La evolución de los chips: de casas unifamiliares a rascacielos
Imagina que los chips actuales son como casas unifamiliares en una ciudad abarrotada. Para alojar a más personas, no puedes expandirte hacia los lados, así que comienzas a construir rascacielos. Esto es exactamente lo que los ingenieros buscan con los chips de múltiples capas: apilar superficies de transistores y elementos semiconductores para manejar más datos y realizar tareas complejas.
Sin embargo, este enfoque enfrenta un desafío técnico significativo: los chips tradicionales están construidos sobre placas de silicio voluminosas, lo que dificulta la comunicación rápida entre las capas. Además, los materiales deben fabricarse a temperaturas bajas para preservar los circuitos ya existentes en las capas subyacentes.
Un avance disruptivo desde el MIT
Un equipo de ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha superado este obstáculo con un diseño de chip multicapa que no requiere sustratos de silicio. Este nuevo método permite apilar capas de material semiconductor de alta calidad directamente unas sobre otras, mejorando la comunicación y el rendimiento de los chips. El hallazgo, publicado en la revista Nature, representa un cambio radical para la industria.
Según el profesor Jeehwan Kim, autor principal del estudio, este enfoque podría multiplicar la potencia computacional de los dispositivos de IA, logrando rendimientos comparables a los de los superordenadores actuales, pero en tamaños compactos, como portátiles o dispositivos vestibles.
Materiales de nueva generación
El equipo utilizó materiales denominados dicalcogenuros de metales de transición (TMD, por sus siglas en inglés), considerados sucesores prometedores del silicio. Los TMD pueden mantener sus propiedades semiconductoras incluso en escalas extremadamente pequeñas, algo que el silicio no puede hacer eficientemente. Esto los convierte en una opción ideal para construir transistores de alto rendimiento y tamaño reducido.
En estudios previos, el equipo logró cultivar TMD sobre superficies amorfas utilizando una técnica basada en «bolsillos de semillas». Estas áreas guiaban a los átomos a organizarse en patrones cristalinos, formando materiales de alta calidad. No obstante, este método requería temperaturas superiores a 900 °C, lo que inutilizaba cualquier circuito subyacente.
El toque de la metalurgia
Para superar la limitación térmica, los ingenieros se inspiraron en la metalurgia. Al igual que los metales nucleados en moldes requieren menos calor en los bordes para formar patrones cristalinos, los investigadores adaptaron este principio a los TMD. Cubrieron los circuitos con una máscara de dióxido de silicio y colocaron semillas de TMD en los bordes de cada «bolsillo». Este enfoque permitió cultivar materiales cristalinos a temperaturas tan bajas como 380 °C.
El equipo logró alternar capas de dos tipos de TMD: disulfuro de molibdeno, para fabricar transistores de tipo n, y diseleniuro de tungsteno, para transistores de tipo p. Estos componentes son esenciales para realizar operaciones lógicas y almacenar datos.
Ventajas de los chips multicapa
Los chips fabricados con este método duplican la densidad de elementos semiconductores, eliminando la necesidad de sustratos intermedios de silicio. Esto mejora la comunicación entre capas y permite apilar decenas o incluso cientos de niveles de lógica y memoria. Según Kim, esta tecnología podría resolver las limitaciones actuales de alineación vertical, eficiencia y costos en la fabricación de chips 3D convencionales.
Implicaciones para el futuro de la IA
Desde WWWhatsnew creemos que este avance podría transformar el hardware de IA. La capacidad de integrar tantas capas en un chip compacto abre nuevas posibilidades para dispositivos portátiles y aplicaciones de vanguardia, como sistemas de aprendizaje profundo y redes neuronales más complejas.
Kim también fundó una empresa, FS2 (Future Semiconductor 2D materials), para escalar esta tecnología y comercializarla. Los primeros prototipos ya han demostrado su eficacia a pequeña escala, y el siguiente paso será probar su rendimiento en operaciones de chips de IA profesionales.
Impacto en la industria
La fabricación de chips multicapa sin sustratos de silicio podría redefinir el panorama de la electrónica y la computación. Desde dispositivos inteligentes hasta centros de datos, esta tecnología ofrece una combinación única de eficiencia, potencia y sostenibilidad.
Como hemos mencionado en varias ocasiones en WWWhatsnew, la investigación en nuevos materiales y métodos de fabricación es clave para enfrentar los retos tecnológicos del futuro. Esta innovación no solo beneficia a los desarrolladores de hardware, sino también a los usuarios finales, que podrán disfrutar de dispositivos más potentes y eficientes.
☞ El artículo completo original de Juan Diego Polo lo puedes ver aquí
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