La IA tiene hambre. Consume potencia informática para el desayuno, el almuerzo y la cena, y los chips planos estándar ya no pueden alimentarlo.
Los límites físicos están golpeando con fuerza. Los transistores ya no se están encogiendo como antes. No precisamente. Ya no. Entonces, un equipo de la Universidad de Illinois hizo lo que parecía obvio en retrospectiva: los apilaron.
Publicado el 27 de mayo en Nature, el nuevo estudio detalla un chip de silicio tridimensional. No es un sándwich de chips separados pegados entre sí, sino un solo bloque construido a partir de membranas ultrafinas.
Arriba es la nueva salida
Desde la década de 1960 hemos jugado un juego cada vez más reducido. Los transistores más pequeños significaban que podían caber más en la misma superficie. Esa era la ley de Moore. Duplicar los transistores cada dos años. Sigue presionando. Sigue encogiéndose.
Está terminando.
Qing Cao, autor principal del estudio, dice que nos topamos con una pared de silicio. Las propiedades intrínsecas del material. Mecánica cuántica. El paso de la puerta contactada no se hace más pequeño.
Si desea más potencia, tiene dos opciones: seguir aplastando los dispositivos en un plano hasta que se rompan o se acumulen hacia arriba. Cao eligió.
Piense en ello como en la planificación urbana. En una ciudad 2D, cada bit de información necesita su propia huella de seis transistores. Se extiende. En una ciudad 3D construyes torres. Misma función. Almacenamiento del mismo bit. Mucho menos espacio. Y, lo que es más importante, los datos no tienen que viajar a través de kilómetros de caminos de silicio. Sube unos pocos nanómetros. Más rápido. Enfriador. Más fácil con la batería.
El problema del calor
El apilamiento no es exactamente una noticia nueva.
La industria lo ha intentado antes. La integración vertical suena genial en el papel hasta que miras el calor.
La fabricación tradicional de silicio necesita 1.000 C (1.832 F) para fabricar buenos chips. Cocinas la primera capa perfecta. Luego agregas cables metálicos para conectar la siguiente capa. Vuelves a encender el horno. Maricón. El metal se derrite.
Existe un techo rígido conocido como “presupuesto térmico”. Después de esa primera capa, solo puedes soportar unos 400 C (752 F). Sube más y todo se degrada.
Las soluciones anteriores comprometían la calidad. Los fabricantes cambiaron el silicio real por alternativas en las capas superiores: óxidos metálicos amorfos. Nanotubos de carbono. Cosas policristalinas. Mantuvo el calor bajo pero sacrificó el rendimiento y la confiabilidad. ¿Quién quiere un chip lento que se rompa fácilmente?
Nuestro método no sólo es más fácil de implementar sino también más económico, señaló Cao. Evita por completo esos errores anteriores.
Soluciones finas como el papel
El equipo de Illinois utilizó un truco llamado integración monolítica. En lugar de fabricar chips por separado y pegarlos (lo que crea puntos débiles), construyen todo sobre un sustrato.
Comenzaron con nanomemberanos de silicio ultrafinos. ¿Qué tan delgado? Menos de 10 nanómetros. Aproximadamente el ancho de una sola molécula de proteína. Compare esto con una oblea estándar que tiene medio milímetro de espesor. Estas membranas son flexibles. Se conforman. No se agrietan bajo presión.
Usaron una laminadora de rollo para recoger estas pieles y colocarlas encima de la capa base.
Aquí está el truco. El vínculo se mantuvo fuerte a sólo 200 C (392 F). Cinco veces más fresco que la receta estándar. Los alambres metálicos existentes sobrevivieron. La calidad del silicio se mantuvo alta.
Hicieron un chip con tres capas. Cada uno tenía 625 transistores.
Ese número parece pequeño. Actualmente existen miles de millones en chips comerciales. Pero este aún no es un producto comercial. Es una prueba de concepto. Un prototipo que muestra el flujo actual es de tres a cuatro veces mejor que las alternativas de compromiso que utilizan materiales sin silicio.
Funciona.
Ahora la industria tiene que descubrir cómo ampliarlo. Cómo apilar diez capas en lugar de tres. Cómo fabricar estas membranas sin que te cueste un ojo de la cara. El resultado del laboratorio es limpio. El mercado está desordenado. ¿Se preocuparán lo suficiente las fábricas como para reconstruir sus líneas?
Esa es la siguiente pregunta.
