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IA y nuevos materiales para revivir los chips y la ley de Moore

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DARPA acaba de anunciar los primeros proyectos que se beneficiarán de su iniciativa ERI para el resurgimiento de la industria electrónica de EE. UU. Uno espera automatizar el diseño de chips con inteligencia artificial y otro intentará mejorar la integración de la potencia computacional y la memoria

  • por Martin Giles | traducido por Mariana Díaz
  • 02 Agosto, 2018

El año pasado, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA, por sus siglas en inglés), que financia una amplia gama de investigaciones relevantes para el ejército de Estados Unidos, lanzó un programa quinquenal de casi 1.300 millones de euros llamado Iniciativa de Resurgimiento Electrónico (ERI, por sus siglas en inglés). La meta de este presupuesto es apoyar proyectos capaces de generar avances en la tecnología de los chips. Ahora, la agencia acaba de presentar el primer grupo de equipos de investigación seleccionados para explorar enfoques no probados pero potencialmente potentes que podrían revolucionar el desarrollo y la fabricación de chips.

En los últimos años, la innovación del hardware se ha quedado rezagada frente a los avances del software, y parece que hay varias razones por las que el ejército de EE. UU. no está muy contento con esta situación.

El fin de una era

Una de las razones más importantes radica en el estancamiento de la ley de Moore, que sostiene que el número de transistores instalados en un chip se duplica aproximadamente cada dos años (ver La supercomputación ya sufre los efectos del fin de la ley de Moore). El hecho de que la ley no siga avanzando como se suponía podría obstaculizar futuros avances electrónicos de los que dependen los militares. Para solucionarlo, el ejército necesita que aparezcan nuevas arquitecturas y diseños que permitan seguir aumentando el rendimiento de los chips.

Al ejército también le preocupa el coste cada vez mayor de los nuevos diseños de circuitos integrados y el aumento de inversión extranjera (entiéndase "china") en el diseño y fabricación de semiconductores (ver Cualquier aparato se vuelve inteligente con este chip hecho en China).

La cifra destinada para el presupuesto de la ERI es cuatro veces superior a la inversión anual que DARPA suele destinar a proyectos de hardware. Las primeras iniciativas seleccionadas para recibir parte de esta financiación son una representación clara de las tres grandes áreas en las que se centra la ERI: diseño de chips, arquitectura y materiales e integración.

Uno de los proyectos tiene como objetivo reducir radicalmente el tiempo se tarda en crear un nuevo diseño de chips, para que pase de años o meses a solo un día. Para ello, la investigación intentará automatizar el proceso mediante aprendizaje automático y otras herramientas para que incluso usuarios relativamente inexpertos puedan crear diseños de alta calidad.

"Todavía nadie sabe cómo obtener un nuevo diseño de chip en 24 horas de forma segura sin intervención humana", señala el investigador de la Universidad de California en San Diego (EE. UU.) Andrew Kahng, que dirige uno de los equipos involucrados, y añade: "Nuestro objetivo es desarrollar un enfoque fundamentalmente nuevo".

Por su parte, el jefe de la oficina de DARPA que administra el programa ERI, William Chappell, detalla: "Estamos intentando diseñar una revolución en la elaboración artesanal de productos electrónicos"- La agencia espera que las herramientas de diseño automatizadas animen a empresas más pequeñas que no cuentan con los recursos de los grandes fabricantes de chips.

Nuevos materiales y diseños inteligentes

Pero para superar la ley de Moore es probable que hagan falta materiales radicalmente nuevos y nuevas formas de integrar la potencia informática y la memoria. El intercambio de datos entre los componentes de la memoria y los procesadores consume energía y da lugar a uno de los mayores obstáculos para aumentar la potencia de procesamiento.

Otro proyecto de ERI buscará estrategias para que los nuevos esquemas de integración de circuitos pueden eliminar, o al menos reducir en gran medida, la necesidad de intercambiar los datos. El objetivo final es incorporar la potencia de cálculo en la propia memoria, lo que podría conducir a un aumento dramático en el rendimiento.

En el frente de la arquitectura de chips, DARPA desea crear hardware y software que se puedan reconfigurar en tiempo real para ejecutar tareas más generales o especializadas, como aplicaciones específicas de inteligencia artificial. A día de hoy, se necesitan múltiples chips, lo que aumenta la complejidad y el coste.

Algunos de los esfuerzos de DARPA coinciden con otras investigaciones en las que la industria ya está trabajando. Un ejemplo es un proyecto para desarrollar tecnología 3D para sistemas en chip, que pretende ampliar la ley de Moore mediante nuevos materiales como nanotubos de carbono y formas más inteligentes de apilar y dividir los circuitos electrónicos. Chappell reconoce la superposición de objetivos con la industria, pero señala que el trabajo de la agencia es "probablemente el mayor esfuerzo para que [el enfoque] sea real".

No es suficiente

Hay quien piensa que DARPA y otras ramas del Gobierno de EE. UU. que apoyan la investigación electrónica, como el Departamento de Energía, deberían invertir aún más para estimular la innovación.

La profesora de la Universidad Carnegie Mellon (EE. UU.) Erica Fuchs, experta en políticas públicas relacionadas con las tecnologías emergentes, explica que a medida que el desarrollo de chips se ha ido centrando en aplicaciones más específicas, las grandes compañías han perdido el interés por invertir fondos en investigaciones colaborativas, al igual que la ley de Moore ha perdido fuerza.

Fuchs aplaude la ERI pero cree que el enfoque general del Gobierno de Estados Unidos para apoyar la innovación en electrónica está "fácilmente un orden de magnitud por debajo" de lo que se necesita para enfrentar los desafíos que hay por delante. Esperemos que, al menos, la nueva iniciativa de DARPA contribuya a cerrar la brecha.

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