Cada vez que usas tu teléfono inteligente para enviar un mensaje de texto, tomar una foto o publicar en redes sociales, una infinidad de electrones se encarga de la tarea pesada detrás de escena, manejando las entradas y almacenando esa información. Pero investigadores en China han creado un nuevo chip que utiliza solo un electrón para almacenar datos.
En un estudio publicado el 16 de julio en la revista Science, los científicos demostraron un chip de memoria flash bidimensional (2D) que puede atrapar un electrón solitario a temperatura ambiente, reduciendo la energía necesaria para procesar los datos.
Al dispositivo se le ha apodado “Guiyi”, que en el budismo chino significa “volver a uno”. Este nombre alude a que un solo electrón representa el mínimo teórico necesario para transferir un bit, y el South China Morning Post lo compara con el “Santo Grial para la industria de los semiconductores”.
Una señal más fuerte de un solo electrón
La razón por la que esta tecnología podría representar un gran avance, dicen los científicos, es que promete resolver los desafíos relacionados con la eficiencia energética, la velocidad y la estabilidad, todo en un solo dispositivo.
“Nuestras demandas de velocidad de almacenamiento, capacidad, eficiencia energética y estabilidad han alcanzado un nuevo nivel en la era de la IA”, afirmó Chunsen Liu, ingeniero de la Universidad Fudan y coautor del estudio, al periódico estatal China Daily. “Poder almacenar un bit de información cambiando el estado de un solo electrón reducirá significativamente el consumo de energía y abrirá el camino a una capacidad de almacenamiento mucho mayor”.
Según el estudio, los científicos intentaron almacenar datos usando un solo electrón a finales de la década de 1990, pero la señal, o pulso eléctrico, generado al atrapar al electrón era demasiado débil para leerse con claridad. Lo compararon con intentar detectar las ondas de una sola gota de lluvia que cae en un embalse.
Para sortear este problema, el equipo estructuró la memoria flash 2D Guiyi para presentar una capa de grafeno antes de la puerta flotante —una trampa que puede retener electrones y un lugar donde se pueden almacenar datos incluso después de apagar la energía.
Los electrones pueden moverse a través de la red hexagonal de grafeno de un solo átomo con una resistencia muy baja y a alta velocidad, con pérdidas de energía mínimas. Esta capa de grafeno permite que los electrones se aceleren antes de saltar a la puerta flotante, donde quedan atrapados.
El resultado fue una pulso eléctrico más fuerte proveniente de un solo electrón atrapado, que generó una señal de 0,5 voltios, 10 veces más fuerte que los intentos anteriores con un solo electrón, señalaron los investigadores.
Liu dijo a China Daily que Guiyi podría ayudar a que los datos se desplacen más rápido entre las unidades de cómputo y almacenamiento. “Eso reduciría significativamente las demoras en la transferencia de datos, mejoraría la eficiencia de la computación y ayudaría a ampliar las aplicaciones de IA en múltiples industrias”, afirmó.
El reto de escalar
Guiyi es otro ejemplo de “investigadores que exploran nuevas arquitecturas de dispositivos para superar los cuellos de botella de la memoria de hoy” causados por la inteligencia artificial, Andrew Humphris, profesor de nanoimagen en la Universidad de Bristol y fundador de la empresa de metrología de semiconductores Infinitesima, dijo a Live Science por correo electrónico.
La demanda de cargas de trabajo de IA y modelos de lenguaje grandes ha generado una brecha de rendimiento entre la velocidad del procesador y la de la memoria, lo que ralentiza la transferencia de datos. Al mismo tiempo, los tres fabricantes de chips que dominan el mercado de la memoria flash NAND — Samsung, SK hynix y Micron — están despriorizando esta forma de memoria no volátil que mantiene los datos cuando se corta la energía.
En su lugar, están aumentando la capacidad de la memoria de gran ancho de banda. Esto ha provocado una escasez de NAND y ha elevado los precios. Tecnologías como Guiyi, que prometen acelerar la transferencia de datos, podrían llenar ese vacío.
Aunque Guiyi es una prueba de concepto sólida, su uso comercial será otra historia. Humphris advirtió que el verdadero reto estará en escalar, diciendo: “un avance científico solo puede transformar una industria cuando puede producirse de manera fiable, repetible y económicamente”.
Citó el ejemplo del fabricante de componentes ASML, cuya tecnología de luz ultravioleta extrema (EUV) se ha vuelto ubicua en la industria de los semiconductores; es utilizada por empresas como Intel y Samsung para la producción de nodos de proceso de 3 y 5 nanómetros. ASML tardó más de dos décadas en llevar la tecnología EUV del laboratorio de investigación a la producción comercial —lo que fue mucho más tiempo de lo que la empresa esperaba.
“Las empresas que darán forma a la próxima generación de chips de IA no serán solo aquellas con las mejores tecnologías”, añadió Humphris, “sino las que puedan fabricar a escala y a un costo razonable”.
No obstante, el equipo liderado por el primer autor del estudio Zhou Peng, profesor de microelectrónica de la Universidad Fudan, tiene planes ambiciosos. Según reporta el South China Morning Post, en junio él dijo a Jiefang Daily (el periódico diario oficial del Comité Municipal de Shanghai del Partido Comunista Chino) que planean constituir una empresa a finales de este año para comercializar la tecnología en un plazo de tres a cinco años. Si tienen éxito, afirmó, podría “sacudir” el mercado de la memoria flash.
