Diseñan un termómetro microscópico para prevenir que los chips de ordenador se recalienten

Redacción Ciencia, 6 mar (EFE).- El calor es la peor amenaza de los ordenadores. En su interior, los chips que impulsan los procesadores están cubiertos por miles de millones de transistores que, cuando se recalientan, causan drásticas caídas de rendimiento. Ahora un equipo científico ha dado con la solución: instalar termómetros microscópicos en los chips.

Los detalles del termómetro, que es más pequeño que la antena de una hormiga y se instala dentro del chip para rastrear las temperaturas con precisión, se han publicado este viernes en la revista Nature Sensors.

El estudio, realizado por investigadores de la Universidad en Pensilvania (Penn State), en Estados Unidos, demuestra que este diseño «puede funcionar: puede miniaturizarse, es de bajo consumo y podría ser el siguiente paso en términos de integración del monitoreo de temperatura directamente en los chips», defiende Saptarshi Das, profesor de ciencias de la ingeniería y mecánica en Penn State y autor correspondiente del artículo.

Velocidad récord y dimensiones atómicas

A partir de materiales bidimensionales (2D), que tienen unos pocos átomos de espesor, el equipo construyó sensores capaces de detectar cambios sutiles de temperatura en tan solo cien nanosegundos (millones de veces más rápido que un parpadeo humano).

Gracias a su tamaño minúsculo —apenas un micrómetro cuadrado—, estos termómetros pueden integrarse por miles directamente en los circuitos integrados y permitir una monitorización térmica con una precisión «increíblemente eficiente», apuntan los autores.

Monitorear con precisión la temperatura de los transistores —pequeños dispositivos que controlan el flujo de electricidad en un circuito— es actualmente uno de los retos más difíciles de los fabricantes de los circuitos integrados de alto rendimiento y de los chips.

«Estos chips se calientan rápidamente durante su uso, pero los sensores que monitorean sus temperaturas no están integrados dentro del chip», explica Das. Para eso, tendrían que ser increíblemente pequeños.

Para salvar esa barrera y hacer sensores o termómetros de un micrómetro cuadrado (una superficie miles de veces más pequeña que el ancho de un cabello humano), el equipo recurrió a una nueva clase de materiales 2D (los tiofosfatos bimetálicos), que nunca antes se habían usado en sensores térmicos.

«Descubrimos que utilizando esta clase de material, podíamos desarrollar sensores térmicos muy rápidos, de bajo consumo y realmente miniaturizados, de modo que se pueden colocar muchos de ellos en un solo chip», comenta Das.

El truco, explica, es que mientras que la industria busca eliminar el movimiento de iones en los transistores para que sean más potentes, su equipo lo utilizó a su favor.

«Lo que generalmente no es deseado por la industria en los transistores es, de hecho, excelente para la detección térmica, por lo que realmente intentamos explotar eso en nuestro diseño», apunta.

Así, «en lugar de intentar eliminar estos iones del sistema, los usamos a nuestro favor. El acoplamiento de estos iones para la detección de temperatura y de los electrones para la lectura de esos datos térmicos nos permite tener un dispositivo extremadamente preciso pero compacto».

Eficiencia energética

El equipo usó equipos avanzados del Laboratorio de Nanofabricación del Instituto de Investigación de Materiales para fabricar los sensores y colocar miles de ellos en un solo chip de computadora.

El sensor no solo es más de cien veces más pequeño que otros diseños de sensores, sino que es hasta ochenta veces más eficiente energéticamente que los sistemas tradicionales basados en silicio, ya que no necesita circuitos adicionales ni convertidores de señal.

Pero para los investigadores, esto es solo el principio. Das cree que esta investigación podría servir como marco para desarrollar futuros sensores capaces de medir información química, óptica o física en un formato increíblemente compacto.

«Es una prueba de concepto que demuestra que el monitoreo directo en el chip no solo es posible, sino que es el siguiente paso lógico para la informática de alto rendimiento», concluye. EFE

ecg/crf