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Charla «Los chips informáticos autoensamblados del futuro» de TED@Merck KGaA, Darmstadt, Germany en español.
Los transistores que alimentan el teléfono en tu bolsillo son inimaginablemente pequeños: puedes poner más de 3000 de ellos en todo el ancho de un cabello humano. Pero para mantenernos al día con las innovaciones en campos como el reconocimiento facial y la realidad aumentada, necesitamos incluir aún más potencia informática en nuestros chips de computadora, y nos estamos quedando sin espacio. En esta charla con visión de futuro, el desarrollador de tecnología Karl Skjonnemand introduce una forma radicalmente nueva de crear chips. «Esto podría ser el comienzo de una nueva era de fabricación molecular», dice Skjonnemand.
- Autor/a de la charla: Karl Skjonnemand
- Fecha de grabación: 2018-11-26
- Fecha de publicación: 2019-02-27
- Duración de «Los chips informáticos autoensamblados del futuro»: 717 segundos
Traducción de «Los chips informáticos autoensamblados del futuro» en español.
Las computadoras solían ser tan grandes como una habitación.
Pero ahora caben en tu bolsillo, en tu muñeca e incluso puede ser implantadas dentro de tu cuerpo.
Es genial.
Y esto ha sido posible por la miniaturización de los transistores, que son los diminutos interruptores en los circuitos en el corazón de nuestras computadoras.
Y se ha logrado a través de décadas de desarrollo y avances en ciencia e ingeniería y de miles de millones de dólares de inversión.
Pero nos ha dado grandes cantidades de computación, enormes cantidades de memoria y la revolución digital que todos experimentamos y disfrutamos hoy.
Pero la mala noticia es que estamos a punto de llegar a un bloqueo digital, a medida que la velocidad de miniaturización de los transistores se está desacelerando.
Y esto está sucediendo exactamente al mismo tiempo.
que nuestra innovación en software continúa sin tregua con inteligencia artificial y macrodatos.
Nuestros dispositivos hacen reconocimiento facial o aumentan nuestra realidad.
o incluso conducen autos por nuestras traicioneras carreteras caóticas.
Es asombroso.
Pero si seguimos con el apetito por nuestro software, podríamos llegar a un punto en el desarrollo de nuestra tecnología, en que las cosas que podríamos hacer con el software podrían, de hecho, verse limitadas por nuestro hardware.
Todos hemos experimentado la frustración de un viejo teléfono o tableta que trabaja lentamente hasta detenerse con el tiempo bajo el peso cada vez mayor de las actualizaciones de software y las nuevas características.
Y funcionaban bien cuando los compramos no hace mucho tiempo.
Pero los hambrientos ingenieros de software se han comido toda la capacidad del hardware a través del tiempo.
La industria de los semiconductores es muy consciente de esto.
y está trabajando en todo tipo de soluciones creativas, como ir más allá de los transistores a la computación cuántica o incluso trabajar con transistores en arquitecturas alternativas.
tales como redes neuronales para hacer circuitos más robustos y eficientes.
Pero estos enfoques tomarán bastante tiempo, y realmente estamos buscando una solución mucho más inmediata a este problema.
La razón por la que la velocidad de miniaturización de transistores se está desacelerando se debe a la complejidad cada vez mayor del proceso de fabricación.
El transistor solía ser un dispositivo grande y voluminoso, hasta la invención del circuito integrado basado en obleas de silicio cristalino puro.
Y después de 50 años de continuo desarrollo, ahora podemos lograr dimensiones de características de transistores de hasta 10 nanómetros.
Pueden caber más de mil millones de transistores.
en un solo milímetro cuadrado de silicio.
Para poner esto en perspectiva, un cabello humano tiene 100 micras de ancho.
Un glóbulo rojo, que es esencialmente invisible, tiene 8 micras de ancho, y se pueden poner 12 a lo ancho de un cabello humano.
Pero un transistor, en comparación, es mucho más pequeño, una pequeña fracción de una micra de ancho.
Se podrían poner más de 260 transistores a través de un solo glóbulo rojo o más de 3000 a lo ancho de un cabello humano.
Realmente es increíble la nanotecnología en tu bolsillo ahora mismo.
Y además del beneficio obvio de poder poner más, transistores más pequeños en un chip, los transistores más pequeños son interruptores más rápidos, Y los transistores más pequeños también son interruptores más eficientes.
Así que esta combinación nos ha dado un menor costo, un mayor rendimiento y una mayor eficiencia electrónica de las que que todos disfrutamos hoy.
Para fabricar estos circuitos integrados, los transistores se construyen capa por capa, sobre una oblea de silicio cristalino puro.
En un sentido simplificado, se proyecta cada pequeña característica del circuito en la superficie de la oblea de silicio y se graba en un material sensible a la luz y luego grabado a través del material sensible a la luz se deja el patrón en las capas subyacentes.
Este proceso ha sido mejorado dramáticamente con los años.
para dar el rendimiento de la electrónica que tenemos hoy.
Pero a medida el transistor se hace cada vez más pequeño, estamos realmente acercándonos a las limitaciones físicas.
de esta técnica de fabricación.
Los últimos sistemas para hacer este patrón.
se han vuelto tan complejos que, según informes, cuestan más de USD 100 millones cada uno.
Y las fábricas de semiconductores tienen docenas de estas máquinas.
La gente está cuestionando seriamente:
¿es este enfoque viable a largo plazo?
Pero creemos que podemos hacer este chip de fabricación.
de una forma totalmente diferente y mucho más rentable usando ingeniería molecular e imitando la naturaleza abajo en las dimensiones a nanoescala de nuestros transistores.
Como dije, la fabricación usual toma cada característica pequeña del circuito y la proyecta sobre el silicio.
Pero si nos fijamos en la estructura de un circuito integrado, el conjunto de transistores, muchas de las características se repiten millones de veces.
Es una estructura altamente periódica.
Por eso queremos aprovechar esta periodicidad en nuestra técnica de fabricación alternativa.
Queremos utilizar materiales de autoensamblaje para formar naturalmente las estructuras periódicas que necesitamos para nuestros transistores.
Hacemos esto con los materiales, entonces los materiales hacen el trabajo duro del patrón fino, en lugar de llevar la tecnología de proyección a sus límites y más allá.
El autoensamblaje se ve en la naturaleza en muchos lugares diferentes, de las membranas lipídicas a las estructuras celulares.
así que sabemos que puede ser una solución robusta.
Si es lo suficientemente bueno para la naturaleza, debería serlo para nosotros.
Queremos aprovechar este autoensamblaje robusto que se da naturalmente y usarlo para la fabricación de nuestra tecnología de semiconductores.
Un tipo de material de autoensamblaje —se llama un copolímero de bloque— consiste en 2 cadenas de polímero de solo pocas decenas de nanómetros de longitud.
Pero estas cadenas se odian.
Se repelen entre sí, tanto como el aceite y el agua o mi hijo adolescente y mi hija.
(Risas)
Pero los unimos cruelmente, creando una frustración incorporada en el sistema, ya que tratan de separarse unos de otros.
Y en el material a granel, hay miles de millones de estos, y los componentes similares tratan de permanecer juntos, y los componentes opuestos tratan de separarse unos de otros al mismo tiempo.
Esto tiene una frustración incorporada, una tensión en el sistema.
Así que se mueve, se retuerce hasta que se crea una forma.
Y la forma natural autoensamblada que se forma es a nanoescala, regular, periódica y de largo alcance, que es exactamente lo que necesitamos para nuestros conjuntos de transistores.
Así que podemos usar la ingeniería molecular para diseñar diferentes formas de diferentes tamaños.
y de diferentes periodicidades.
Así, por ejemplo, si tomamos una molécula simétrica, donde las dos cadenas de polímero sean de longitud similar, la estructura natural autoensamblada que se forma es una línea larga y serpenteante, muy parecida a una huella digital.
Y el ancho de las líneas de huellas dactilares y la distancia entre ellas está determinada por las longitudes de nuestras cadenas de polímero, pero también por el nivel de frustración incorporado en el sistema.
Y hasta podemos crear estructuras más elaboradas si usamos moléculas asimétricas, en las que una cadena de polímero es significativamente más corta que la otra.
Y la estructura autoensamblada que se forma en este caso es con las cadenas más cortas formando una bola apretada en el medio, rodeado por las cadenas de polímeros más largas y opuestas, formando un cilindro natural.
El tamaño de este cilindro y la distancia entre los cilindros, la periodicidad, se determina de nuevo por cuánto tiempo hacemos las cadenas de polímero.
y el nivel de frustración incorporado.
Así que en otras palabras, estamos usando ingeniería molecular para autoensamblar estructuras a nanoescala que pueden ser líneas o cilindros del tamaño y periodicidad de nuestro diseño.
Estamos usando química, ingeniería química, para fabricar las características a nanoescala que necesitamos para nuestros transistores.
Pero la capacidad de autoensamblar estas estructuras solo nos lleva a la mitad del camino.
Porque todavía necesitamos posicionar estas estructuras donde queremos los transistores en el circuito integrado.
Pero podemos hacerlo con relativa facilidad utilizando estructuras de guía anchas que sujetan las estructuras autoensambladas, anclando en su lugar y obligando al resto de las estructuras autoensambladas.
a estar en paralelo, alineadas con nuestra estructura de guía.
Por ejemplo, si queremos hacer una línea fina de 40 nanómetros, que es muy difícil de fabricar con tecnología de proyección convencional, podemos fabricar una estructura de guía de 120 nanómetros.
con tecnología de proyección normal, y esta estructura alineará tres de las líneas de 40 nanómetros en medio.
Así que los materiales están haciendo el patrón fino más difícil.
Y a todo este enfoque lo llamamos «autoensamblaje dirigido».
El reto con autoensamblaje dirigido.
es que todo el sistema necesita alinearse casi perfectamente, porque cualquier pequeño defecto en la estructura podría causar una falla del transistor.
Y como hay miles de millones de transistores en nuestro circuito, necesitamos un sistema casi molecularmente perfecto.
Pero vamos a medidas extraordinarias.
para lograr esto, de la limpieza de nuestra química al cuidadoso procesamiento de estos materiales en la fábrica de semiconductores para eliminar incluso los defectos nanoscópicos más pequeños.
El autoensamblaje dirigido es una nueva tecnología disruptiva emocionante, pero todavía está en la etapa de desarrollo.
Pero estamos creciendo en confianza de que podríamos, de hecho, introducirlo a la industria de semiconductores como un nuevo proceso de fabricación revolucionario en los próximos años.
Y si podemos hacer esto, si tenemos éxito, podremos continuar con la miniaturización rentable de transistores, continuar con la espectacular expansión de la informática y la revolución digital.
Y lo que es más, esto podría ser incluso el comienzo de una nueva era de fabricación molecular.
Es genial.
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/karl_skjonnemand_the_self_assembling_computer_chips_of_the_future/