Han pasado seis décadas desde que Evan Sutherland creó Sketchpad, un sistema de software que predijo el futuro de los gráficos y la computación interactiva. En la década de 1970, desempeñó un papel en la movilización de la industria informática para construir un nuevo tipo de microchip con cientos de miles de circuitos que se convirtió en la base de la industria de semiconductores actual.
Ahora, el Dr. Sutherland, de 84 años, cree que EE. UU. está fallando en un momento crucial al considerar tecnologías alternativas de fabricación de chips que permitirían al país recuperar el liderazgo en la construcción de las computadoras más avanzadas.
Al basarse en circuitos electrónicos sobreenfriados que funcionan sin resistencia eléctrica y, como resultado, no generan calor excesivo a velocidades más altas, los diseñadores de computadoras podrán sortear la mayor barrera tecnológica hacia máquinas más rápidas, afirma.
“El país que aproveche la mejor oportunidad para el circuito superconductor digital disfrutará de la supremacía informática durante las próximas décadas”, escribieron él y un colega recientemente en un artículo que circuló entre tecnólogos y funcionarios gubernamentales.
Las ideas del Dr. Sutherland son importantes, en parte porque hace décadas fue fundamental para ayudar a establecer el enfoque dominante de hoy en día para fabricar chips de computadora.
En la década de 1970, el Dr. Sutherland, presidente del departamento de informática de Caltech, y su hermano Bert Sutherland, director de investigación en una división de Xerox llamada Palo Alto Research Center, presentaron al científico informático Lane. Conway al físico Carver Mead.
Crearon un diseño basado en un tipo de transistor, conocido como semiconductor de óxido de metal o CMOS, que se inventó en los Estados Unidos. Ha permitido la fabricación de microchips utilizados en computadoras personales, videojuegos y una amplia variedad de productos comerciales, de consumo y militares.
Ahora, el Dr. Sutherland argumenta que la tecnología alternativa que precedió a CMOS, que tuvo muchos comienzos en falso, debería revisarse. La electrónica superconductora fue pionera en el MIT en la década de 1950 y luego seguida por IBM en la década de 1970 antes de ser abandonada en gran medida. En un momento, incluso tomó un extraño desvío internacional antes de regresar a los Estados Unidos.
En 1987, Mikhail Gorbachev, el último líder soviético, leyó un artículo en el periódico ruso Pravda que describía los asombrosos avances en computación de baja temperatura realizados por Fujitsu, el gigante japonés de la microelectrónica.
El Sr. Gorbachov estaba fascinado. ¿No era esta un área, quería saber, donde la Unión Soviética podría sobresalir? La tarea de dar una sesión informativa de cinco minutos al Politburó soviético finalmente recayó en Konstantin Likharev, un joven profesor asociado de física en la Universidad Estatal de Moscú.
Cuando leyó el artículo, el Dr. Licharev se dio cuenta de que el reportero de Pravda había leído mal el comunicado de prensa y afirmó que el chip de memoria superconductor de Fujitsu era cinco veces más rápido de lo que era.
explicó el Dr. Likharev cometió el error, pero indicó que el campo sigue siendo prometedor.
Esto desencadenó una cadena de eventos en los que el pequeño laboratorio del Dr. Lisharev recibió varios millones de dólares para apoyar la investigación, lo que le permitió formar un pequeño equipo de investigadores y, finalmente, tras la caída del Muro de Berlín, mudarse a los Estados Unidos. El Dr. Licharev ocupó un puesto en física en la Universidad de Stony Brook en Nueva York y ayudó a crear Hypres, una empresa de superconductores digitales que aún existe.
Tal vez la historia termine ahí. Pero parece que la escurridiza tecnología puede estar ganando terreno nuevamente porque los costos de fabricar chips modernos son prohibitivos. Una nueva planta de semiconductores cuesta entre 10.000 y 20.000 millones de dólares y tarda hasta cinco años en completarse.
El Dr. Sutherland argumenta que, en lugar de impulsar una tecnología cada vez más costosa que disminuya la eficiencia, Estados Unidos debería considerar capacitar a una generación de ingenieros jóvenes que puedan pensar fuera de la caja.
Los sistemas informáticos basados en superconductores, en los que la resistencia eléctrica de los interruptores y los cables se reducen a cero, pueden resolver el problema de la refrigeración que preocupa cada vez más a los centros de datos del mundo.
La industria de chips CMOS está dominada por empresas taiwanesas y surcoreanas. Estados Unidos ahora planea gastar casi un tercio de billón de dólares en dinero público y privado en un esfuerzo por reconstruir la industria de chips del país y restaurar su dominio global.
El Dr. Sutherland se une a otros en la industria que creen que la fabricación de CMOS está llegando a límites fundamentales que harían insoportable el costo del progreso.
dijo Jonathan Comey, que se especializa en requisitos de potencia informática a gran escala.
Dado que los transistores se han reducido al tamaño de solo cientos o miles de átomos, la industria de los semiconductores se ha visto cada vez más expuesta a una variedad de desafíos técnicos.
Los chips de microprocesador modernos también sufren lo que los ingenieros describen como “silicio oscuro”. Si todos los miles de millones de transistores en un chip de microprocesador moderno se usaran a la vez, el calor que generarían derretiría el chip. Por lo tanto, secciones enteras de chips modernos se apagan y solo algunos transistores están encendidos a la vez, lo que los hace mucho menos eficientes.
El Dr. Sutherland dijo que Estados Unidos debería considerar tecnologías alternativas por razones de seguridad nacional. Sugirió que las ventajas de la tecnología informática superconductora podrían ser inicialmente útiles en un mercado altamente competitivo para las estaciones base celulares, las computadoras especializadas dentro de las torres de telefonía celular que procesan las señales inalámbricas. Dijo que China se ha convertido en una fuerza dominante en el mercado de la tecnología 5G actual, pero los chips 6G de próxima generación se beneficiarán de la velocidad más rápida y los requisitos de energía drásticamente más bajos de los procesadores superconductores.
Otros ejecutivos de la industria están de acuerdo. “Evan tiene razón en que el problema de la energía es el gran problema”, dijo John L. Hennessy, ingeniero eléctrico, presidente de Alphabet y expresidente de Stanford. Dijo que solo había dos formas de resolver el problema: ya sea ganando eficiencia con el nuevo diseño, lo que es poco probable para las computadoras de uso general, o creando una nueva tecnología que no esté sujeta a las reglas existentes.
Una de esas oportunidades puede ser diseñar nuevos diseños de computadora que imiten el cerebro humano, maravillas de la eficiencia informática de bajo consumo. La investigación de inteligencia artificial en un campo anteriormente conocido como computación neuronal ha utilizado la fabricación tradicional de silicio.
“Realmente existe potencial para crear el equivalente del cerebro humano usando tecnología superconductora”, dijo Eli Track, director de tecnología de la compañía superconductora Hypres. En comparación con la tecnología de computación cuántica, que aún se encuentra en sus primeras etapas experimentales, “esto es algo que se puede hacer ahora, pero desafortunadamente las agencias de financiación no se han interesado en ello”, dice.
Tal vez aún no haya llegado el momento de la computación superconductora, en parte porque cada vez que el mundo CMOS parece estar a punto de enfrentarse a un último obstáculo, la ingeniería inteligente lo ha superado.
En 2019, un equipo de investigadores del MIT dirigido por Max Scholeker anunció que había construido un microprocesador con nanotubos de carbono que promete 10 veces la eficiencia energética de los chips de silicio actuales. Dr. Schulaker está trabajando con Analog Devices, un fabricante de semiconductores en Wilmington, Massachusetts, para comercializar una versión híbrida de la tecnología.
“Creo que no se puede vencer a más y más silicio”, dijo. “Es un blanco en movimiento, y es muy bueno en lo que hace”.
Pero a medida que el silicio se acerca a la frontera atómica, los enfoques alternativos parecen prometedores nuevamente. Mark Horowitz, científico informático de Stanford que ayudó a iniciar varias empresas de Silicon Valley, dijo que no estaba dispuesto a descartar la pasión del Dr. Sutherland por la electrónica superconductora.
Dijo: “Las personas que han cambiado el curso de la historia siempre están un poco locas, ya sabes, pero a veces tienen razón”.