Un acelerador de partículas será la solución para producir chips más económicos y prolongar la Ley de Moore

Un acelerador de partículas será la solución para producir chips más económicos y prolongar la Ley de Moore

junio 11, 2024 Desactivado Por

Si echamos la vista atrás al pasado, hace unas décadas los procesadores y gráficas de PC parecía que avanzaban mucho más rápido sin tener que gastarnos un montón de dinero como ahora. De hecho, los precios más que subir bajaban, algo que demostraba como poco a poco los ordenadores perdían esa categoría de nicho a la que pertenecían y se comenzaban a hacer populares. Hace muchos años los chips seguían una evolución dictada por la Ley de Moore, pero a día de hoy se considera que esta ya no es una medida eficaz para ver el progreso. Nos hemos estancado más de lo que parece, pero ahora se ha encontrado con que los aceleradores de partículas podrían ser la solución para producir chips EUV baratos y así seguir con esta ley de Moore.

Hace décadas, las CPU eran creadas utilizando nodos de más de 100 nm, algo totalmente enorme si lo comparamos con los nodos actuales. Estamos hablando de procesadores de los años 80 y 90, los cuales solo tenían un núcleo, unas frecuencias medianamente elevadas en su momento y un consumo de energía decente. En esa época, la cantidad de transistores que podía tener uno de estos chips no era muy elevada, pues como decimos, se empezó con procesadores de un solo núcleo y bajas frecuencias para ir subiendo poco a poco.

Los aceleradores de partículas podrían ser la forma de alargar la Ley de Moore durante los próximos años

Como podemos ver en el gráfico de la ley de Moore, el Intel 4004 tenía únicamente 2.300 transistores cuando se lanzó en 1.971. Se tardaron alrededor de 10 años para poder ver como se alcanzaban los más de 20.000 transistores y así poder multiplicar por 10 el número de estos. A partir de ahí, la evolución continuó con los Intel 383 y sus 275.000 transistores a mediados de los años 80 o el primer Pentium antes de llegar a 1.995 que tenía más de 1 millón de transistores. Podemos ver como la ley de Moore avanzaba a un ritmo similar y bastante cercano a las CPU que se lanzaban, pero no es el acaso a día de hoy.

Viendo que cada vez cuesta mucho más bajar los nodos y aumentar la densidad, empresas como Intel, Samsung, TSMC y la próxima fundición japonesa Rapiduseach están buscando una alternativa para añadir más transistores y esta será usando litografía ultravioleta extrema (EUV). El problema es que la litografía EUV es muy cara y para abaratarla, los investigadores del KEK de Japón consideran que usando un acelerador de partículas será posible. Esto se debe a que hay una probabilidad de realizar el proceso de litografía EUV con una fuente de luz llamada FEL generada por el acelerador de partículas.

El acelerador lineal de recuperación de energía permite abaratar el proceso EUV además de hacerlo más rápido y efectivo

Para crear la FEL (láser de electrones libres), no funciona cualquier acelerador de partículas, siendo el más óptimo el que incluye frenado regenerativo, más conocido como «acelerador lineal de recuperación de energía«. Usando este modelo, es posible generar un láser que permite accionar varias máquinas litográficas abaratando el coste de producción. Compañías como ASML ya intentaron innovar en este aspecto y presentó las primeras máquinas EUV con un enorme coste de 100 millones de dólares en 2016.

No solo la máquina es cara, sino que utilizando láseres que consumen kilovatios de energía, la cantidad de luz EUV que llega a reflejarse en la oblea es de solo unos vatios. Podemos ver como rápidamente el coste se eleva y a pesar de los avances en estos años, solo se pueden procesar unas 100 obleas por hora. No fue hasta la última mejora de ASML que llegaron a 200 obleas por hora. El acelerador lineal de recuperación de energía que están desarrollando los japoneses del KEK debería solventar estos problemas. Los electrones siguen una trayectoria sinusoidal y emiten luz, lo que provoca el efecto SASE y se genera un haz de luz láser. La particularidad es que esta energía se puede recuperar y reutilizar y de ahí el nombre del acelerador, permitiendo mejorar la eficiencia.

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