Durante décadas, la industria de los semiconductores ha seguido una misma estrategia para aumentar el rendimiento de los procesadores: reducir el tamaño de los transistores y colocar cada vez más en la misma superficie. Sin embargo, muchos expertos llevan años preguntándose cuánto tiempo podrá mantenerse esta tendencia antes de alcanzar los límites impuestos por la física.
Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) asegura haber dado un paso importante para responder a esa pregunta. Mediante simulaciones a escala atómica, han estudiado cómo se comportan los transistores cuando su tamaño se aproxima a los límites físicos actuales y los resultados son más prometedores de lo esperado.
El gran enemigo son las fugas de electrones
A medida que los transistores se hacen más pequeños, controlar el paso de los electrones se vuelve mucho más complicado.
Cuando las dimensiones alcanzan unos pocos nanómetros aparece un fenómeno conocido como efecto túnel cuántico, por el que algunos electrones consiguen atravesar barreras que, en teoría, deberían bloquearlos. Estas fugas provocan un mayor consumo energético, generan calor adicional y reducen la eficiencia del procesador.
Es precisamente este fenómeno el que amenaza con frenar la evolución de los chips en los próximos años.
Un material de solo un átomo de grosor
Para estudiar este problema, los investigadores utilizaron un modelo informático capaz de simular el comportamiento de los materiales átomo por átomo.
El protagonista del estudio fue el disulfuro de molibdeno (MoS₂), un material bidimensional cuyo grosor equivale prácticamente a una única capa de átomos. Desde hace años se considera uno de los candidatos más prometedores para sustituir al silicio en determinadas generaciones futuras de procesadores, gracias a sus excelentes propiedades electrónicas.
Las simulaciones muestran que, combinando adecuadamente este material con nuevas arquitecturas de transistores, es posible minimizar las fugas incluso cuando las dimensiones son extremadamente reducidas.
¿Procesadores por debajo de los 4 nanómetros?
Uno de los resultados más interesantes del estudio es que algunos diseños podrían seguir funcionando correctamente incluso con transistores inferiores a 4 nanómetros, una cifra que hasta hace poco muchos consideraban cercana al límite práctico de fabricación.
Esto no significa que vayamos a ver procesadores comerciales con esas características de forma inmediata. Entre una simulación y un producto final existen numerosos desafíos relacionados con la fabricación, los costes y la estabilidad del material.
Sin embargo, el trabajo demuestra que todavía existe margen para seguir avanzando en la miniaturización.
La próxima revolución de los chips podría llegar con nuevos materiales
Durante años, el silicio ha sido la base de prácticamente toda la electrónica moderna. No obstante, conforme los transistores continúan reduciendo su tamaño, materiales bidimensionales como el disulfuro de molibdeno, el grafeno o el diseleniuro de tungsteno están despertando un enorme interés entre los investigadores.
Si estos materiales consiguen superar las dificultades de producción a gran escala, podrían abrir la puerta a procesadores más rápidos, con menor consumo energético y capaces de integrar un número aún mayor de transistores en un espacio reducido.
La industria de los semiconductores se acerca lentamente a algunos de los límites fundamentales de la física, pero estudios como este demuestran que todavía quedan caminos por explorar.
La próxima generación de chips no dependerá únicamente de hacer los transistores más pequeños, sino también de encontrar materiales y diseños completamente nuevos que permitan seguir impulsando el rendimiento de la informática durante la próxima década.