"Por primera vez" logran apilar silicio en 3D con rendimiento inédito: el avance que podría salvar la ley de Moore
Lleva tiempo hablándose de que los procesadores que montan los ordenadores están llegando a su límite físico. A grosso modo, nos estamos quedando sin espacio. Reducir más el tamaño de los transistores para seguir el ritmo de la famosa Ley de Moore, esa que dice que la potencia de los chips debería duplicarse cada dos años, podríamos decir que actualmente ya no se cumple. Para sortear este obstáculo, un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha planteado algo diferente: en lugar de intentar meter más componentes a lo ancho, proponen empezar a construir hacia arriba, apilando chips en vertical.
Al repartir los componentes en varios niveles utilizando el silicio de toda la vida, el chip ocupa mucho menos espacio físico. Además, las señales eléctricas tienen que recorrer distancias más cortas entre los componentes. Esto no solo podría hacer que la comunicación interna sea más rápida, sino que también tiene el potencial de mejorar la eficiencia energética.
El gran obstáculo del calor en los procesadores apilados
La idea de apilar chips no es nueva, pero hay un gran inconveniente: el calor. Para fabricar estos procesadores se necesitan temperaturas que rondan los 1000 C. Al intentar construir un segundo piso a esa temperatura, lo más probable es que acabes dañando el de abajo. Hasta ahora, la alternativa era fabricar los pisos por separado y pegarlos después, pero a costa de perder rendimiento. La novedad de este estudio es que han conseguido lo que llaman integración monolítica, es decir, fabricar una capa directamente sobre otra sin alterar la estructura inferior y manteniendo un rendimiento muy similar al de los chips planos de una sola capa.
Para superar este inconveniente, el primero utilizó transistores modificados químicamente de forma que las etapas que requieren alta temperatura se completan antes de empezar el montaje. Segundo, en lugar de usar las típicas obleas rígidas de silicio, emplearon unas nanomembranas ultrafinas y flexibles. Estas membranas se colocan sobre la estructura a menos de 200 C y, al ser moldeables, se adaptan a la superficie inferior sin dejar burbujas de aire ni imperfecciones.
De momento, los experimentos publicados en la revista Nature han alcanzado las tres capas/pisos funcionales, incluyendo memoria y circuitos lógicos básicos con un porcentaje de defectos bastante bajo. Todavía queda mucho para que esto sea viable y se pueda llevar a una línea de producción. Actualmente, los prototipos requieren voltajes más altos de lo normal para funcionar de forma estable, un detalle importante que habrá que mejorar. Aun así, la investigación aporta una base sólida que demuestra que la tecnología de semiconductores que hay actualmente todavía tiene margen de mejora para seguir evolucionando.


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