La computadora de la casa podría ser mil veces más rápida con un chip diseñado por las universidades de Michigan y de Wisconsin

Un equipo de investigadores en Estados Unidos presentó un nuevo tipo de chip capaz de hacer que las computadoras sean hasta mil veces más rápidas y eficientes en términos energéticos. El dispositivo, bautizado M3BOLT, procesa información mediante ondas magnéticas y sonoras en lugar de depender del conmutado convencional de transistores. Fue desarrollado por científicos de la Universidad de Michigan y la Universidad de Wisconsin-Madison.

El proyecto recibió financiamiento de hasta USD 6 millones por parte de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA), del gobierno estadounidense. Según los investigadores, la tecnología podría multiplicar entre 100 y 1.000 veces la velocidad de procesamiento actual de los equipos.

El límite de los transistores tradicionales

Un procesador de computadora contiene miles de millones de transistores, que se encienden y apagan de manera constante para procesar datos y ejecutar instrucciones. Durante décadas, los fabricantes redujeron el tamaño de estos componentes para mejorar el rendimiento y disminuir el consumo de energía.

Sin embargo, cuanto más pequeños son los transistores, menor es su eficiencia. Esto ocurre porque los electrones pueden atravesarlos incluso cuando están apagados, lo que genera un desperdicio de energía. De acuerdo con el equipo de investigación, los transistores convencionales podrían alcanzar sus límites teóricos de eficiencia energética para 2037, por lo que la industria tendrá que buscar nuevas vías para la construcción de computadoras más sostenibles, ya sea para uso doméstico o para centros de datos.

Cristales ferroeléctricos y ondas magnéticas

Para superar esta limitación, los científicos diseñaron M3BOLT con un cristal ferroeléctrico llamado niobato de magnesio y plomo-titanato de plomo (PMN-PT), combinado con una fina capa de aleación magnética de hierro y galio. Al aplicarle un campo eléctrico, el cristal modifica su orientación eléctrica interna.

Ese cambio, a su vez, influye en las propiedades magnéticas de la capa de hierro y galio, y genera ondas conocidas como magnones. Estas se desplazan a través del material con muy poca resistencia, lo que reduce la energía que se pierde en forma de calor.

Dado que las ondas magnéticas pueden alcanzar frecuencias de terahertz, el chip podría permitir que las computadoras procesen información cientos de veces más rápido que los procesadores de gigahertz que utilizan los equipos de consumo actuales.

Un material que procesa y almacena datos

Además de acelerar el procesamiento, el dispositivo tiene la capacidad de almacenar información en el mismo material. Para lograrlo, los investigadores modifican la orientación magnética de la capa de hierro y galio, lo que permite alternar entre ondas sonoras magnéticas y no magnéticas. Estos dos estados funcionarían como los valores uno y cero, en reemplazo de los dos niveles de voltaje que usan los transistores actuales.

La orientación magnética se mantiene inalterada incluso después de que se corta la alimentación eléctrica. Esto significa que el mismo material podría procesar información y conservar los datos almacenados sin necesidad de un suministro continuo de energía, lo que reduciría el consumo al disminuir las transferencias de datos.

“La capacidad de aprovechar y procesar información podría escalar enormemente”, explicó el profesor asociado de ciencia de materiales de la Universidad de Michigan y líder del proyecto, en un comunicado de la institución. “Los dispositivos autónomos o móviles podrían llevar mejores computadoras sin necesidad de grandes fuentes de energía”, agregó.

Próximos pasos en el desarrollo

El equipo de la Universidad de Wisconsin-Madison utilizará simulaciones por computadora para estudiar el rendimiento del chip e identificar posibles defectos en los materiales. En paralelo, el equipo de la Universidad de Michigan continuará con el desarrollo de los materiales, dispositivos y circuitos necesarios para que la tecnología funcione en computadoras reales.

Wei Lu, profesor de ingeniería en la Universidad de Michigan, señaló que el grupo de trabajo se concentra por el momento en dispositivos para aplicaciones de bajo consumo energético. “Pero imaginen que algún día podamos construir supercomputadoras con ellos”, afirmó Lu, según el mismo comunicado. “Es posible que no necesiten una planta nuclear para hacer funcionar un centro de datos grande.”