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← Los chips informáticos autoensamblados del futuro

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Showing Revision 8 created 04/02/2019 by Lidia Cámara de la Fuente.

  1. Las computadoras solían ser
    tan grandes como una habitación.

  2. Pero ahora caben en tu bolsillo,
  3. en tu muñeca
  4. e incluso puede ser implantadas
    dentro de tu cuerpo.
  5. Es genial.
  6. Y esto ha sido posible por
    la miniaturización de los transistores,
  7. que son los diminutos
    interruptores en los circuitos
  8. en el corazón de nuestras computadoras.
  9. Y se ha logrado a través
    de décadas de desarrollo
  10. y avances en ciencia e ingeniería
  11. y de miles de millones
    de dólares de inversión.
  12. Pero nos ha dado grandes
    cantidades de computación,
  13. enormes cantidades de memoria
  14. y la revolución digital que todos
    experimentamos y disfrutamos hoy.
  15. Pero la mala noticia es
  16. que estamos a punto de llegar
    a un bloqueo digital, a medida que
  17. la velocidad de miniaturización de
    los transistores se está desacelerando.
  18. Y esto está sucediendo
    exactamente al mismo tiempo.
  19. que nuestra innovación en software
    continúa sin tregua
  20. con inteligencia artificial y macrodatos.
  21. Nuestros dispositivos hacen reconocimiento
    facial o aumentan nuestra realidad.
  22. o incluso conducen autos por
    nuestras traicioneras carreteras caóticas.
  23. Es asombroso.
  24. Pero si seguimos
    con el apetito por nuestro software,
  25. podríamos llegar a un punto
    en el desarrollo de nuestra tecnología,
  26. en que las cosas que podríamos hacer
    con el software podrían, de hecho,
  27. verse limitadas por nuestro hardware.
  28. Todos hemos experimentado la frustración
    de un viejo teléfono o tableta
  29. que trabaja lentamente hasta
    detenerse con el tiempo bajo el peso
  30. cada vez mayor de las actualizaciones
    de software y las nuevas características.
  31. Y funcionaban bien cuando los compramos
    no hace mucho tiempo.
  32. Pero los hambrientos
    ingenieros de software
  33. se han comido toda la capacidad
    del hardware a través del tiempo.
  34. La industria de los semiconductores
    es muy consciente de esto.
  35. y está trabajando
    en todo tipo de soluciones creativas,
  36. como ir más allá de los transistores
    a la computación cuántica
  37. o incluso trabajar con transistores
    en arquitecturas alternativas.
  38. tales como redes neuronales
  39. para hacer circuitos
    más robustos y eficientes.
  40. Pero estos enfoques
    tomarán bastante tiempo,
  41. y realmente estamos buscando una solución
    mucho más inmediata a este problema.
  42. La razón por la que la velocidad de
    miniaturización de transistores se está
  43. desacelerando se debe a la complejidad
    cada vez mayor del proceso de fabricación.
  44. El transistor solía ser
    un dispositivo grande y voluminoso,
  45. hasta la invención del circuito integrado
  46. basado en obleas
    de silicio cristalino puro.
  47. Y después de 50 años
    de continuo desarrollo,
  48. ahora podemos lograr dimensiones
    de características de transistores
  49. de hasta 10 nanómetros.
  50. Pueden caber más de
    mil millones de transistores.
  51. en un solo milímetro cuadrado de silicio.
  52. Para poner esto en perspectiva,
  53. un cabello humano tiene
    100 micras de ancho.
  54. Un glóbulo rojo,
    que es esencialmente invisible,
  55. tiene 8 micras de ancho,
  56. y se pueden poner 12 a lo ancho
    de un cabello humano.
  57. Pero un transistor, en comparación,
    es mucho más pequeño,
  58. una pequeña fracción
    de una micra de ancho.
  59. Se podrían poner más de 260 transistores
  60. a través de un solo glóbulo rojo
  61. o más de 3000 a lo ancho
    de un cabello humano.
  62. Realmente es increíble la nanotecnología
    en tu bolsillo ahora mismo.
  63. Y además del beneficio obvio
  64. de poder poner más, transistores
    más pequeños en un chip,
  65. los transistores más pequeños
    son interruptores más rápidos,
  66. Y los transistores más pequeños también
    son interruptores más eficientes.
  67. Así que esta combinación nos ha dado
  68. un menor costo, un mayor rendimiento
    y una mayor eficiencia electrónica
  69. de las que que todos disfrutamos hoy.
  70. Para fabricar estos circuitos integrados,
  71. los transistores se
    construyen capa por capa,
  72. sobre una oblea
    de silicio cristalino puro.
  73. En un sentido simplificado,
  74. se proyecta cada pequeña
    característica del circuito
  75. en la superficie de la oblea de silicio
  76. y se graba en un material
    sensible a la luz
  77. y luego grabado a través
    del material sensible a la luz
  78. se deja el patrón
    en las capas subyacentes.
  79. Este proceso ha sido mejorado
    dramáticamente con los años.
  80. para dar el rendimiento de
    la electrónica que tenemos hoy.
  81. Pero a medida el transistor
    se hace cada vez más pequeño,
  82. estamos realmente acercándonos
    a las limitaciones físicas.
  83. de esta técnica de fabricación.
  84. Los últimos sistemas
    para hacer este patrón.
  85. se han vuelto tan complejos
  86. que, según informes, cuestan
    más de USD 100 millones cada uno.
  87. Y las fábricas de semiconductores tienen
    docenas de estas máquinas.
  88. La gente está cuestionando seriamente:
    ¿es este enfoque viable a largo plazo?
  89. Pero creemos que podemos
    hacer este chip de fabricación.
  90. de una forma totalmente diferente
    y mucho más rentable
  91. usando ingeniería molecular
    e imitando la naturaleza
  92. abajo en las dimensiones a
    nanoescala de nuestros transistores.
  93. Como dije, la fabricación usual toma
    cada característica pequeña del circuito
  94. y la proyecta sobre el silicio.
  95. Pero si nos fijamos en la estructura
    de un circuito integrado,
  96. el conjunto de transistores,
  97. muchas de las características
    se repiten millones de veces.
  98. Es una estructura altamente periódica.
  99. Por eso queremos
    aprovechar esta periodicidad
  100. en nuestra técnica
    de fabricación alternativa.
  101. Queremos utilizar
    materiales de autoensamblaje
  102. para formar naturalmente
    las estructuras periódicas
  103. que necesitamos
    para nuestros transistores.
  104. Hacemos esto con los materiales,
  105. entonces los materiales hacen
    el trabajo duro del patrón fino,
  106. en lugar de llevar la tecnología
    de proyección a sus límites y más allá.
  107. El autoensamblaje se ve en la
    naturaleza en muchos lugares diferentes,
  108. de las membranas lipídicas
    a las estructuras celulares.
  109. así que sabemos que puede
    ser una solución robusta.
  110. Si es lo suficientemente bueno para la
    naturaleza, debería serlo para nosotros.
  111. Queremos aprovechar este autoensamblaje
    robusto que se da naturalmente
  112. y usarlo para la fabricación de
    nuestra tecnología de semiconductores.
  113. Un tipo de material de autoensamblaje
  114. --se llama un copolímero de bloque--
  115. consiste en 2 cadenas de polímero de solo
    pocas decenas de nanómetros de longitud.
  116. Pero estas cadenas se odian.
  117. Se repelen entre sí,
  118. tanto como el aceite y el agua
    o mi hijo adolescente y mi hija.
  119. (Risas)
  120. Pero los unimos cruelmente,
  121. creando una frustración
    incorporada en el sistema,
  122. ya que tratan de separarse unos de otros.
  123. Y en el material a granel,
    hay miles de millones de estos,
  124. y los componentes similares
    tratan de permanecer juntos,
  125. y los componentes opuestos tratan
    de separarse unos de otros
  126. al mismo tiempo.
  127. Esto tiene una frustración incorporada,
    una tensión en el sistema.
  128. Así que se mueve, se retuerce
    hasta que se crea una forma.
  129. Y la forma natural autoensamblada que
    se forma es a nanoescala,
  130. regular, periódica y de largo alcance,
  131. que es exactamente lo que necesitamos
    para nuestros conjuntos de transistores.
  132. Así que podemos usar
    la ingeniería molecular
  133. para diseñar diferentes formas
    de diferentes tamaños.
  134. y de diferentes periodicidades.
  135. Así, por ejemplo, si tomamos
    una molécula simétrica,
  136. donde las dos cadenas de polímero
    sean de longitud similar,
  137. la estructura natural
    autoensamblada que se forma
  138. es una línea larga y serpenteante,
  139. muy parecida a una huella digital.
  140. Y el ancho de las líneas
    de huellas dactilares
  141. y la distancia entre ellas
  142. está determinada por las longitudes
    de nuestras cadenas de polímero,
  143. pero también por el nivel de frustración
    incorporado en el sistema.
  144. Y hasta podemos crear
    estructuras más elaboradas
  145. si usamos moléculas asimétricas,
  146. en las que una cadena de polímero es
    significativamente más corta que la otra.
  147. Y la estructura autoensamblada
    que se forma en este caso
  148. es con las cadenas más cortas formando
    una bola apretada en el medio,
  149. rodeado por las cadenas de
    polímeros más largas y opuestas,
  150. formando un cilindro natural.
  151. El tamaño de este cilindro
  152. y la distancia entre los cilindros,
    la periodicidad,
  153. se determina de nuevo por cuánto tiempo
    hacemos las cadenas de polímero.
  154. y el nivel de frustración incorporado.
  155. Así que en otras palabras,
    estamos usando ingeniería molecular
  156. para autoensamblar
    estructuras a nanoescala
  157. que pueden ser líneas o cilindros del
    tamaño y periodicidad de nuestro diseño.
  158. Estamos usando química,
    ingeniería química, para fabricar
  159. las características a nanoescala que
    necesitamos para nuestros transistores.
  160. Pero la capacidad de
    autoensamblar estas estructuras
  161. solo nos lleva a la mitad del camino.
  162. Porque todavía necesitamos
    posicionar estas estructuras
  163. donde queremos los transistores
    en el circuito integrado.
  164. Pero podemos hacerlo
    con relativa facilidad
  165. utilizando estructuras de guía anchas que
    sujetan las estructuras autoensambladas,
  166. anclando en su lugar
  167. y obligando al resto de las
    estructuras autoensambladas.
  168. a estar en paralelo,
  169. alineadas con nuestra estructura de guía.
  170. Por ejemplo, si queremos hacer
    una línea fina de 40 nanómetros,
  171. que es muy difícil de fabricar con
    tecnología de proyección convencional,
  172. podemos fabricar una estructura
    de guía de 120 nanómetros.
  173. con tecnología de proyección normal,
  174. y esta estructura alineará tres de las
    líneas de 40 nanómetros en medio.
  175. Así que los materiales están haciendo
    el patrón fino más difícil.
  176. Y a todo este enfoque lo llamamos
    "autoensamblaje dirigido".
  177. El reto con autoensamblaje dirigido.
  178. es que todo el sistema necesita alinearse
    casi perfectamente, porque cualquier
  179. pequeño defecto en la estructura
    podría causar una falla del transistor.
  180. Y como hay miles de millones de
    transistores en nuestro circuito,
  181. necesitamos un sistema
    casi molecularmente perfecto.
  182. Pero vamos a medidas extraordinarias.
  183. para lograr esto,
  184. de la limpieza de nuestra química
  185. al cuidadoso procesamiento
    de estos materiales
  186. en la fábrica de semiconductores
  187. para eliminar incluso los defectos
    nanoscópicos más pequeños.
  188. El autoensamblaje dirigido es una
    nueva tecnología disruptiva emocionante,
  189. pero todavía está en
    la etapa de desarrollo.
  190. Pero estamos creciendo en confianza
    de que podríamos, de hecho, introducirlo
  191. a la industria de semiconductores
  192. como un nuevo proceso
    de fabricación revolucionario
  193. en los próximos años.
  194. Y si podemos hacer esto, si tenemos éxito,
  195. podremos continuar
  196. con la miniaturización
    rentable de transistores,
  197. continuar con la espectacular
    expansión de la informática
  198. y la revolución digital.
  199. Y lo que es más, esto podría ser
    incluso el comienzo de una nueva era
  200. de fabricación molecular.
  201. Es genial.
  202. Gracias.
  203. (Aplausos)