The self-assembling computer chips of the future | Karl Skjonnemand

Traductor: Ciro Gomez Revisor: Lidia Cámara de la Fuente

Computers used to be as big as a room.

Las computadoras solían ser tan grandes como una habitación.

But now they fit in your pocket,

Pero ahora caben en tu bolsillo,

on your wrist

en tu muñeca

and can even be implanted inside of your body.

e incluso puede ser implantadas dentro de tu cuerpo.

How cool is that?

Es genial.

And this has been enabled by the miniaturization of transistors,

Y esto ha sido posible por la miniaturización de los transistores,

which are the tiny switches in the circuits

que son los diminutos interruptores en los circuitos

at the heart of our computers.

en el corazón de nuestras computadoras.

And it's been achieved through decades of development

Y se ha logrado a través de décadas de desarrollo

and breakthroughs in science and engineering

y avances en ciencia e ingeniería

and of billions of dollars of investment.

y de miles de millones de dólares de inversión.

But it's given us vast amounts of computing,

Pero nos ha dado grandes cantidades de computación,

huge amounts of memory

enormes cantidades de memoria

and the digital revolution that we all experience and enjoy today.

y la revolución digital que todos experimentamos y disfrutamos hoy.

But the bad news is,

Pero la mala noticia es

we're about to hit a digital roadblock,

que estamos a punto de llegar a un bloqueo digital, a medida que

as the rate of miniaturization of transistors is slowing down.

la velocidad de miniaturización de los transistores se está desacelerando.

And this is happening at exactly the same time

Y esto está sucediendo exactamente al mismo tiempo.

as our innovation in software is continuing relentlessly

que nuestra innovación en software continúa sin tregua

with artificial intelligence and big data.

con inteligencia artificial y macrodatos.

And our devices regularly perform facial recognition or augment our reality

Nuestros dispositivos hacen reconocimiento facial o aumentan nuestra realidad.

or even drive cars down our treacherous, chaotic roads.

o incluso conducen autos por nuestras traicioneras carreteras caóticas.

It's amazing.

Es asombroso.

But if we don't keep up with the appetite of our software,

Pero si seguimos con el apetito por nuestro software,

we could reach a point in the development of our technology

podríamos llegar a un punto en el desarrollo de nuestra tecnología,

where the things that we could do with software could, in fact, be limited

en que las cosas que podríamos hacer con el software podrían, de hecho,

verse limitadas por nuestro hardware.

by our hardware.

We've all experienced the frustration of an old smartphone or tablet

Todos hemos experimentado la frustración de un viejo teléfono o tableta

grinding slowly to a halt over time

que trabaja lentamente hasta detenerse con el tiempo bajo el peso

under the ever-increasing weight of software updates and new features.

cada vez mayor de las actualizaciones de software y las nuevas características.

And it worked just fine when we bought it not so long ago.

Y funcionaban bien cuando los compramos no hace mucho tiempo.

But the hungry software engineers have eaten up all the hardware capacity

Pero los hambrientos ingenieros de software

se han comido toda la capacidad del hardware a través del tiempo.

over time.

The semiconductor industry is very well aware of this

La industria de los semiconductores es muy consciente de esto.

and is working on all sorts of creative solutions,

y está trabajando en todo tipo de soluciones creativas,

such as going beyond transistors to quantum computing

como ir más allá de los transistores a la computación cuántica

or even working with transistors in alternative architectures

o incluso trabajar con transistores en arquitecturas alternativas.

such as neural networks

tales como redes neuronales

to make more robust and efficient circuits.

para hacer circuitos más robustos y eficientes.

But these approaches will take quite some time,

Pero estos enfoques tomarán bastante tiempo,

and we're really looking for a much more immediate solution to this problem.

y realmente estamos buscando una solución mucho más inmediata a este problema.

The reason why the rate of miniaturization of transistors is slowing down

La razón por la que la velocidad de miniaturización de transistores se está

is due to the ever-increasing complexity of the manufacturing process.

desacelerando se debe a la complejidad cada vez mayor del proceso de fabricación.

The transistor used to be a big, bulky device,

El transistor solía ser un dispositivo grande y voluminoso,

until the invent of the integrated circuit

hasta la invención del circuito integrado

based on pure crystalline silicon wafers.

basado en obleas de silicio cristalino puro.

And after 50 years of continuous development,

Y después de 50 años de continuo desarrollo,

we can now achieve transistor features dimensions

ahora podemos lograr dimensiones de características de transistores

down to 10 nanometers.

de hasta 10 nanómetros.

You can fit more than a billion transistors

Pueden caber más de mil millones de transistores.

in a single square millimeter of silicon.

en un solo milímetro cuadrado de silicio.

And to put this into perspective:

Para poner esto en perspectiva,

a human hair is 100 microns across.

un cabello humano tiene 100 micras de ancho.

A red blood cell, which is essentially invisible,

Un glóbulo rojo, que es esencialmente invisible,

is eight microns across,

tiene 8 micras de ancho,

and you can place 12 across the width of a human hair.

y se pueden poner 12 a lo ancho de un cabello humano.

But a transistor, in comparison, is much smaller,

Pero un transistor, en comparación, es mucho más pequeño,

at a tiny fraction of a micron across.

una pequeña fracción de una micra de ancho.

You could place more than 260 transistors

Se podrían poner más de 260 transistores

across a single red blood cell

a través de un solo glóbulo rojo

or more than 3,000 across the width of a human hair.

o más de 3000 a lo ancho de un cabello humano.

It really is incredible nanotechnology in your pocket right now.

Realmente es increíble la nanotecnología en tu bolsillo ahora mismo.

And besides the obvious benefit

Y además del beneficio obvio

of being able to place more, smaller transistors on a chip,

de poder poner más, transistores más pequeños en un chip,

smaller transistors are faster switches,

los transistores más pequeños son interruptores más rápidos,

and smaller transistors are also more efficient switches.

Y los transistores más pequeños también son interruptores más eficientes.

So this combination has given us

Así que esta combinación nos ha dado

lower cost, higher performance and higher efficiency electronics

un menor costo, un mayor rendimiento y una mayor eficiencia electrónica

that we all enjoy today.

de las que que todos disfrutamos hoy.

To manufacture these integrated circuits,

Para fabricar estos circuitos integrados,

the transistors are built up layer by layer,

los transistores se construyen capa por capa,

on a pure crystalline silicon wafer.

sobre una oblea de silicio cristalino puro.

And in an oversimplified sense,

En un sentido simplificado,

every tiny feature of the circuit is projected

se proyecta cada pequeña característica del circuito

onto the surface of the silicon wafer

en la superficie de la oblea de silicio

and recorded in a light-sensitive material

y se graba en un material sensible a la luz

and then etched through the light-sensitive material

y luego grabado a través del material sensible a la luz

to leave the pattern in the underlying layers.

se deja el patrón en las capas subyacentes.

And this process has been dramatically improved over the years

Este proceso ha sido mejorado dramáticamente con los años.

to give the electronics performance we have today.

para dar el rendimiento de la electrónica que tenemos hoy.

But as the transistor features get smaller and smaller,

Pero a medida el transistor se hace cada vez más pequeño,

we're really approaching the physical limitations

estamos realmente acercándonos a las limitaciones físicas.

of this manufacturing technique.

de esta técnica de fabricación.

The latest systems for doing this patterning

Los últimos sistemas para hacer este patrón.

have become so complex

se han vuelto tan complejos

that they reportedly cost more than 100 million dollars each.

que, según informes, cuestan más de USD 100 millones cada uno.

And semiconductor factories contain dozens of these machines.

Y las fábricas de semiconductores tienen docenas de estas máquinas.

So people are seriously questioning: Is this approach long-term viable?

La gente está cuestionando seriamente: ¿es este enfoque viable a largo plazo?

But we believe we can do this chip manufacturing

Pero creemos que podemos hacer este chip de fabricación.

in a totally different and much more cost-effective way

de una forma totalmente diferente y mucho más rentable

using molecular engineering and mimicking nature

usando ingeniería molecular e imitando la naturaleza

down at the nanoscale dimensions of our transistors.

abajo en las dimensiones a nanoescala de nuestros transistores.

As I said, the conventional manufacturing takes every tiny feature of the circuit

Como dije, la fabricación usual toma cada característica pequeña del circuito

and projects it onto the silicon.

y la proyecta sobre el silicio.

But if you look at the structure of an integrated circuit,

Pero si nos fijamos en la estructura de un circuito integrado,

the transistor arrays,

el conjunto de transistores,

many of the features are repeated millions of times.

muchas de las características se repiten millones de veces.

It's a highly periodic structure.

Es una estructura altamente periódica.

So we want to take advantage of this periodicity

Por eso queremos aprovechar esta periodicidad

in our alternative manufacturing technique.

en nuestra técnica de fabricación alternativa.

We want to use self-assembling materials

Queremos utilizar materiales de autoensamblaje

to naturally form the periodic structures

para formar naturalmente las estructuras periódicas

that we need for our transistors.

que necesitamos para nuestros transistores.

We do this with the materials,

Hacemos esto con los materiales,

then the materials do the hard work of the fine patterning,

entonces los materiales hacen el trabajo duro del patrón fino,

rather than pushing the projection technology to its limits and beyond.

en lugar de llevar la tecnología de proyección a sus límites y más allá.

Self-assembly is seen in nature in many different places,

El autoensamblaje se ve en la naturaleza en muchos lugares diferentes,

from lipid membranes to cell structures,

de las membranas lipídicas a las estructuras celulares.

so we do know it can be a robust solution.

así que sabemos que puede ser una solución robusta.

If it's good enough for nature, it should be good enough for us.

Si es lo suficientemente bueno para la naturaleza, debería serlo para nosotros.

So we want to take this naturally occurring, robust self-assembly

Queremos aprovechar este autoensamblaje robusto que se da naturalmente

and use it for the manufacturing of our semiconductor technology.

y usarlo para la fabricación de nuestra tecnología de semiconductores.

One type of self-assemble material --

Un tipo de material de autoensamblaje

it's called a block co-polymer --

--se llama un copolímero de bloque--

consists of two polymer chains just a few tens of nanometers in length.

consiste en 2 cadenas de polímero de solo pocas decenas de nanómetros de longitud.

But these chains hate each other.

Pero estas cadenas se odian.

They repel each other,

Se repelen entre sí,

very much like oil and water or my teenage son and daughter.

tanto como el aceite y el agua o mi hijo adolescente y mi hija.

(Laughter)

(Risas)

But we cruelly bond them together,

Pero los unimos cruelmente,

creating an inbuilt frustration in the system,

creando una frustración incorporada en el sistema,

as they try to separate from each other.

ya que tratan de separarse unos de otros.

And in the bulk material, there are billions of these,

Y en el material a granel, hay miles de millones de estos,

and the similar components try to stick together,

y los componentes similares tratan de permanecer juntos,

and the opposing components try to separate from each other

y los componentes opuestos tratan de separarse unos de otros

at the same time.

al mismo tiempo.

And this has a built-in frustration, a tension in the system.

Esto tiene una frustración incorporada, una tensión en el sistema.

So it moves around, it squirms until a shape is formed.

Así que se mueve, se retuerce hasta que se crea una forma.

And the natural self-assembled shape that is formed is nanoscale,

Y la forma natural autoensamblada que se forma es a nanoescala,

it's regular, it's periodic, and it's long range,

regular, periódica y de largo alcance,

which is exactly what we need for our transistor arrays.

que es exactamente lo que necesitamos para nuestros conjuntos de transistores.

So we can use molecular engineering

Así que podemos usar la ingeniería molecular

to design different shapes of different sizes

para diseñar diferentes formas de diferentes tamaños.

and of different periodicities.

y de diferentes periodicidades.

So for example, if we take a symmetrical molecule,

Así, por ejemplo, si tomamos una molécula simétrica,

where the two polymer chains are similar length,

donde las dos cadenas de polímero sean de longitud similar,

the natural self-assembled structure that is formed

la estructura natural autoensamblada que se forma

is a long, meandering line,

es una línea larga y serpenteante,

very much like a fingerprint.

muy parecida a una huella digital.

And the width of the fingerprint lines

Y el ancho de las líneas de huellas dactilares

and the distance between them

y la distancia entre ellas

is determined by the lengths of our polymer chains

está determinada por las longitudes de nuestras cadenas de polímero,

but also the level of built-in frustration in the system.

pero también por el nivel de frustración incorporado en el sistema.

And we can even create more elaborate structures

Y hasta podemos crear estructuras más elaboradas

if we use unsymmetrical molecules,

si usamos moléculas asimétricas,

where one polymer chain is significantly shorter than the other.

en las que una cadena de polímero es significativamente más corta que la otra.

And the self-assembled structure that forms in this case

Y la estructura autoensamblada que se forma en este caso

is with the shorter chains forming a tight ball in the middle,

es con las cadenas más cortas formando una bola apretada en el medio,

and it's surrounded by the longer, opposing polymer chains,

rodeado por las cadenas de polímeros más largas y opuestas,

forming a natural cylinder.

formando un cilindro natural.

And the size of this cylinder

El tamaño de este cilindro

and the distance between the cylinders, the periodicity,

y la distancia entre los cilindros, la periodicidad,

is again determined by how long we make the polymer chains

se determina de nuevo por cuánto tiempo hacemos las cadenas de polímero.

and the level of built-in frustration.

y el nivel de frustración incorporado.

So in other words, we're using molecular engineering

Así que en otras palabras, estamos usando ingeniería molecular

to self-assemble nanoscale structures

para autoensamblar estructuras a nanoescala

that can be lines or cylinders the size and periodicity of our design.

que pueden ser líneas o cilindros del tamaño y periodicidad de nuestro diseño.

We're using chemistry, chemical engineering,

Estamos usando química, ingeniería química, para fabricar

to manufacture the nanoscale features that we need for our transistors.

las características a nanoescala que necesitamos para nuestros transistores.

But the ability to self-assemble these structures

Pero la capacidad de autoensamblar estas estructuras

only takes us half of the way,

solo nos lleva a la mitad del camino.

because we still need to position these structures

Porque todavía necesitamos posicionar estas estructuras

where we want the transistors in the integrated circuit.

donde queremos los transistores en el circuito integrado.

But we can do this relatively easily

Pero podemos hacerlo con relativa facilidad

using wide guide structures that pin down the self-assembled structures,

utilizando estructuras de guía anchas que sujetan las estructuras autoensambladas,

anchoring them in place

anclando en su lugar

and forcing the rest of the self-assembled structures

y obligando al resto de las estructuras autoensambladas.

to lie parallel,

a estar en paralelo,

aligned with our guide structure.

alineadas con nuestra estructura de guía.

For example, if we want to make a fine, 40-nanometer line,

Por ejemplo, si queremos hacer una línea fina de 40 nanómetros,

which is very difficult to manufacture with conventional projection technology,

que es muy difícil de fabricar con tecnología de proyección convencional,

we can manufacture a 120-nanometer guide structure

podemos fabricar una estructura de guía de 120 nanómetros.

with normal projection technology,

con tecnología de proyección normal,

and this structure will align three of the 40-nanometer lines in between.

y esta estructura alineará tres de las líneas de 40 nanómetros en medio.

So the materials are doing the most difficult fine patterning.

Así que los materiales están haciendo el patrón fino más difícil.

And we call this whole approach "directed self-assembly."

Y a todo este enfoque lo llamamos "autoensamblaje dirigido".

The challenge with directed self-assembly

El reto con autoensamblaje dirigido.

is that the whole system needs to align almost perfectly,

es que todo el sistema necesita alinearse casi perfectamente, porque cualquier

because any tiny defect in the structure could cause a transistor failure.

pequeño defecto en la estructura podría causar una falla del transistor.

And because there are billions of transistors in our circuit,

Y como hay miles de millones de transistores en nuestro circuito,

we need an almost molecularly perfect system.

necesitamos un sistema casi molecularmente perfecto.

But we're going to extraordinary measures

Pero vamos a medidas extraordinarias.

to achieve this,

para lograr esto,

from the cleanliness of our chemistry

de la limpieza de nuestra química

to the careful processing of these materials

al cuidadoso procesamiento de estos materiales

in the semiconductor factory

en la fábrica de semiconductores

to remove even the smallest nanoscopic defects.

para eliminar incluso los defectos nanoscópicos más pequeños.

So directed self-assembly is an exciting new disruptive technology,

El autoensamblaje dirigido es una nueva tecnología disruptiva emocionante,

but it is still in the development stage.

pero todavía está en la etapa de desarrollo.

But we're growing in confidence that we could, in fact, introduce it

Pero estamos creciendo en confianza de que podríamos, de hecho, introducirlo

to the semiconductor industry

a la industria de semiconductores

as a revolutionary new manufacturing process

como un nuevo proceso de fabricación revolucionario

in just the next few years.

en los próximos años.

And if we can do this, if we're successful,

Y si podemos hacer esto, si tenemos éxito,

we'll be able to continue

podremos continuar

with the cost-effective miniaturization of transistors,

con la miniaturización rentable de transistores,

continue with the spectacular expansion of computing

continuar con la espectacular expansión de la informática

and the digital revolution.

y la revolución digital.

And what's more, this could even be the dawn of a new era

Y lo que es más, esto podría ser incluso el comienzo de una nueva era

of molecular manufacturing.

de fabricación molecular.

How cool is that?

Es genial.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)