Electr¨®nica: as¨ª fue la revoluci¨®n silenciosa que ha cambiado el mundo

Poco a poco, la microelectr¨®nica ha ido cambiando por completo la vida en la superficie del planeta Tierra. Y, sin embargo, el com¨²n de los mortales conocemos poco de su historia, de c¨®mo han ido sucediendo los cambios, de lo que hay dentro de nuestros gagdets tecnol¨®gicos y de las personas que los crearon. Probablemente sabemos qui¨¦n invent¨® el telescopio o la bombilla (preguntas de Trivial) pero, tambi¨¦n probablemente, no sabemos qui¨¦n invent¨® el transistor o el circuito integrado (o qu¨¦ demonios son tales cosas).

¡°Ahora hacemos las mismas cosas que nuestros abuelos, pero las hacemos de una forma totalmente diferente: ha sucedido una revoluci¨®n silenciosa que ha cambiado nuestra forma de vivir, y esa revoluci¨®n est¨¢ basada en el desarrollo de la tecnolog¨ªa electr¨®nica¡±, dice Ignacio M¨¢rtil, catedr¨¢tico de Electr¨®nica de la Universidad Complutense de Madrid y autor del reciente libro Microelectr¨®nica: historia de la mayor revoluci¨®n silenciosa (Ediciones Complutenses). A trav¨¦s de ¨¦l podemos trazar algunos de los hitos tecnol¨®gicos que nos han llevado al mundo vertiginoso que ahora habitamos.

• La v¨¢lvula de vac¨ªo

Podr¨ªa fijarse un punto de partida de la tecnolog¨ªa electr¨®nica en el ingenio conocido como v¨¢lvula de vac¨ªo, una c¨¢psula de vidrio, parecida a una bombilla, que permit¨ªa controlar la corriente el¨¦ctrica. Fue desarrollada a principios del siglo XX a trav¨¦s del trabajo de cient¨ªficos como John Ambrose Fleming o Lee de Forest (creador del triodo), considerados como precursores de esta disciplina.?

La v¨¢lvula de vac¨ªo funcionaba como amplificador (de ah¨ª que se utilizase para la fabricaci¨®n de radios de v¨¢lvulas, amplificando la se?al de radio) y como conmutador de la corriente el¨¦ctrica, es decir, como un interruptor. Esta propiedad permit¨ªa recrear en circuitos f¨ªsicos los unos y los ceros con los que funciona un ordenador: si el ordenador hace operaciones en ese sistema binario, en el mundo palpable se podr¨ªa reproducir utilizando v¨¢lvulas que dejasen o no dejasen pasar la corriente. As¨ª, un ordenador puede realizar las operaciones l¨®gicas y matem¨¢ticas que est¨¢n muy al fondo de todas sus funciones.

Un ejemplo notorio de ordenador fabricado con v¨¢lvulas de vac¨ªo es el ENIAC, creado en 1946, que ten¨ªa 17.000 v¨¢lvulas de vac¨ªo, ocupaba una habitaci¨®n entera y se utilizaba para realizar c¨¢lculos bal¨ªsticos y otros de complejidad para la ¨¦poca. Al igual que las bombillas, las v¨¢lvulas consum¨ªan mucha energ¨ªa, se calentaban mucho (se llegaba a los 50 grados en la habitaci¨®n) y se fund¨ªan con facilidad, lo que hac¨ªa que hubiera que parar los c¨¢lculos a cada poco. Las v¨¢lvulas no eran muy eficientes, y pronto les llegar¨ªa un inopinado sustituto.

• El transistor

¡°El transistor surgi¨® como soluci¨®n a un gran problema de una compa?¨ªa privada¡±, explica M¨¢rtil. En efecto, en las primeras d¨¦cadas del siglo XX, la empresa de telecomunicaciones estadounidense AT&T trataba de tender l¨ªneas telef¨®nicas de larga distancia a trav¨¦s de los Estados Unidos. La se?al el¨¦ctrica que viaja por los cables del tel¨¦fono se aten¨²a con la distancia recorrida, as¨ª que era necesario colocar cada poco amplificadores, que eran v¨¢lvulas de vac¨ªo: ¡°Como se estropeaban mucho, fallaban las comunicaciones y hab¨ªa que buscar una soluci¨®n m¨¢s eficiente¡±.

Los Laboratorios Bell, un ejemplo pionero de investigaci¨®n cient¨ªfica dentro de la empresa, se pusieron manos a la obra para la obtenci¨®n de un amplificador de estado s¨®lido que no fallase. Fue as¨ª como, tras una ardua investigaci¨®n y fuertes roces entre ellos, los f¨ªsicos William Shockley, Walter Brattain y John Bardeen, llegaron en 1947 a la invenci¨®n del transistor, basado en las propiedades de los materiales semiconductores (como son el silicio o el germanio), solo explicables a trav¨¦s de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, la parte de la f¨ªsica que estudia el movimiento de las part¨ªculas muy peque?as o microobjetos: todos los gagdets tecnol¨®gicos que utilizamos funcionan en base a leyes cu¨¢nticas o, como dice M¨¢rtil, ¡°llevamos la cu¨¢ntica en el bolsillo¡±. El premio Nobel les lleg¨® a los inventores en 1956.

¡°Al principio el transistor se utiliz¨® para cosas sencillas como aud¨ªfonos o radios port¨¢tiles (de ah¨ª que a una radio tambi¨¦n se le llame transistor); tambi¨¦n en cuestiones militares, como la gu¨ªa de misiles. Fue despu¨¦s cuando se descubri¨® su utilidad a la hora de construir ordenadores¡±, explica el catedr¨¢tico. Lo importante es que, adem¨¢s de servir como amplificador, el transistor pod¨ªa ser utilizado como conmutador, es decir, como un interruptor que dejase o no pasar la corriente el¨¦ctrica, que crease los unos y los ceros con los trabaja una computadora.

Y todo ello sin los fallos, el tama?o o el consumo energ¨¦tico de las v¨¢lvulas de vac¨ªo del ENIAC. Esta propiedad fue la que signific¨® un punto de inflexi¨®n y por la que algunos consideran a este ingenio como el invento m¨¢s importante del siglo XX. Para M¨¢rtil, un invento comparable a la rueda o la m¨¢quina de vapor que propici¨® la Primera Revoluci¨®n Industrial. En este caso fue la primera piedra para la Revoluci¨®n Tecnol¨®gica y la Era de la Informaci¨®n.?

• Los circuitos integrados

Despu¨¦s de su paso por los Laboratorios Bell, William Shockley, de dif¨ªcil personalidad, fue en 1956 el pionero de Silicon Valley (llamado as¨ª, de hecho, por el silicio de los transistores) montando en la localidad de Mountain View la empresa Shockley Semiconductor Laboratory, para dedicarse a la fabricaci¨®n de ingenios electr¨®nicos basados en los semiconductores.

Para ello fich¨® a algunos de los mejores especialistas de ramo, entre los que se encontraban Robert Noyce o Gordon Moore. Debido a las disputas entre jefe y empleados, un a?o despu¨¦s ocho de estos cerebros se fueron de la empresa (los ocho traidores, les llam¨® Shockley) y fundaron la competidora Fairchild Semiconductor. Comenzaba as¨ª tambi¨¦n la fuga de cerebros y la tradici¨®n dentro de esta industria de que unas empresas se desgajen de otras. La electr¨®nica, de alguna manera, no solo ha cambiado la tecnolog¨ªa, sino la cultura empresarial, donde ahora es tendencia el estilo de Silicon Valley.

Fue en Fairchild donde se dio el siguiente paso relevante en la historia de la microelectr¨®nica: la invenci¨®n del circuito integrado. ¡°Un transistor tiene tres patas que hay que conectar: si tenemos 2.000 transistores salen 6.000 conexiones: las cosas se iban volviendo muy complejas hasta que se invent¨® el circuito integrado¡±, cuenta M¨¢rtil. La invenci¨®n fue casi simult¨¢nea por Noyce en Fairchild y Jack Kilby de la empresa competidora Texas Instruments.

El circuito integrado, como su nombre indica, es un entramado en una sola placa de material semiconductor en el que no hacen falta cables para conectar los transistores. De esa manera, todo se simplifica. Tambi¨¦n fueron el inicio de la miniaturizaci¨®n. ¡°Los circuitos integrados impregnan toda nuestra vida y son los que han posibilitado que hoy llevemos un ordenador en la palma de la mano¡±, apunta el autor. Posteriormente, en 1968, Noyce y Moore ser¨ªan los fundadores de Intel, a¨²n hoy la empresa m¨¢s importante de fabricaci¨®n de microchips. El Intel 4004, creado en 1971, ser¨ªa el primer microprocesador en un solo chip, con 2.300 transistores dentro. Era la puerta de entrada a los ordenadores personales.

• La Ley de Moore

El circuito integrado fue el primer paso para la carrera de la miniaturizaci¨®n, que se ilustra por la ley emp¨ªrica (est¨¢ solo basada en la observaci¨®n) que postul¨® Gordon Moore en 1967. Seg¨²n la Ley de Moore la tecnolog¨ªa electr¨®nica doblar¨ªa su potencia cada 18 meses (duplicando el n¨²mero de transistores en un circuito integrado), y reducir¨ªa su precio. Hasta ahora se ha venido cumpliendo con bastante exactitud, debido a que los transistores dentro de los circuitos integrados han sido cada vez m¨¢s peque?os. Es decir, cada vez caben m¨¢s transistores en un chip. ¡°La tecnolog¨ªa moderna permite que un cent¨ªmetro cuadrado podamos meter miles de millones de transistores¡±, explica el profesor.

Para verlo gr¨¢ficamente el autor propone un vistoso ejemplo: si en 1971 imaginamos un auditorio (trasunto de un chip) en el que cab¨ªan 2.300 personas (el n¨²mero de transistores en el chip Intel 4004), en ese mismo auditorio en 2015 se habr¨ªan apretujado 7.400 millones de almas, la poblaci¨®n de todo el planeta. As¨ª ha aumentado la densidad de transistores en un circuito integrado.

?Para qu¨¦ queremos esas cantidades astron¨®micas de transistores? ¡°Que haya un mayor n¨²mero de transistores quiere decir que hay una mayor potencia de computaci¨®n. Que haya una mayor potencia de computaci¨®n quiere decir que cada vez se pueden hacer c¨¢lculos m¨¢s complejos y m¨¢s r¨¢pidos. Y esto permite aplicaciones cada vez m¨¢s sofisticadas¡±, responde el catedr¨¢tico. Entre esas aplicaciones, adem¨¢s de c¨¢lculos cient¨ªficos o militares, est¨¢n programas que usamos con frecuencia como avanzados videojuegos o sofisticados editores de fotograf¨ªa. Tambi¨¦n permiten el hecho de que el smartphone sea 3.000 veces m¨¢s potente que el ENIAC que ocupaba una habitaci¨®n.

• El futuro

Ahora, debido al reducido tama?o de los transistores de tipo MOSFET, de hasta de 14 nan¨®metros (o menos), se llega a un l¨ªmite de la Ley de Moore. Resulta muy complejo interconectar miles de millones de transistores en un peque?o chip, adem¨¢s de que se producen problemas de calentamiento o, debido al peque?o tama?o, efectos cu¨¢nticos.

Adem¨¢s de por la computaci¨®n cu¨¢ntica, que se basa en otros fundamentos, ¡°el futuro pasar¨¢ por dejar de pensar en dos dimensiones y empezar a colocar los transistores no solo un plano sino en planos superpuestos, unos encima de otros. Pero esto presenta una complejidad t¨¦cnica muy grande¡±, concluye M¨¢rtil.

La industria electr¨®nica, en cuyo podio figuran empresas como Samsung, Intel y TSMC, factur¨® en 2017 alrededor de dos billones de d¨®lares, una cifra solo comparable a la farmac¨¦utica o a la automovil¨ªstica. Los transistores seguir¨¢n ah¨ª, diminutos e invisibles para el usuario, cambiando nuestra vida, para bien o para mal, de formas que quiz¨¢s a¨²n no podemos ni imaginar.

Michael Faraday (1791-1867)

F¨ªsico y qu¨ªmico brit¨¢nico que estudi¨® el electromagnetismo y la electroqu¨ªmica. Llev¨® a cabo las primeras?experiencias con semiconductores.

Ferdinand Braun (1850-1918)

F¨ªsico, inventor y profesor universitario alem¨¢n galardonado con el Premio Nobel de F¨ªsica en 1909. Cre¨® los 'bigotes de gato',?un alambre que hace contacto con un cristal detector semiconductor.?

Alexander Graham Bell (1847-1922) y Antonio Meucci (1808-1889)

Canadiense nacionalizado estadounidense e italiano, respectivamente, se disputan la creaci¨®n del tel¨¦fono. El de la foto es Meucci.?