El chip más alto del mundo crece hacia arriba para burlar los límites de la informática: ¿adiós a la ley de Moore?

Durante décadas, el progreso de la electrónica ha seguido una regla simple: más pequeño es mejor. Desde los años 60, cada nueva generación de chips ha empaquetado más transistores en menos espacio, cumpliendo la famosa ley de Moore...

Durante décadas, el progreso de la electrónica ha seguido una regla simple: más pequeño es mejor. Desde los años 60, cada nueva generación de chips ha empaquetado más transistores en menos espacio, cumpliendo la famosa ley de Moore. Formulada por el cofundador de la empresa Intel, Gordon Moore, en 1965, esta ley predecía que el número de componentes en un microchip se duplicaría aproximadamente cada año. Pero esa carrera hacia lo diminuto está llegando a su límite físico. Ahora, un equipo internacional de científicos propone una solución tan obvia como revolucionaria: si no podemos seguir reduciendo el tamaño de los chips, construyamos hacia arriba.

Xiaohang Li, investigador de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah de Arabia Saudí (KAUST) y su equipo han diseñado un chip con 41 capas verticales de semiconductores y materiales aislantes, aproximadamente diez veces más alto que cualquier otro fabricado anteriormente. El trabajo, publicado recientemente en la revista Nature Electronics, no solo representa un hito técnico, sino que abre la puerta a una nueva generación de dispositivos electrónicos flexibles, eficientes y sostenibles.

“Tener seis o más capas de transistores apiladas verticalmente nos permite aumentar la densidad de circuitos sin hacer los dispositivos más pequeños lateralmente”, explica Li. “Con seis capas, podemos integrar un 600% más de funciones lógicas en la misma área que con una sola capa, logrando mayor rendimiento y menor consumo de energía”.

La ley de Moore comenzó a perder vigencia alrededor de 2010, cuando los fabricantes de chips se toparon con las leyes de la física. Los transistores actuales tienen apenas unos nanómetros de ancho, tan pequeños que los efectos cuánticos empiezan a interferir con su funcionamiento. “La ley de Moore está alcanzando sus límites físicos en la microelectrónica de silicio tradicional, pero la innovación continúa en nuevas direcciones. En lugar de seguir reduciendo los transistores, estamos explorando nuevos materiales, nuevas arquitecturas y nuevas posibilidades, como el apilamiento”, señala Li.

Rascacielos de transistores

Para entender el desafío técnico al que se enfrentó su equipo, Li recurre a una metáfora arquitectónica: “Piense en cada capa de transistores como el piso de un rascacielos. Si un piso es irregular, todo el edificio se vuelve inestable”. La clave del éxito del experimento fue dominar lo que llaman la “rugosidad de la interfaz”: cualquier pequeña imperfección entre capas puede interrumpir el flujo de electrones y reducir drásticamente el rendimiento del chip.

El avance fundamental fue desarrollar estrategias de fabricación completamente nuevas. Un punto crucial fue conseguir que todas las capas se depositaran a temperatura ambiente o cercana, protegiendo así las capas inferiores ya fabricadas. Esta manufactura a baja temperatura no es un mero detalle técnico. “La mayoría de los materiales flexibles u orgánicos no pueden soportar altas temperaturas”, explica Li. “Los procesos tradicionales de semiconductores a menudo superan los 400 °C, lo que fundiría o deformaría estos materiales”, añade. Mantener todo el proceso cerca de la temperatura ambiente permite usar sustratos de plástico o polímeros, abriendo la puerta a la electrónica flexible del futuro.

Para demostrar la viabilidad de su diseño, el equipo fabricó 600 copias del chip, todas con un rendimiento similar. Los investigadores utilizaron estos chips apilados para implementar operaciones básicas, logrando un rendimiento comparable a chips tradicionales no apilados pero con un consumo energético muy inferior: apenas 0,47 microvatios, frente a los 210 típicos de dispositivos de última generación.

Primeras aplicaciones

¿Dónde veremos primero esta tecnología? Li es optimista, pero realista: “Las primeras aplicaciones probablemente serán sensores de salud portátiles, etiquetas inteligentes y pantallas flexibles, donde el bajo consumo y la flexibilidad mecánica son cruciales”. A más largo plazo, el equipo imagina superficies informáticas de gran área, esencialmente “pieles electrónicas” que pueden sentir, procesar y comunicarse a través de objetos o estructuras enteras. Aunque estos nuevos chips probablemente no alimentarán supercomputadoras, su uso en dispositivos como electrodomésticos podría reducir significativamente la huella de carbono de la industria electrónica.

“Los circuitos que desarrollamos están diseñados para estos sistemas, donde la flexibilidad mecánica, el bajo coste y la escalabilidad importan más que la velocidad extrema”, aclara Li. El investigador cree que su investigación abre una nueva puerta en informática: “Muestra que el escalado de rendimiento puede continuar, no solo haciendo los dispositivos más pequeños, sino integrándolos de manera más inteligente y eficiente en tres dimensiones.”