Por Matthew Knight y Nick Glass
(CNN) — Deslizamos los dedos, tocamos, desplazamos y hacemos clic, pero raramente nos detenemos a pensar qué pasa en el laberinto de electrónicos debajo de nuestros dedos.
Pero la próxima vez que te maravilles por el hardware computacional en tus manos tómate un tiempo y piensa en los pequeños transistores, en los chips de nuestra computadora. Sin ellos todos los dispositivos modernos no funcionarían.
“Creo que los transistores realmente son los héroes anónimos de la era de la información”, dice Kaizad Mistry, vicepresidente del fabricante líder de chips del mundo, Intel. “Estos pequeños interruptores… estas son las cosas (de las que dependen) nuestras computadoras, servidores, smartphones y laptops”.
Desde que Intel presentó el primer microprocesador personal en 1971, todos los fabricantes de chips se han esforzado por aumentar las velocidades de procesadores al meter más y más transistores; los pequeños interruptores que controlan las señales eléctricas, en superficies no mayores al tamaño de una uña.
El chip 4004, uno de los principales de Intel, contenía 2.300 transistores, y cada uno medía algunos micrómetros (una millonésima parte de un metro). Hoy en día, los chips de silicio más avanzados contienen miles de millones de interruptores de tamaño nanométrico que controlan el flujo de corrientes eléctricas.
Al medir una millonésima parte de un metro de diámetro, los objetos a nanoescala son casi imposibles de imaginar.
Imagina que una canica mide solo un nanómetro de diámetro en comparación, dice la Iniciativa Nacional de Nanotecnología del gobierno estadounidense. Si fuera así, entonces un metro equivaldría al diámetro de la Tierra.
“Los nanodispositivos son importantes debido a que nuestras sociedades se han vuelto locas con la información”, dice el profesor Peter J. Bentley de la Universidad College London en Inglaterra y autor de Digitized: The science of computers and how it shapes our world (Digitalizado: la ciencia de las computadoras y cómo forma nuestro mundo).
“La cantidad de datos producidos y consumidos cada día alcanza niveles inimaginables, y aumenta todos los días. Pero esos datos tienen que almacenarse en algún lugar, y ser procesados por algo”, dijo Bentley a CNN en un correo electrónico.
“Así que básicamente, los hacemos más pequeños para que puedan almacenar y procesar más información en el mismo tamaño (pequeño) por aproximadamente el mismo costo de energía… o tendremos que comenzar a racionar el uso de datos por persona porque la energía computacional necesaria eventualmente utilizará más energía de o que el planeta puede soportar”, añadió.
En una apuesta por mantener el ritmo con la Ley de Moore; la afirmación del fundador de Intel, Gordon E. Moore de que el número de transistores de un chip debería duplicarse aproximadamente cada dos años, Intel desarrolló nuevos transistores 3D o Tri-Gate, y cada uno mide 22 nanómetros de diámetro.
“Durante los últimos 40 a 50 años, los transistores que hemos hecho condujeron la electricidad a lo largo de una superficie plana de una placa de silicio. Un transistor 3D es un nuevo concepto, una nueva arquitectura para fabricar transistores diminutos… es solo fundamentalmente un mejor interruptor”, dice Mistry.
“Lo que hemos hecho es crear estos pilares o aletas en la superficie de la placa y ahora la corriente puede fluir en estos tres lados de esa aleta para que con cualquier paso puedas tener una mayor conducción de corriente”.
El chip Ivy Bridge de Intel contiene una impresionante cantidad de 1,400 millones de transistores que se encienden y apagan más de 100,000 millones de veces en un segundo, procesan 4,000 veces más rápido y utilizan 5,000 veces menos energía que el microchip 4004.
“Los transistores Tri-Gate son un rediseño muy agradable del transistor tradicional plano que está dentro de los chips”, dice Bentley.
“Uno de los problemas clave de estar al día (con la Ley de Moore) es la disipación de calor. Los chips tradicionales se calientan demasiado. El transistor Tri-Gate ciertamente ayudará en ese aspecto ya que puede operar en voltajes más bajos”.
Actualmente se desarrollan transistores más pequeños de 14 nanómetros, e Intel planea una fecha de lanzamiento en 2014. Pero no pasará mucho tiempo antes de que los fabricantes de chips para computadora tengan que pensar en unos incluso más pequeños.
“Solo tenemos que llegar a los límites ahora”, dice Bentley. “Ya somos tan pequeños que el túnel cuántico (donde los electrones mágicamente pasan a través de objetos sólidos debido a los efectos cuánticos) pueden causar problemas reales en el diseño de chips. Al fabricarlos más pequeños, los efectos cuánticos detendrán absolutamente el funcionamiento de los transistores”.
Nuestra única opción es aprender a cómo perfeccionar la ciencia de la computación cuántica, dice.
Las computadoras cuánticas funcionan en una forma diferente de las computadoras convencionales, al manipular objetos como electrones y fotones para que realicen tareas de procesamiento.
En lugar de utilizar transistores para encender y apagar los ceros y unos en dígitos binarios (bits) de información, las computadoras cuánticas trabajan con bits cuánticos (qubits) que pueden representar todo tipo de combinaciones con ceros y unos simultáneamente.
“En teoría, (las computadoras cuánticas) podrán resolver problemas difíciles al encontrar una solución elusiva de miles de millones porque de alguna manera analizan todas las soluciones al mismo tiempo”, dice Bentley.
En mayo, Google y la NASA anunciaron que se aliaban para compartir una de las primeras computadoras cuánticas comerciales del mundo.
La máquina fabricada por D-Wave Systems de Canadá se instalará en el nuevo Laboratorio Cuántico de Inteligencia Artificial en el Centro de Investigación Ames de la NASA en California, Estados Unidos.
Se espera que procesar cantidades enormes de datos lleve a avances en el clima y modelos económicos así como la mejora del entendimiento de la genética humana. Pero eso todavía está a un largo camino, dice Bentley.
“En práctica, están destinadas a haber muchas limitaciones, así que tenemos que pasar las próximas cinco décadas perfeccionando esta tecnología radicalmente nueva antes de que realmente sepamos cuán lejos podemos impulsarla”.