Imperios de la mente – Crisis de los chips y la Ley de Moore

No veo nada en las leyes físicas que impida construir ordenadores enormemente más pequeños que ahora. ¡Hay mucho sitio al fondo!

Richard Feynman, Premio Nobel de Física 1965.

La pandemia ocasionada por la COVID-19 no sólo tomó por sorpresa a nuestro sistema inmune y los sistemas de salud en todo el mundo. También tomó con los dedos en la puerta al mercado de los microprocesadores y sus fabricantes. Tras el decreto de confinamiento para la población por parte de casi todos los países, la demanda de productos electrónicos aumentó. Pero como sólo se permitían actividades esenciales, también hubo un faltante en la mano de obra, lo que condujo a que la cadena de suministro que da vida a la industria de los microprocesadores (chips) viera debilitado sus eslabones.

Así, adicional a las noticias del estado de la pandemia en el mundo, también se abrieron paso en los medios de comunicación—y en nuestra vida cotidiana en algunos casos—noticias relacionadas con la escasez de chips: la producción de consolas para videojuegos (Nintendo Switch, por ejemplo) se detuvieron; paros técnicos en la cadena de producción de la industria automotriz (actualmente un auto puede llegar a ocupar hasta 3,000 chips) hicieron que las agencias de autos usados vieran incrementadas sus ventas; fabricantes de electrodomésticos como lavadoras o microondas también vieron mermada su producción. Literalmente, en estos momentos existe una guerra en el sector de los dispositivos electrónicos por ver quién acapara más chips. De pronto, hemos sido conscientes de cuánto dependemos de estos minúsculos dispositivos que hacen posible el funcionamiento de nuestros aparatos electrónicos cada día más complejos y en plena transición al internet de las cosas (Internet of Things—IoT, por sus siglas en inglés). ¿Qué mejor honor para una invención tecnológica que pasar desapercibida, pero a la vez ubicua?

Aunado al éxito que tuvo la aparición de los microprocesadores en el sector tecnológico conocido como microelectrónica a mediados del siglo pasado, la oferta y la demanda no han sido los únicos factores que han servido como principal motor de esta industria. Como toda innovación, en su momento no se tenía claro cuál sería su potencial de vida comercial y el desarrollo empresarial que daría lugar una tecnología como esa. ¿Podía predecirse hacia dónde iría la naciente industria de los microprocesadores en los próximos 10 años? Contestar a esta pregunta llevó a lo que comúnmente se conoce como “Ley de Moore”.

En 1965 la revista Electronics cumplía 35 años. Para su número de aniversario, los editores de la revista invitaron al Dr. Gordon E. Moore a que escribiera sobre el futuro de la industria de los circuitos integrados. Moore era uno de los fundadores de Fairchild Semiconductors, y también director del departamento de investigación y desarrollo de la empresa. La revista presenta al Dr. Moore como “una nueva generación de ingenieros electrónicos, formados en ciencia físicas en lugar de electrónica. Licenciado en Química por la Universidad de California y un doctorado en físicoquímica por el Instituto Tecnológico de California”. Moore tituló su artículo “Atiborrando más componentes en circuitos integrados”.

En apenas 4 páginas, 2 gráficas y una caricatura, Moore fijó el rumbo de toda una industria a nivel mundial. Su predicción a 10 años (es decir, para 1975) era que, dado el descenso en los costos unitarios conforme el número de componentes (en el circuito integrado) ascendía, sería posible aglutinar hasta 65,000 componentes en un solo chip de silicio en un área de aproximadamente un cuarto de pulgada. ¿Cómo llegó a esa predicción? Con 5 datos, Moore graficó el tiempo en años contra el logaritmo del número de componentes por chip, y de allí extrapoló a 10 años. En resumidas cuentas, lo que mostró Moore es que el número de transistores por unidad de superficie en los circuitos integrados se duplicaría cada año, y que la tendencia no disminuiría. A esto se le bautizó como “Ley de Moore”.

Cuando se cumplieron 10 años de su predicción, Moore actualizó su cálculo: en lugar de duplicarse la capacidad de los chips cada año ahora estimaba que sería cada 2 años. La “Ley de Moore” terminó convirtiéndose en un imperativo para la industria de los microprocesadores, marcando el paso de Silicon Valley hasta el día de hoy. Tampoco es de extrañar que Moore sea uno de los fundadores de Intel.

El desarrollo e impacto en el mundo moderno que se esconde en la “Ley de Moore” es algo asombroso. Algunos números que ofrece Intel en su página para poner en perspectiva 50 años de la “Ley de Moore”: los actuales microprocesadores de 14 nanómetros de Intel tienen un desempeño 3,500 veces más alto; la eficiencia energética es 90,000 veces mejor; el costo por transistor es 60,000 veces menor. Si se comparan estos números con el sector automotriz, es como si un auto pudiera viajar aproximadamente a 300,000 km/hr, recorrer poco más de 2 millones de kilómetros por galón de gasolina, y a un costo de $0.04 dólares. ¿Qué industria puede presumir de tales avances en su desempeño?

Por supuesto, “La Ley de Moore” tiene fecha de caducidad, ya que los límites de la microelectrónica están fijados por la velocidad de la luz y la estructura atómica de los materiales. Aun así, la Ley de Moore está tan incrustada en el ADN de la industria de los microprocesadores que no se escatiman esfuerzos e inversión en investigación y desarrollo para seguir cumpliendo con lo que predice.

Un ejemplo reciente de esto es la que es, quizás, la máquina litográfica más sofisticada del mundo en la producción de microchips tan pequeños como 13 nanómetros. Esta máquina es más o menos del tamaño de un autobús y posee cerca de 100,000 mecanismos orientados a sincronizarse para la fabricación exitosa de microchips de última tecnología. ¿Quién construye estas máquinas que hacen posible el presente y el futuro tecnológico? Una compañía holandesa, ASML. Fabrica 55 de ellas al año, y se venden como pan caliente estos días por un precio de $180 millones de dólares. Actualmente existen más de 100 instaladas en el mundo. Y ni hablar de los “costos de envío”: se requieren 4 aviones 747 para llevar todo lo necesario al cliente final.

El precio de $180 millones de dólares puede parecer mucho dinero, pero consideremos lo que se invirtió en investigación y desarrollo: $9 billones de dólares en un periodo de 17 años. Todo ese capital económico e intelectual para seguir extendiendo la “Ley de Moore”. Pero ¿por cuánto tiempo? La voracidad de nuestra sociedad por artículos electrónicos “más inteligentes” puede llegar a superar el ritmo de innovación requerido para cumplir con la “Ley de Moore”, y en esa competencia por mantener el paso quizá seamos testigos del surgimiento de una nueva tecnología que lleve a la industria de los microprocesadores al siguiente nivel. De lo contrario, y jugando con las palabras de Ludwig Wittgenstein, se podría decir que “Los límites de mi tecnología significan los límites de mi mercado”.