El xip més potent d'aquest segle
1993/11/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
IBM, Siemens i Toshiba han apostat molt per aconseguir un nou xip. Dos-cents investigadors i mil milions de dòlars estan en joc perquè el superchip estigui llest durant deu anys. Es tracta d'arribar fins al límit final permès pels materials semiconductors, integrant el major nombre possible de transistors en petites peces de silici. Per a això els enginyers hauran de renovar les seves tècniques de fabricació de circuits integrats.
Capacitat del nou xip
Aquest nou xip podrà contenir en la seva memòria RAM informació de 25.000 pàgines impreses estàndard, és a dir, 30 o 50 vegades més que els ordenadors PC convencionals. En la memòria RAM l'ordinador conté la informació necessària per al tractament i manipulació immediata dels usuaris.
A tall d'exemple, en un programa de tractament d'imatge, l'usuari podrà utilitzar un centenar d'imatges en el microordinador, que actualment només pot utilitzar dos. És a dir, amb imatges animades pot completar fins a quatre segons, on actualment només té dues fotos fixes.
Àmbits d'aplicació
Els avanços del nou xip no sols s'aplicaran en el camp de les imatges animades. La integració d'aquest nou xip suposarà una revolució en la robòtica, els vehicles, la intel·ligència artificial, l'enginyeria mèdica, l'anàlisi de les dades obtingudes per satèl·lit en l'estudi de l'univers i en altres àmbits de la tecnologia.
Per a adonar-nos del progrés, pensem que la millora dels microordinadors serà similar a la dels grans ordinadors de la NASA. La veritat és que les conseqüències d'aquest xip en el camp de les aplicacions encara no es pot dir amb claredat, perquè les noves aplicacions encara només estan en la imaginació.
Evolució de xips
El primer avantpassat d'aquest superchip, projectat per IBM i els seus dos socis, va ser creat en 1964 pel mateix IBM. Llavors la peça quadrada de silici només tenia un transistor, però a partir d'aquí la integració de components electrònics ha crescut a tota velocitat. En 1972 van aconseguir integrar en un xip 1.000 transistors, en 1976 4.000, en 1978 16.000 i en l'actualitat s'integren fins a 16 milions de transistors en la superfície de la peça de silici.
L'objectiu d'aquesta competició de posar cada dia noves marques és doble: una tècnica i una altra econòmica. Tècnicament, com més a prop es troben els components electrònics, més breus són les connexions i més ràpid es transmet la informació. També des del punt de vista econòmic és convenient integrar el major nombre de components electrònics en la mateixa peça i superfície. I és que les màquines fabricades amb xips amb molts components a la mateixa potència són més barates que les fabricades amb menys components.
Cap al monopoli en el món del xip?
En aquesta competició d'integració i miniaturització, l'aposta pel superchi és la via per a guanyar el joc a la competència. Es tracta de superar directament el projecte de les memòries de 64 megabites (el bit és la informació binària de 0 o 1 senyal que es guarda en el transistor). Siemens, IBM i Toshiba volen posar així un superchip del mateix preu enfront del xip dels seus competidors. Amb un xip molt més potent al mateix preu, poden tenir a la seva disposició la fira informàtica mundial.
En el camp dels semiconductors existeix una coneguda llei. Segons aquesta llei, qualsevol xip (sigui com sigui la potència) abans o poc després aconsegueix els 10 dòlars. La raó és molt senzilla d'entendre: quan apareix una nova generació de xips, substitueix als anteriors perquè els fabricants d'equips electrònics prefereixen substituir els quatre xips lents per un xip ràpid.
És clar que qui treu el xip de nova generació tindrà a les seves mans el monopoli i traurà molt rendiment. Quan s'acaba de treure, el xip s'embeni quatre o cinc vegades més car que la resta, fins que la competència surti igual i els preus baixin al sòl. Per tant, IBM, Siemens i Toshiba podran avançar-se uns anys i vendre un superchip car.
Davant el risc de la competència, ATT, NEC, Fujitsu i AMD s'uneixen i esperen aconseguir 256 megabites a partir del xip de 64 megabites actual.
Condicions de fabricació
No obstant això, per a la fabricació del superchip s'ha anunciat una inversió de mil milions de dòlars, que només serà per a començar. El projecte es completarà amb altres dos mil milions. Perquè les condicions de fabricació són enormes.
Per a gravar circuits en el semiconductor de silici, la pols és un gran enemic. Una gota de pols del mil·límetre és suficient per a espatllar el circuit. Per això, el treball industrial més car és, sens dubte, el circuit integrat dels semiconductors. D'una banda, cal treballar en sales d'atmosfera controlada, i per un altre, la maquinària de producció i control, de gran precisió, és molt cara.
En els tallers d'IBM a l'entorn de París, per exemple, cada any li costa actualitzar la tecnologia de les seves instal·lacions prop de vint mil milions de pessetes (uns mil milions de lliures).
L'aspecte dels tallers també és molt diferent. Sembla més que el taller de la cadena de muntatge blindar la sala on es troben les caixes fortes dels bancs. És impossible accedir a la sala on es graven els semiconductors. Amb vestit especial i totes les mesures de seguretat (obrir portes amb targeta magnètica, etc.) L'accés a aquestes sales es limita a l'un o l'altre mena de persones.
En aquestes sales es fa buit a escala submicra per a l'aplicació de diferents substàncies als semiconductors i per a la realització de canals en la superfície de silici. Es col·loca una xarxa per a dipositar les substancies “dopants” (bor, fòsfor, arsènic,…) en determinats llocs del material. En algunes zones es modifica la conductivitat elèctrica i així es mostra als electrons carregats negativament quines vies han de travessar.
No obstant això, qui vulgui aprofundir en la fabricació de circuits integrats pot recórrer a l'article denominat “Circuits Integrats”. Amaia Ibarra i Txelo Ruiz han escrit i “Elhuyar. Zientzia eta Teknika” en el número 48 d'aquesta revista (juny de 1991, 23-31). page) es va publicar.
Carrera de miniaturització
La fabricació del xip de 256 megabites requerirà de tècniques més desenvolupades que les actuals. Abans de realitzar el primer prototip s'hauran de dissenyar circuits molt més compactes. Fins al moment, els laboratoris que fabriquen circuits integrats han aprofitat les dades gràfiques informatitzades utilitzats en generacions anteriors de xips. Per al disseny de nous xips s'ha anat reduint la grandària dels components electrònics perquè la informació circula més ràpid. D'aquesta forma aconsegueixen un xip d'un megabit en 37 mil·límetres quadrats de silici. Això és només la meitat del que necessitava fa set anys.
Però per als superchips que volen fer IBM, Siemens i Toshiba aquesta grandària és massa gran. Un obstacle serà la realització de línies de 0,25 micres (la micra és la mil·lèsima part del mil·límetre). La longitud d'ona del raig de llum que s'utilitzi per a això també haurà de ser adequada, ja que en il·luminar-se l'objecte amb una longitud d'ona major que el gruix de la línia no es pot visualitzar.
Fins a la dècada dels 80, amb llum visible de longitud d'ona entre 0,4 i 0,8 micres, es podien veure línies de 2 micres de gruix en xips de 64 o 256 kilobits. Després van haver d'utilitzar raigs ultraviolats (de longitud d'ona inferior a 0,4 micres), però en aquest nou de 256 megabites hauran d'anar als raigs X. D'aquesta forma es podrà reduir la longitud d'ona fins al miler de la micra. No obstant això, els raigs X tenen un obstacle, ja que travessen gairebé tots els materials. Per això, aquest superchip de 256 megabites haurà de ser fotolitografiado amb una banda d'ultraviolada de petita longitud d'ona seleccionada. A partir d'aquí s'haurà d'evitar la barrera de raigs X per a les següents generacions de xips o idear un nou sistema de fabricació.
En qualsevol cas, s'espera que en la dècada 2010-2020 hi hagi xips d'1 i 4 gigabites (mil milions de bits), a partir d'aquí els enginyers no es preocuparan per ser a la frontera física. El xip de 16 gigabites exigiria la instal·lació de components electrònics molt petits en el silici (el centè de la micra) i no es podria accionar electroestàticament als electrons. Sota tensió els electrons aconseguirien una temperatura de milers de graus i destruirien bruscament el semiconductor.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
