Seguramente ya sepas que el silicio es el material con el que se fabrican, al menos en su mayoría, tanto los procesadores de PC como casi todos los chips en la industria. Mucho se ha hablado de posibles sustitutos más eficientes que el silicio, como el «milagroso» grafeno que en su momento parecía la solución a todos los problemas, pero la realidad es que el silicio es y sigue siendo, el material con el que se fabrican los procesadores. ¿Quieres saber por qué? En este artículo te lo contamos todo.
Durante los años 50, el mundo tecnológico encontró un socio confiable en el silicio, y desde entonces -y van ya unos 70 años- se ha seguido utilizando. Digamos que gracias al silicio, en lugar de tener ordenadores del tamaño de una habitación tenemos los PC que conocemos hoy en día, algunos que incluso caben en la palma de la mano. Este material fue el motivo para dejar atrás el antiguo diseño de circuitos, miniaturizarlo, hacerlo más rápido y además mucho más asequible.
¿Por qué se usa silicio para fabricar procesadores?
El desarrollo de los circuitos integrados mejoró su situación al colocar los diferentes circuitos electrónicos de una computadora en una sola pieza de metal semiconductor llamado «chip». Así, los circuitos integrados dejaron atrás los viejos y frágiles tubos de vacío y, al reducir tanto su tamaño, permitieron su producción en masa, lo que permitió a la industria evolucionar hasta el punto en el que nos encontramos actualmente, pasando prácticamente de una en la que era algo bastante peculiar y raro de ver por lo complicada que era su producción a una época en la que es extremadamente común encontrar estos chips por todas partes.
En la tabla periódica de los elementos, el silicio pertenece al grupo del carbono, germanio, estaño, plomo y flerovio. Identificado como «Si», es el octavo elemento más abundante en el universo conocido, e incluso si hablamos solo del planeta Tierra, el 28,2% de la corteza terrestre lo contiene. Así pues, la conclusión es que el silicio es uno de los materiales más comunes y por lo tanto una de las materias primas más sencillas y baratas de conseguir, siendo estos los factores clave que han permitido utilizarlo para la producción en masa de chips.
Por lo general es el material perfecto para este tipo de uso, y es que al final por algo llevamos tantos años utilizándolo de esta forma, ya que tampoco existe nada que pueda igualar sus cualidades generales. Es posible que existan semiconductores que pueden mejorar algunos aspectos del silicio, ya que al final estamos en una época en la que una de las innovaciones que más se buscan es conseguir sustituir este material para lograr crear chips de mayor potencia sin tener que preocuparnos de los problemas que tiene el uso del silicio.
Pero obviamente una de las cosas más importantes son los costes de producción, ya que conseguir fabricar un tipo de semiconductor que sea similar pero que utilice materiales que no son nada comunes, aunque ofrezca capacidades muy superiores, obviamente no es rentable para las compañías que fabrican estos chips. Al final el uso de un material distinto que fuese más caro terminaría traduciéndose en un mayor coste para el usuario, y si ya de normal las CPU y otros chips que están creados con este material pueden resultar caros, no nos queremos imaginar cómo sería con otro que encima, es menos común de encontrar.
Ventajas de utilizar silicio en la fabricación de chips
El silicio es un metaloide, por lo que tiene algunas características metálicas pero no es un verdadero metal como tal. Y aquí encontramos su relevancia para la industria informática: es un buen semiconductor, por lo que permite el paso de la electricidad pero, a diferencia de los metales, se puede controlar fácilmente el flujo. Dicho de otra manera, un metal conduce los electrones por naturaleza y no se puede (o es difícil) desactivar esa propiedad, mientras que un material aislante como el plástico o la madera no permite que la electricidad pase a través de ellos. Por su parte, un semiconductor como el silicio permite que pase la electricidad mientras que hace las veces de aislante al mismo tiempo.
Hasta aquí ya tenemos tres ventajas: es abundante, es barato y además actúa como semiconductor de manera natural, por lo que no requiere grandes técnicas para hacerlo funcionar como los seres humanos necesitamos (es muy sencillo de purificar). También funciona bien en un amplio abanico de temperaturas y se puede modificar químicamente para modificar sus propiedades eléctricas. De esta manera, es capaz de abordar tanta electricidad como se necesite.
Esto hace posible que, por ejemplo, se pueda pasar el modo «apagado» al modo «encendido» y viceversa o que se pueda dejar pasar la electricidad a través de ciertos transistores de forma selectiva sin quemar los circuitos y, además, a temperatura ambiente. Además, se puede usar solo este material para diseñar muchos tipos de componentes distintos todos dentro del mismo dispositivo.
Los transistores minúsculos por los que está compuesto un procesador de PC necesitan áreas aisladas y que se puede dirigir el flujo de electricidad con precisión, y todo eso lo proporciona el silicio con un mínimo tratamiento de purificación, siendo además un material que funciona bien a temperatura ambiente, que es abundante, y que es barato. Estos son los motivos por los que a día de hoy, 70 años después de que se comenzara a utilizar en la industria, se sigue utilizando y así seguirá siendo durante mucho, mucho tiempo.
El problema del silicio en un futuro
Cuando hablamos de materiales está claro que siempre podemos encontrar diversos problemas que pueden llegar a causar que estos caigan en desuso, aunque como podemos comprender, para que se deje de utilizar el silicio todavía queda mucho tiempo, ya que es necesario crear o encontrar un semiconductor que tenga unas características superiores y sea mucho más barato. De primeras, podemos ver que hay un problema clave con este material que se lleva arrastrando desde hace unos años, y está directamente relacionado con la eficiencia que es capaz de ofrecer, ya que como bien hemos explicado anteriormente, el uso del silicio en procesadores u otro tipo de chips está relacionado con lo bien que se comporta en la mayoría de los aspectos.
Pero actualmente uno de los mayores problemas que están encontrando los fabricantes a la hora de mejorar la potencia de sus tecnologías es el hecho de que este material puede que no llegue a ofrecer las cualidades necesarias para todas las tecnologías que pueden llegar en un futuro. Pero aun así, este es un debate que se lleva discutiendo desde hace muchos años, por lo que podemos imaginar que no sabremos realmente si se podrá continuar utilizando o no este material hasta que no llegue el día que alcance el límite.
De esta forma, los desarrollos para encontrar un nuevo semiconductor que permita unas capacidades superiores a las del silicio llevan teniendo lugar desde hace mucho tiempo, ofreciendo en los últimos años diversas novedades sobre materiales que podrían en un futuro llegar a sustituir a este metal. Aun así, como bien hemos comentado al principio, uno de los principales motivos por los que el silicio seguirá siendo una de las opciones principales para el desarrollo de chips es por el hecho de que es bastante abundante, lo que implica que es relativamente barato, haciendo que si lo sumamos a los nuevos desarrollos que se están llevando a cabo para aumentar su vida útil, sea la primera opción durante mucho tiempo.
¿De qué material serán los procesadores del futuro?
El silicio ya tiene un lugar importante en la historia del avance tecnológico, pero el desarrollo no se detiene y todo tiene sus limitaciones. Se están diseñando procesadores de alto rendimiento en los que los electrones se mueven incluso más rápido que en el silicio. Por otro lado, los transistores se fabrican más pequeños cada vez con el objetivo de que los chips sean más potentes y eficientes, y el silicio seguirá siendo útil en la medida en la que lo permitan sus propiedades físicas y químicas, pero como hemos dicho antes, todo tiene un límite.
Para poner esto en contexto, ahora que las empresas usan chips nanométricos el silicio ya no puede seguir satisfaciendo estas necesidades durante mucho más tiempo, y se necesitará investigar con otros materiales, potencialmente con aleaciones de silicio y otro metal. El camino desde el diseño del circuito con tubos de vacío hasta la era del transistor moderno se ha construido con silicio, pero el futuro está, claramente, fuera de su ámbito y se necesitarán otros materiales distintos.
Como ya os hemos contado a lo largo de los últimos tiempos, algunas de esas alternativas tienen que ver con nanotubos de carbono que presumen de tener un grosor mínimo que puede alcanzar, y que prácticamente equivale, al de un átomo de carbono pero que, además, ofrece unas características como material semiconductor eléctrico que superan con creces lo que podemos esperar del propio silicio. Es obvio que con la llegada de nuevos ordenadores (los cuánticos, por ejemplo) la industria está buscando la manera de dar el siguiente salto y que este sea capaz de garantizar futuras revoluciones sin tener que estar descubriendo la rueda de nuevo.
El silicio nos ha servido con absoluta eficacia, ha comandado la revolución informática y de las comunicaciones desde el siglo XX pero en la actual centuria es necesario dar el siguiente paso y en esas estamos. Impacientes todos por ver el camino que tomarán los futuros desarrollos tecnológicos destinados a meternos de lleno en la siguiente revolución industrial y que cambiarán otra vez por completo todos y cada uno de los aspectos de nuestra vida tal y como han hecho los chips creados a partir de este material. ¿Llegaremos a verla todos?
