La industria de semiconductores entra en la era de la nanotecnolog¨ªa

La industria de semiconductores ha iniciado la producci¨®n comercial de chips con tecnolog¨ªa de 90 nan¨®metros y obleas de 300 mil¨ªmetros de di¨¢metro. As¨ª, contin¨²a creciendo de forma exponencial la densidad de los chips, con el consiguiente ahorro de coste y aumento del volumen de producci¨®n.

Se espera que el ritmo de integraci¨®n que ha caracterizado a la industria de semiconductores desde hace 40 a?os se mantenga hasta el a?o 2016 como m¨ªnimo, cuando se alcancen reglas de dise?o de 22 nan¨®metros.

La mayor¨ªa de chips se fabrica ahora con tecnolog¨ªa de 130 nan¨®metros (0,13 micras o 130 milmillon¨¦simas de metro) y obleas de 200 mil¨ªmetros de di¨¢metro.

Hace dos a?os que se est¨¢ poniendo a punto la maquinaria para fabricar chips con reglas de dise?o de 90 nan¨®metros y ya se est¨¢ implantando en fase totalmente comercial en varias factor¨ªas de todo el mundo.

A lo largo de este a?o se entrar¨¢ de pleno en la era de la nanotecnolog¨ªa, con la distancia entre transistores inferior a 100 nan¨®metros.

El transistor es el elemento fundamental de cualquier chip. Hoy en d¨ªa se fabrican chips con 100 millones de transistores, que se conectan entre s¨ª a trav¨¦s de diversas capas de metal superpuestas (hasta siete) y forman un circuito integrado.

Al ser el transistor m¨¢s peque?o, se reduce el tama?o del chip o aumenta el n¨²mero de funciones del chip con m¨¢s transistores. Al ser el chip m¨¢s denso, los electrones tienen que recorrer menos distancia para hacer una funci¨®n determinada, con lo cual el proceso es m¨¢s r¨¢pido y tambi¨¦n el consumo de energ¨ªa es m¨¢s bajo.

La reducci¨®n del tama?o del transistor, debido a que el ancho de las pistas de los chips es m¨¢s peque?o por la mejora del proceso litogr¨¢fico, explica que la funcionalidad de un chip, medida por su n¨²mero de transistores o por su capacidad de proceso, se haya duplicado cada a?o y medio o dos a?os en un entorno de precios constante. Es lo que se conoce como Ley de Moore, porque esta progresi¨®n la observ¨® Gordon Moore en 1965 y se ha cumplido de manera consistente en los ¨²ltimos 40 a?os.

Las otras causas que explican que se cumpla la Ley de Moore son los continuos avances en el dise?o de circuitos y el empleo de obleas m¨¢s grandes. En las obleas de 300 mil¨ªmetros de di¨¢metro, frente a las de 200 mil¨ªmetros, caben 2,4 chips m¨¢s del mismo tama?o.

El coste por chip es el 30% m¨¢s bajo en una oblea de 300 mil¨ªmetros que en una de 200, se utiliza el 40% menos de energ¨ªa por oblea y la mitad de mano de obra por chip. As¨ª salen chips progresivamente m¨¢s peque?os, m¨¢s potentes y m¨¢s baratos.

El propio Gordon Moore se mostr¨® convencido hace un a?o en un homenaje que le rindi¨® la industria, de que "el crecimiento exponencial que ha caracterizado a la fabricaci¨®n de chips mantendr¨¢ su ritmo al menos otra d¨¦cada".

Moore reconoci¨® que el crecimiento hist¨®rico tiene un l¨ªmite debido a varios factores, como la disipaci¨®n de la energ¨ªa de los chips, el aumento de su complejidad y la verificaci¨®n del funcionamiento y el coste de las nuevas f¨¢bricas, pero las innovaciones que se producir¨¢n a nivel de circuitos, arquitecturas y dispositivos mantendr¨¢n el crecimiento.

Duplicaci¨®n anual

Cada a?o se duplica el n¨²mero de transistores fabricados. Se estima que el a?o pasado se fabricaron del orden de un trill¨®n de transistores (10 elevado a 18 o un uno seguido de 18 ceros). Para poner de manifiesto lo que significa esta cifra, Moore calcula que en el mundo se imprimen cada a?o entre 100.000 billones y un trill¨®n de caracteres sobre papel y existen entre 10.000 y 100.000 billones de hormigas en la Tierra. El precio del transistor es irrisorio: una memoria RAM actual cuesta 1 d¨®lar aproximadamente y contiene unos 50 millones de transistores.

El pr¨®ximo microprocesador Power5 de IBM contar¨¢ con 275 millones de transistores. Los procesadores de Intel y AMD tienen del orden de 100 millones de transistores y se calcula que hacia 2006 se alcanzar¨¢n los 1.000 millones de transistores en un ¨²nico microprocesador. Los chips se fabricar¨¢n hacia 2007 con anchos de 65 nan¨®metros y a final de la d¨¦cada con 45 nan¨®metros.

Son cantidades incre¨ªblemente min¨²sculas: el virus del sida tiene un di¨¢metro de unos 100 nan¨®metros y el grosor de un cabello humano es mil veces superior al virus del sida.

Aunque existe un consenso generalizado entre los cient¨ªficos del progreso exponencial en la fabricaci¨®n de chips, cada vez existen m¨¢s requerimientos tecnol¨®gicos para los cuales no existe soluci¨®n conocida. El informe reci¨¦n publicado de ITRS, que describe la fabricaci¨®n de los chips en el periodo 2003-2016, est¨¢ repleto de inc¨®gnitas a partir de 2010. Se cree que la soluci¨®n provendr¨¢ de la integraci¨®n de varias tecnolog¨ªas que ahora se desconocen, como pas¨® anteriormente.

Jerry Sanders, presidente honorario de AMD, sostiene que la industria de semiconductores est¨¢ lejos de alcanzar su madurez, aunque se tienda en los pr¨®ximos a?os a reducir el crecimiento de la facturaci¨®n.

El problema no est¨¢ en aumentar la funcionalidad de los chips a precio constante, porque Sanders est¨¢ seguro de que se conseguir¨¢, sino en qu¨¦ hacer con estas funciones adicionales. Para el presidente de AMD no hay otro remedio que realizar una innovaci¨®n genuina en los propios chips y en sus aplicaciones y no perpetuar modelos de negocio caducos.

Michael Splinter, presidente ejecutivo de Applied Materials, empresa que hace maquinaria para fabricar chips, alerta de que pasan dos a?os y medio antes de que se amortice una planta de fabricaci¨®n de chips. "Es mucho tiempo y debemos cooperar los fabricantes de maquinaria con los de chips para reducirlo".