O chip máis potente deste século

1993/11/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Elektronika

IBM, Siemens e Toshiba apostaron moito por conseguir un novo chip. Douscentos investigadores e mil millóns de dólares están en xogo para que o superchip estea listo durante dez anos. Trátase de chegar até o límite final permitido polos materiais semiconductores, integrando o maior número posible de transistores en pequenas pezas de silicio. Paira iso os enxeñeiros deberán renovar as súas técnicas de fabricación de circuítos integrados.

Capacidade do novo chip

20 millóns de transistores gravados neste chip de silicio de 7,8x18,06 mm.

Este novo chip poderá conter na súa memoria RAM información de 25.000 páxinas impresas estándar, é dicir, 30 ou 50 veces máis que os ordenadores PC convencionais. Na memoria RAM o computador contén a información necesaria paira o tratamento e manipulación inmediata dos usuarios.

A modo de exemplo, nun programa de tratamento de imaxe, o usuario poderá utilizar un centenar de imaxes no microordenador, que actualmente só pode utilizar dous. É dicir, con imaxes animadas pode completar até catro segundos, onde actualmente só ten dúas fotos fixas.

Ámbitos de aplicación

Os avances do novo chip non só se aplicarán no campo das imaxes animadas. A integración deste novo chip suporá una revolución na robótica, os vehículos, a intelixencia artificial, a enxeñaría médica, a análise dos datos obtidos por satélite no estudo do universo e noutros ámbitos da tecnoloxía.

Paira darnos conta do progreso, pensemos que a mellora dos microordenadores será similar á dos grandes ordenadores da NASA. A verdade é que as consecuencias deste chip no campo das aplicacións aínda non se pode dicir con claridade, porque as novas aplicacións aínda só están na imaxinación.

Evolución de chips

Cando están a gravar transistores en silicio, basta cunha pinga de po do milésimo milímetro paira estragar o circuíto.

O primeiro antepasado deste superchip, proxectado por IBM e os seus dous socios, foi creado en 1964 polo propio IBM. Entón a peza cadrada de silicio só tiña un transistor, pero a partir de aí a integración de compoñentes electrónicos creceu a toda velocidade. En 1972 lograron integrar nun chip 1.000 transistores, en 1976 4.000, en 1978 16.000 e na actualidade intégranse até 16 millóns de transistores na superficie da peza de silicio.

O obxectivo desta competición de pór cada día novas marcas é dobre: una técnica e outra económica. Tecnicamente, canto máis cerca atópanse os compoñentes electrónicos, máis breves son as conexións e máis rápido transmítese a información. Tamén desde o punto de vista económico é conveniente integrar o maior número de compoñentes electrónicos na mesma peza e superficie. E é que as máquinas fabricadas con chips con moitos compoñentes á mesma potencia son máis baratas que as fabricadas con menos compoñentes.

Cara ao monopolio no mundo do chip?

Nesta competición de integración e miniaturización, a aposta polo superchi é a vía paira gañar o xogo á competencia. Trátase de superar directamente o proxecto das memorias de 64 megabites (o bit é a información binaria de 0 ó 1 sinal que se garda no transistor). Siemens, IBM e Toshiba queren pór así un superchip do mesmo prezo fronte ao chip dos seus competidores. Cun chip moito máis potente ao mesmo prezo, poden ter á súa disposición a feira informática mundial.

No campo dos semiconductores existe una coñecida lei. Segundo esta lei, calquera chip (sexa cal for a potencia) antes ou pouco despois alcanza os 10 dólares. A razón é moi sinxela de entender: cando aparece una nova xeración de chips, substitúe aos anteriores porque os fabricantes de equipos electrónicos prefiren substituír o catro chips lentos por un chip rápido.

Está claro que quen saca o chip de nova xeración terá nas súas mans o monopolio e sacará moito rendemento. Cando se acaba de sacar, o chip véndese catro ou cinco veces máis caro que o resto, ata que a competencia salga igual e os prezos baixen ao chan. Por tanto, IBM, Siemens e Toshiba poderán adiantarse uns anos e vender un superchip caro.

Ante o risco da competencia, ATT, NEC, Fujitsu e AMD únense e esperan alcanzar 256 megabites a partir do chip de 64 megabites actual.

Condicións de fabricación

O microprocesador é o corazón do computador. É quen realiza as ordes dadas ao computador.

Con todo, paira a fabricación do superchip anunciouse una investimento de mil millóns de dólares, que só será paira empezar. O proxecto completarase con outros dous mil millóns. Porque as condicións de fabricación son enormes.

Paira gravar circuítos no semiconductor de silicio, o po é un gran inimigo. Una pinga de po do milímetro é suficiente paira estragar o circuíto. Por iso, o traballo industrial máis caro é, sen dúbida, o circuíto integrado dos semiconductores. Por unha banda, hai que traballar en salas de atmosfera controlada, e por outro, a maquinaria de produción e control, de gran precisión, é moi cara.

Nos talleres de IBM na contorna de París, por exemplo, cada ano cústalle actualizar a tecnoloxía das súas instalacións preto de vinte mil millóns de pesetas (un mil millóns de libras).

O aspecto dos talleres tamén é moi diferente. Parece máis que o taller da cadea de montaxe blindar a sala onde se atopan as caixas fortes dos bancos. É imposible acceder á sala onde se gravan os semiconductores. Con traxe especial e todas as medidas de seguridade (abrir portas con cartón magnético, etc.) O acceso a estas salas limítase a un ou outro tipo de persoas.

Nestas salas faise baleiro a escala submicra paira a aplicación de diferentes sustancias aos semiconductores e paira a realización de canles na superficie de silicio. Colócase una rede paira depositar as sustancias “dopantes” (boro, fósforo, arsénico,…) en determinados lugares do material. Nalgunhas zonas modifícase a conductividad eléctrica e así se mostra aos electróns cargados negativamente que vías deben atravesar.

Con todo, quen queira profundar na fabricación de circuítos integrados pode recorrer ao artigo denominado “Circuítos Integrados”. Amaia Ibarra e Txelo Ruiz escribiron e “Elhuyar. Zientzia eta Teknika” no número 48 desta revista (xuño de 1991, 23-31). page) publicouse.

Carreira de miniaturización

Cada ano salguen novos chips, cada vez máis potentes, cada vez máis pequenos.

A fabricación do chip de 256 megabites requirirá de técnicas máis desenvolvidas que as actuais. Antes de realizar o primeiro prototipo deberanse deseñar circuítos moito máis compactos. Até o momento, os laboratorios que fabrican circuítos integrados aproveitaron os datos gráficos informatizados utilizados en xeracións anteriores de chips. Paira o deseño de novos chips foise reducindo o tamaño dos compoñentes electrónicos para que a información circula máis rápido. Desta forma conseguen un chip dun megabit en 37 milímetros cadrados de silicio. Iso é só a metade do que necesitaba hai sete anos.

Pero paira os superchips que queren facer IBM, Siemens e Toshiba ese tamaño é demasiado grande. Un obstáculo será a realización de liñas de 0,25 micras (a micra é a milésima parte do milímetro). A lonxitude de onda do raio de luz que se utilice paira iso tamén deberá ser adecuada, xa que ao iluminarse o obxecto cunha lonxitude de onda maior que o espesor da liña non se pode visualizar.

Até a década dos 80, con luz visible de lonxitude de onda entre 0,4 e 0,8 micras, podíanse ver liñas de 2 micras de groso en chips de 64 ou 256 kilobits. Logo tiveron que utilizar raios ultravioleta (de lonxitude de onda inferior a 0,4 micras), pero neste novo de 256 megabites terán que ir aos raios X. Desta forma poderase reducir a lonxitude de onda até o milleiro da micra. Con todo, os raios X teñen un obstáculo, xa que atravesan case todos os materiais. Por iso, leste superchip de 256 megabites deberá ser fotolitografiado cunha banda de ultravioleta de pequena lonxitude de onda seleccionada. A partir de aí deberase evitar a barreira de raios X paira as seguintes xeracións de chips ou idear un novo sistema de fabricación.

En calquera caso, espérase que na década 2010-2020 haxa chips de 1 e 4 gigabites (mil millóns de bits), a partir de aí os enxeñeiros non se preocuparán por estar na fronteira física. O chip de 16 gigabites esixiría a instalación de compoñentes electrónicos moi pequenos no silicio (o centésimo da micra) e non se podería accionar electrostáticamente aos electróns. Baixo tensión os electróns alcanzarían una temperatura de miles de graos e destruirían bruscamente o semiconductor.