Se habla mucho sobre la litografía, el proceso que hace posible la miniaturización de los circuitos para crear chips. Cada vez se usan nodos más avanzados y se invierte más en estos procesos que son vitales para los chips más avanzados. Sin embargo, ¿sabías que es posible crear chips sin necesidad de usar procesos de litografía?
Los procesadores de propósito general, los procesadores gráficos, los chips de memoria o los SoCs, son los chips que más se benefician de los procesos más avanzados de la actualidad, basados en EUV. Pero… ¿y si no hiciese falta todo esto? Veamos que permiten estos nuevos chips fabricados con este proceso tan exótico:
Litografía para los procesadores actuales
La litografía, o fotolitografía, en el contexto de los procesadores, se refiere al proceso de fabricación utilizado para crear los circuitos integrados. Es un paso fundamental en la producción de chips de silicio que consiste en la creación de patrones microscópicos en una oblea de silicio mediante la proyección de luz a través de una máscara fotolitográfica.
Gracias a ello se pueden definir las estructuras y los dispositivos eléctricos en la superficie de los chips. Durante el proceso, se proyecta luz ultravioleta a través de la máscara fotolitográfica, que contiene los patrones deseados, sobre una capa fotosensible de material fotosensible conocido como fotoresistencia. La luz expone selectivamente el fotoresistencia, creando una imagen de y cambiando las propiedades de esa capa de resina.
Después de la exposición, se lleva a cabo una serie de etapas de ataque y grabado para transferir los patronesa la capa subyacente de silicio. Esto puede incluir la eliminación de áreas no deseadas, hasta la creación de estructuras de diversos tipos.
La litografía es un proceso crítico para la fabricación de procesadores porque determina la densidad de los transistores y, por lo tanto, la capacidad y rendimiento del chip. La capacidad de los fabricantes de lograr una litografía más avanzada, que permite la creación de estructuras más pequeñas y precisas, ha sido uno de los principales impulsores del aumento del rendimiento y la eficiencia de los procesadores a lo largo de los años, de acuerdo con la conocida «Ley de Moore«.
¿Chips sin litografía?
Un chip sin usar litografía era algo totalmente impensable, hasta el momento. Y es que unos investigadores de EE.UU. han podido crear un procesador fotónico que permite cargas de trabajo de IA y es programable. Y lo han hecho sin necesidad de usar procesos de litografía, lo cual podría ahorrar costes de producción y ser ventajoso en numerosos casos.
Concretamente ha sido desarrollado por la Universidad de Pensilvania, en el departamento de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (MSE) y Sistemas e Ingeniería Eléctrica (ESE). Se han empleado elementos básicos de pérdida y ganancia óptica distribuidos de forma especial para conseguir que funcione.
De esta forma, los láseres de luz pueden proyectarse directamente sobre la oblea semiconductora o wafer sin necesidad de litografía convencional. Mediante un control dinámico de las modulaciones espacio-tiempo se pueden enrutar y cambiar señales ópticas para crear redes neuronales artificiales.
«Los chips fotónicos destinados a aplicaciones de aprendizaje automático se enfrentan a los obstáculos de un intrincado proceso de fabricación en el que los patrones litográficos son fijos, tienen una capacidad de reprogramación limitada, están sujetos a errores o daños y son costosos. Al eliminar la necesidad de litografía, nuestro chip supera esos obstáculos y ofrece una precisión mejorada y una capacidad de reconfiguración definitiva gracias a la eliminación de todo tipo de restricciones de las funciones predefinidas”.
Liang Feng, profesor en el MSE/ESE
Este chip sin litografía ya ha sido probado para el reconocimiento de vocales y obtiene una alta precisión, lo que abre esperanzas para futuros desarrollos. Y es que se podrían modificar los chips de forma sencilla, como se hace con un FPGA actual, ya que los patrones no están predefinidos ni grabados en el chip. Se pueden crear y modificar para reprogramarlos como se necesite. Algo parecido a lo que se hacía con las regrabadoras láser de discos ópticos y los discos que eran regrabables y se podía escribir en ellos una y otra vez…
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Y todo empleando luz en vez de impulsos eléctricos, es decir, mediante un chip fotónico en vez de seguir el paradigma de los convencionales.
