Durante décadas, los ingenieros han trabajado para crear transistores cada vez más pequeños para poder colocar cantidades cada vez mayores en los chips de computadora, todo en nombre de una mayor potencia de procesamiento. Ahora, en la era de inteligencia artificial (IA), ese esfuerzo se ha convertido en una carrera desenfrenada.
Entonces, ¿cuán pequeño puede realmente llegar a ser un transistor? ¿Es aún ese el objetivo?
Para entender la respuesta, primero hay que saber qué es un transistor.
“Si tomas una computadora o tu teléfono móvil y lo abrieras para ver su interior, verás que hay una placa de circuito impreso,” Suman Datta, profesor de ingeniería eléctrica y de la computación en Georgia Tech, dijo a Live Science.
En esa placa hay pequeños objetos rectangulares llamados chips, y dentro de cada chip hay un diminuto trozo de silicio. “Y en ese silicio, si haces un zoom de un millón de veces … tal vez, si tienes suerte, empezarás a ver estos diminutos interruptores o transistores grabados en ese trozo de silicio,” dijo Datta.
(Crédito de la imagen: Marilyn Perkins / Future)
Suscríbete a nuestro boletín semanal Life’s Little Mysteries para recibir los misterios más recientes antes de que aparezcan en línea.
Cada transistor es, en efecto, un interruptor que se enciende y se apaga en respuesta a impulsos eléctricos que laten a 4 mil millones de veces por segundo. Los dispositivos modernos contienen miles de millones de transistores, y cada uno se enciende y se apaga en una orquestación precisa para mover y almacenar ceros y unos, lo que impulsa todo, desde las búsquedas en Google y los centros de datos de IA hasta el dispositivo que estás usando para leer estas palabras.
Cuanto más pequeños son los transistores, más caben en cada chip y mayor es la velocidad y la funcionalidad del chip. Entonces, ¿cuán pequeños han llegado a ser hasta ahora?
“Los investigadores han construido dispositivos de prueba de concepto en los que un solo átomo controla el flujo de electrones, aunque el resto del dispositivo todavía es mucho más grande,” dijo Persson, profesor asistente en la Universidad Chalmers de Tecnología en Suecia, y Tara Peña, una próxima profesora asistente en UCLA, a Live Science por correo electrónico conjunto. Eso significa que la parte de conmutación de un transistor se ha hecho a la escala física más pequeña posible, aunque aún no existe un dispositivo completo de ese tamaño. Materiales nuevos y enfoques podrían hacer que estos dispositivos sean aún más pequeños. En un estudio publicado en junio en la revista Nature Nanotechnology, Persson, Peña y colegas emplearon semiconductores bidimensionales hechos de disulfuro de tungsteno, entre otros materiales, para reducir los transistores de nanorribón a un ancho de canal de 25 nanómetros —aproximadamente 0.00025 del ancho de un cabello humano.
Los semiconductores bidimensionales son materiales eléctricamente activos que tienen un grosor de solo uno o unos pocos átomos, y debido a que la corriente eléctrica puede controlarse con mayor precisión en esa capa tan delgada, permiten transistores más pequeños que el silicio tradicional.
Durante la próxima década, todavía esperan que los transistores de silicio se reduzcan, pero a un ritmo más lento que en el pasado, dijeron. “Para avanzar considerablemente hacia tamaños más pequeños, quizá en algún momento debamos ir más allá del silicio hacia materiales atómicamente delgados, como los semiconductores bidimensionales que estudiamos.”
Un sinfín de consideraciones
El tamaño no es la única consideración; el costo también es importante. Es enormemente costoso de entrada diseñar y construir un nuevo chip. “Somos tan intensivos en I+D como las compañías farmacéuticas que gastan miles de millones de dólares para desarrollar un solo fármaco,” dijo Datta. “Es un modelo de negocio muy similar.”
También hay factores de manufactura a considerar. “El paso a menudo mucho más difícil es producir miles de millones de esos transistores de manera confiable, a escala y a un precio que tenga sentido comercial,” dijeron Persson y Peña. “Algo que funciona una vez en un laboratorio no necesariamente funciona en una fábrica.”
Otra consideración es la eficiencia energética. “Si voy añadiendo más y más transistores a ese pequeño trozo de silicio, y a nivel de transistor individual no se vuelven más eficientes en consumo de energía … entonces, al pasar de, digamos, 10 transistores a 20, mi presupuesto de energía tendría que duplicarse, dado que todo lo demás permanece igual,” dijo Datta.
Por ejemplo, las GPU para centros de datos de Nvidia más recientes consumen 1.4 kilovatios de electricidad, y se estima que el próximo lanzamiento de Nvidia consumirá casi un kilovatio más que eso. La mitad de esa energía se desperdicia como calor residual, señaló Datta.
“Entonces no se trata solo de ser más pequeño, más rápido y más barato, sino también de ser más eficiente en energía,” dijo Datta. “Tienes que trabajar en los cuatro vectores.”
¿Sigue siendo el objetivo que lo más pequeño predomine en la era de la IA?
Aun así, existe un límite al espacio físico disponible para añadir más transistores, por lo que los ingenieros están recurriendo a diseños en 3D — piensa en altura en lugar de anchura.
“En lugar de solo hacer que cada transistor sea más pequeño, la idea es cada vez más apilar transistores uno sobre otro para que quepan más dentro de la misma área del chip,” dijeron Persson y Peña. “De esa manera, podemos hacer que nuestra electrónica sea considerablemente más potente, incluso si cada transistor se encoje solo modestamente.”
La búsqueda de chips más rápidos y eficientes solo se está tornando más urgente con el crecimiento explosivo de la IA. Pero transistores más pequeños y chips más potentes no son importantes solo para los centros de datos de IA; también significan dispositivos electrónicos de consumo más pequeños y potencialmente más baratos.
“La gente ciertamente nota las consecuencias de los transistores más pequeños,” dijeron Persson y Peña. “Pueden usar menos energía y permitir más poder de cómputo encajado en el mismo chip. Eso puede significar electrónica más rápida, mayor duración de la batería y costos más bajos. Históricamente, esa combinación ha permitido que los smartphones actuales superen a las supercomputadoras del tamaño de una habitación de hace décadas.”
Entonces, ¿cuán pequeños pueden llegar a ser los transistores? “Haremos todo lo posible para que sean lo más pequeños posible mientras podamos controlar la física,” dijo Datta. “Y mientras podamos, encontraremos la manera de hacer que la economía funcione.”
