La “Ley de Moore”, los semiconductores y los fabricantes de autos. Una carrera sin un final decidido

El origen de la electrónica moderna tuvo lugar el 16 de diciembre de 1947 en Bell Labs, Nueva Jersey (EE. UU.). Fue entonces cuando el físico Walter Brattain logró por primera vez amplificar un voltaje eléctrico con un componente semiconductor improvisado.

Había nacido el transistor. Por primera vez, existía una alternativa a los voluminosos y poco fiables tubos de vacío que, además, consumían mucha energía.

Desde el punto de vista de la apariencia, aquel ingenio de Brattain, que constaba de una placa de germanio, un triángulo de plástico, una lámina de oro y un clip, tenía muy poco en común con los chips modernos, pero presagiaba la era de los ordenadores personales, los teléfonos inteligentes y los coches con funciones automatizadas de conducción.

El nuevo componente electrónico podría usarse como amplificador y como interruptor y, junto con otros elementos como resistencias y capacitores, podría convertirse en un circuito integrado (IC) en una sola placa semiconductora.

En las décadas siguientes, las empresas de semiconductores consiguieron hacer que los componentes fueran cada vez más pequeños para así poder colocar un número cada vez mayor de ellos en la misma superficie.

Ya en 1965, Gordon Moore fue capaz de ver que el número de transistores por unidad de área aumentaría exponencialmente.

El escalado simple alcanza sus límites

La predicción de Moore ha demostrado ser correcta durante décadas. Pero ahora finalmente está llegando a sus límites, porque la reducción gradual en el tamaño de los MOSFET (Transistor Semiconductor de Óxido de Metal de Efecto de Campo, por sus siglas en inglés) como interruptores en los chips ya no existe:

“Hace unos 15 años, la gente se dio cuenta de que el escalado simple había llegado a su fin”, asegura la investigadora Heike Riel, miembro de IBM en el Centro de Investigación de la empresa en Rüschlikon, Suiza.

“Es por eso que los fabricantes reemplazaron por primera vez el dióxido de silicio como material aislante en los transistores con los llamados materiales High-K, manteniendo la misma geometría MOSFET. Esto hizo posible producir chips con estructuras de 45 nm de tamaño”.

Pero este truco solo podría mantener viva la Ley de Moore durante unos años más. Por esta razón, los fabricantes de chips comenzaron a utilizar una nueva arquitectura de transistores para componentes aún más pequeños en la primera mitad de la década de 2010: el FinFET, en el que el canal conductor entre el terminal fuente y los terminales drenadores tiene forma de aleta y está encerrado en varios lados por el terminal puerta.

“Esto hace que sea mucho más fácil controlar el flujo de corriente en el transistor”, dice Riel. “Se utilizaron FinFET a partir de 22 nm de tamaño de estructura y ahora son comunes en circuitos integrados”.

El FET más evolucionado

Pero el denominado FinFET tiene ya un sucesor. Comenzando con tamaños de estructura de cinco nanómetros, el GAAFET es hoy el futuro. “El GAAFET, el canal conductor entre los terminales fuente y drenadores consta de varios nanocables de silicio paralelos, cada uno de los cuales está completamente encerrado por la puerta”, explica Riel.

“Esta es la geometría óptima para controlar el flujo de corriente. También ahorra espacio en los chips porque varias de estas estructuras de nanocables, que forman el canal del transistor, se superponen entre sí”.

El mundo del automóvil también se beneficiará de desarrollos como la arquitectura GAAFET en el futuro, porque tanto las nuevas y potentes Plataformas de Computación de Alto Rendimiento (HCP) como las sucesoras de las muchas unidades de control descentralizadas y los procesadores especiales para conducción autónoma, dependen de chips con alta potencia de cálculo.

Sin embargo, ni siquiera GAAFET podrá salvar la Ley de Moore a largo plazo: más allá de un tamaño de estructura de tres nm, las cosas se pondrán difíciles. Este límite podría alcanzarse en tres o cuatro años.

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