Internet cuántica - Primera Parte: Más Moore es menos

Por Rafael Torres M. M.Sc. UCLA Analista Biblioteca del Congreso Nacional, Chile.

||Autor Fotografía: Ioan Sameli

En el mundo de la computación y la microelectrónica, la ley de Moore es tanto o más conocida que la ley de Ohm; es la norma que ha dirigido el desarrollo de la industria microelectrónica en los últimos cincuenta años. Fue una afirmación futurista basada en datos del desarrollo de la industria electrónica realizada por Gordon Moore, y la historia es así:

En 1965, Gordon Moore –quien trabajaba como Director de Investigación en Fairchild Semiconductor en San José, California- publicó un ensayo que comenzaba con una reflexión sobre el futuro de la naciente tecnología de los circuitos integrados, que -a diferencia de los circuitos tradicionales, que disponían componentes discretos sobre una placa con las líneas de conexión de cobre “impresas”[1] sobre ella- tenían todos sus componentes y líneas de conexión dispuestos sobre un pequeño trozo plano de silicio[2].  En el ensayo, Moore predijo maravillas tales como computadores, relojes digitales, automóviles automáticos y “equipos personales portátiles de comunicación”. El propósito del ensayo era, en realidad, trazar una línea temporal para tales desarrollos y, basándose en la cantidad de transistores como medida de la capacidad de los microprocesadores de la época, estimó que el número de transistores en un microprocesador se duplicaría cada año. Posteriormente, en 1975, corregiría su estimación de la frecuencia y la dejó en dos años[3].

La visión de Moore comenzó a hacerse realidad en las décadas de los setenta y los ochenta, cuando entraron al mercado los productos equipados con microprocesadores. Pronto, la demanda por tales productos explotó y los productores competían por empacar cada vez más capacidad de procesamiento en unidades más y más pequeñas[4].

Sin embargo, nada de esto fue el resultado inevitable de una ley, la ley de Moore. Por el contrario, fueron los fabricantes de chips los que decidieron mantenerse dentro de los márgenes de la “ley de Moore”. Tan pronto se materializaba un nuevo avance según dicha ley, los desarrolladores de software producían aplicaciones que llevaban al límite a las recién adquiridas capacidades y los productores de chips se apresuraban a satisfacer la demanda con una nueva generación de chips. Más aún, desde la década de los noventa la industria de semiconductores ha producido una “hoja de ruta” cada dos años para coordinar sus esfuerzos de modo que los cientos de productores y distribuidores que la componen se comporten como la “ley” lo establece, una estrategia a veces llamada “More Moore”. Ha sido, en gran medida, gracias a esta estrategia que los computadores han tenido el desarrollo exponencial demandado por la “ley”.

Sin embargo, este acelerado crecimiento hacia el interior ha llevado a la industria a estrellarse contra dos barra seras: la barrera térmica y la barrera cuántica.

Entender la barrera térmica es simple, la temperatura de un cuerpo depende del balance entre la energía que absorbida y la energía drenada. Cuando el drenaje es vía emisión de calor (emisión infrarroja) desde la superficie del chip, tanto ésta como la diferencia de temperaturas a través de la superficie son variables críticas. En un circuito impreso tradicional, un transistor pequeño podía ocupar una superficie de cercana a 6 mm2, en el procesador Haswell-EX Xeon E7 V3 de Intel, en cambio, se integran cinco mil seiscientos millones de transistores en una superficie de 662 mm2 (equivalente a un cuadrado de 2,573 cm de arista)[5],  junto con otros componentes como condensadores, diodos, resistencias y líneas de conexión. Con tan poca superficie disponible para disipar el calor derivado de los crecientes niveles de potencia utilizados por los circuitos integrados, la temperatura de éstos crece, así como el “ruido” electrónico y el número de fallas de materiales también.

Pero eso no es todo, otro límite –aún más fundamental, impuesto por las leyes de la física- asoma en el horizonte, a menos de una década en el futuro. Los circuitos integrados más avanzados han alcanzado dominios dimensionales del orden de 14 nanometros[6], más pequeños que la mayoría de los virus. Según Paolo Gargini –presidente de la organización que elabora la “hoja de ruta”- hacia el año 2020 se alcanzará el límite de 2 a 3 nm, equivalente a la longitud de 10 átomos alineados uno tras de otro. ¿Será eso un dispositivo discreto? Probablemente no, porque a esa escala el comportamiento de los electrones está gobernado por las incertezas cuánticas, lo que hará de los transistores unos dispositivos absolutamente inestables. A pesar de numerosos esfuerzos, aún no se avizora una tecnología capaz de reemplazar la electrónica del silicio[7].

Sin embargo, ya que la escala de magnitudes cuánticas parece estar al alcance de la mano, ¿no es posible entonces construir un computador cuántico? Una discusión sobre el tema, en el segundo artículo de esta serie.

 



[1] En realidad, grabadas al aguafuerte sobre una placa de fibra de vidrio y resina epóxica (adhesivo polimérico desarrollado a mediados de la década de los 60’s), con una fina placa de cobre adherida a una de sus caras o a ambas. (N. del A)

[2] Puede encontrar más información sobre circuitos integrados en el Capítulo 23 del e-book “Principles of electronics”. Disponible en: http://www.talkingelectronics.com/Download%20eBooks/Principles%20of%20electronics/CH-23.pdf.

[3] M. Mitchell Waldrop. “The chips are down for Moore’s Law”. Disponible en: http://www.nature.com/news/the-chips-are-down-for-moore-s-law-1.19338. Mayo 2016.

[4] Ibídem.

[5] Intel Unleashes Haswell-EX Xeon E7 V3 Processors …”.  Disponible en: http://wccftech.com/intel-unleashes-haswell-ex-xeon-e7-v3-processors-18-cores-45-mb-l3-cache-12-tb-ddr4-memory-support-57-billion-transistors/. Mayo 2016.

[6] 1 nm = 0,000000001 m = 1x10-9 m; una mil-millonésima de metro

[7] Op.Cit. “The chips are down for Moore’s Law”.

 
 

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