funcionan como puertas, a escalas pequeñísimas los electrones podrían atravesar puertas que están cerradas.

Evolución y miniaturización de los ordenadores

Evolución y miniaturización de los ordenadores

El límite es también la pintura. En los cuartos oscuros de los laboratorios, se realizan litografías. Mediante una luz con una radiación específica, se dibujan los caminos y obstáculos por los que deben pasar los electrones en la placa. Cada vez se hacen dibujos más pequeños. “Ahora, la tecnología no permite resolver motivos por debajo del entorno de 20 nanómetros. No podemos pintar más pequeño. Uno ve que dicen que ya están en el mercado chips de hasta de 7 nanómetros (el último iPhone Xr o el Samsung S10); eso es propaganda”. ¿Hemos tocado techo?

“Ya no podemos meter más transistores porque ya no caben. Pero la industria le ha echado imaginación. En vez de pensar en dos dimensiones (planos), está pensando en tres dimensiones. Está metiendo capas sucesivas. Se hace hoy en día con las memorias del célebre pendrive. Tienen hasta teras de capacidad porque tienen sus transistores de almacenamiento de datos en distintas plantas o capas”. Todo esto, a escala microscópica, claro.

La cuestión es que desde 2015 la industria ya no se guía por la Ley de Moore. Es decir, no persigue duplicar las capacidades de un procesador, por ejemplo, cada dos años. “Hoy valoramos otros aspectos”. Mártil recuerda que desde el Pentium II de Intel tampoco se han revolucionado mucho las cosas en los ordenadores. “Es verdad que la industria microelectrónica avanza hacia el system-on-a-chip, es decir, ahora un móvil tiene un chip para el tratamiento de datos, otro para el altavoz, otro para la cámara; la idea es tener un único chip con distintos pisos para cada tarea”.
Sin embargo, más que una obsesión por contar con CPU más potentes, el usuario valora cosas tan básicas como que la batería dure más. “Para eso no hacen falta más transistores ni supermateriales”:

Larga muerte al silicio

El grafeno se ha colado en el discurso tecnológico con una pléyade de promesas hexagonales que no terminan de llegar. Sus extraordinarias cualidades parece ideales para la industria electrónica: delgado, flexible, buen conductor y hasta luminoso. El problema: es caro.

Oblea de silicio en el laboratorio de la UCM

Oblea de silicio en el laboratorio de la UCM M.V.

“Al silicio lo estamos matando desde hace 30 años. Pasa una cosa curiosa y es que tiene propiedades contradictorias. Es el elemento sólido más abundante en la corteza terrestre; es fácilmente purificable. Pero hay otros semiconductores con propiedades muy superiores”, como ciertos productos del grafeno. “Si uno se fija sólo un aspecto concreto del silicio, es muy poco eficiente. Pero cuando se aúna todo (abundancia, facilidad de procesado, propiedades coste precio…) no encuentras nada hoy día en el mercado que lo sustituya”.

Eso sí, decir que fabricar con silicio es barato merece todas las comillas. La Tierra es un 28% silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza del planeta. Pero es impuro, está mezclado con otras sustancias. “Hoy, la instalación de una fábrica de circuitos integrados no baja de los 1.000 millones de dólares, más el coste de los equipos, ninguno baja de 200 o 300 millones”. Eso explica por qué este mercado es un oligopolio donde reinan los mismos nombres que en los años setenta. Es una industria madura y amortizada. Arrancar una era del grafeno (por poner otro material sustitutivo) no es barato.

¿Será el ordenador cuántico el que dé el impulso definitivo? Los ordenadores ultrarrápidos encuentran límites en los materiales actuales. Pero nadie está seguro de si la industria apostará por hacer de ello un producto más o menos generalizado. A nivel doméstico, no son necesarios. El silicio se sustituirá algún día. “Yo sé que no lo veré”, profetiza Mártil. Polvo somos.

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