La nueva tecnología de chips de IBM: apuntalando la Ley de Moore

Nuestra vida depende cada vez más del transporte de electrones en los microscópicos laberintos de los chips… no solo de ordenadores, sino también de automóviles, electrodomésticos y todo tipo de aparatos.

La pandemia ha puesto de relieve la profunda dependencia que tenemos de ellos y cómo una vacilante demanda, unida a problemas en la cadena de suministro, nos han llevado a una crisis mundial por sobredemanda de chips que afecta a fabricantes de dispositivos informáticos, pero también a la automoción, los electrodomésticos, etc. La industria es adicta a los chips. 

IBM, que fue en su día sinónimo de todo lo relacionado con la informática, ha demostrado la viabilidad de fabricación de chips de 2 nanómetros

En situaciones de crisis, comunicados como el de IBM son noticia. IBM, que fue en su día sinónimo de todo lo relacionado con la informática, ha demostrado la viabilidad de fabricación de chips de 2 nanómetros. Este proceso permitirá meter hasta 50.000 millones de transistores en un chip del tamaño de una uña. Estos chips serán además un 75% más eficientes y un 45% más rápidos que los actuales de 7nm.

IBM parece haber dado un gran salto en la carrera tecnológica que busca los chips más avanzados. En la actualidad, Intel utiliza un proceso de fabricación que resulta en chips de 10nm, mientras que en TSMC son de 7nm.

Este proceso permitirá meter hasta 50.000 millones de transistores en un chip del tamaño de una uña

Aunque comparar chips es complicado, la compañía ha hecho progresos muy notables e interesantes. En este sentido, merece la pena analizar la noticia más en profundidad, porque comparar nanómetros con nanómetros a veces es como comparar peras y manzanas.

Durante años, la evolución de los chips se ha medido por el tamaño, y hoy continuamos dando pasos de nanómetro en nanómetro viendo cuántos componentes –sobre todo, transistores– somos capaces de colocar en un mismo espacio. En las décadas pasadas, la nomenclatura nanométrica se correspondía realmente con el tamaño de ciertos elementos del chip, pero esa época ya pasó. A medida que ha avanzado la tecnología, las medidas de los componentes se han desvinculado de la nomenclatura de generaciones previas. De hecho, hace poco más de una década, y antes del último gran salto a FinFET –diseño de transistor en 3D con forma de aleta–, el número de nodos prácticamente carecía de significado, sin relación con las dimensiones de un chip.

Hoy se está debatiendo qué nuevo número (o combinación de números) refleja mejor el progreso. Dentro de las dificultades que esto conlleva, una de las propuestas de los expertos es la densidad por milímetro cuadrado de transistores. 

Transistores de nanoescala fabricados con el nuevo proceso de 2 nm de IBM. 

Hoy se está debatiendo qué nuevo número (o combinación de números) refleja mejor el progreso. Una de las propuestas es la densidad por milímetro cuadrado de transistores

Esta propuesta, frente a la antigua convención de nombres, es algo confusa, aunque compara los chips de 10nm de Intel con los de 7nm de TSMC. Ambos tienen densidades de transistores más o menos equivalentes: los 100 millones de transistores por milímetro cuadrado en Intel frente a 91 millones del TSMC. (Aquí encontrarás una práctica tabla que compara el tamaño del proceso y la densidad de transistores de los chips).

Aunque IBM no ha anunciado la densidad de transistores, tras solicitarles información sobre el tamaño exacto de la "uña" a la que se referían –representantes de la empresa dijeron que unos 150 milímetros cuadrados–, la publicación AnandTech calculó que IBM produciría unos 333 millones de transistores por milímetro cuadrado. Un número que supera todo lo que se produce actualmente.

Lo más avanzado hasta hoy es lo que TSMC está fabricando, un chip de 3nm para Apple con casi 300 millones de transistores por milímetro cuadrado, que entrará en producción en 2022.

Las nanoplacas: ¿el siguiente paso de la Ley de Moore?

Quizás más importante que el tamaño sea el diseño de los transistores. Se prevé que la nueva tecnología de IBM, llamada nanosheet (o transistores de compuerta), sea la sucesora de los actuales transistores FinFET. La empresa lleva trabajando en esta tecnología desde 2017.

Se prevé que la nueva tecnología de IBM, llamada nanosheet (o transistores de compuerta), sea la sucesora de los actuales transistores FinFET

Los transistores FinFET tienen de un canal en forma de aleta rodeado en tres lados por una "puerta" que controla el flujo de electrones. En cambio, en los transistores nanosheet (o compuerta por todos los lados) de IBM, el canal está hecho de capas apiladas unas sobre otras donde, como un rollito o un flamenquín, la puerta rodea todo. Esta última parte es la más crítica, pues los transistores rodeados por la puerta proporcionan un mejor control de la corriente a través del canal, ya que se evitan fugas y la eficiencia crece.

"Es una tecnología que nos emociona", explica Jesús del Álamo, profesor del MIT especializado en nuevas tecnologías de transistores a la revista Wired. "Es un diseño completamente nuevo que hace avanzar la hoja de ruta del futuro". Y aunque IBM sea la primera en mostrarnos su tecnología a este nivel de detalle, probablemente no será la última. Es muy posible que tanto Samsung como TSMC sigan su ejemplo.

A pesar de que es demasiado pronto para hacer comparaciones sobre el rendimiento entre los chips en producción y los futuros que serán utilizados con los nuevos transistores de IBM, lo que sí es seguro es que estos últimos ofrecerán notables mejoras. 

Dan Hutcheson, CEO de análisis en VLSI Research, ha comentado a Wired que las mejoras de rendimiento estimadas por IBM le parecían muy conservadoras y calificó el trabajo llevado a cabo de un "hito para la industria".

Chips de nueva generación  

¿Cuándo podríamos acceder a dispositivos con estos chips? Esta es una nueva tecnología, nacida en el centro IBM de investigación en Albany (Nueva York) y por ahora solo existen chips de demostración. Aún estamos lejos de poder producirlos. IBM vendió su negocio de fabricación de chips en 2014, pero sigue diseñándolos. Es de esperar que, en los próximos años, IBM completará el proceso necesario para su producción y, mediante acuerdos de licencia con socios como Intel y Samsung, pronto los veremos.

Hablamos de un renacimiento del sector gracias a una energía e innovación que lo está revitalizando

Lo que sí es evidente es el renacimiento que está experimentando la industria de chips… No estamos hablando de mejoras y pequeños avances; hablamos de un renacimiento del sector gracias a una energía e innovación que lo está revitalizando. Estamos asistiendo a una explosión cámbrica de diseños extraños para fines especiales, como puede ser la IA. Además, una gran parte de la innovación está ocurriendo fuera de las grandes empresas. La financiación disponible es de tal nivel que solo en capital riesgo hay más 12 billones USD repartidos en unas 400 empresas.

¡Incluso en medio de la sequía de chips de este año, el monzón está llegando!

Fuente: Singularity Hub, por Jason Dorrier.

Imágenes: © IBM.

Artículo publicado en mayo de 2021.