Nanotecnología

El acceso a la información se ha realizado históricamente de manera secuencial, desde hojear las páginas de un libro a rebobinar una cinta de casette con un bolígrafo. Esta memoria permanente, se desarrolló dando lugar al almacenamiento magnético (discos duros) u óptico (CD, DVD,…). Con la invención de los equipos informáticos se desarrolló un nuevo tipo de memoria, denominada RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio) que es donde el ordenador almacena los datos que necesita para funcionar. Se denomina acceso aleatorio, porque el procesador puede acceder a cualquier lugar de memoria sin tener que hacerlo de forma secuencial. Es como si estuviéramos frente a una estantería de una biblioteca y visualizáramos la enciclopedia británica, para acceder al tomo 70 no tenemos porque leer los 69 previos.

El problema de este tipo de memoria en informática es que funciona mientras el ordenador esta en uso, cuando este se apaga, se pierden los datos. Imaginad que cada 0 o 1 del código binario se representa por un condensador cargado o descargado. Todos descargados seria todo ceros. Para mantener una cadena de ceros y unos, los condensadores que representan los unos tiene que estar cargados. Con el paso del tiempo estos se descargan a no ser que cada cierto tiempo (tiempo de refresco) circule una corriente por ellos que les haga mantener su carga.

Las posiciones de memoria están organizadas en filas y en columnas. Si queremos acceder a este tipo de memoria, tenemos que hacerlo por este orden: primero la fila, luego la columna y finalmente hay que especificar si queremos escribir o leer algo de esa posición.

Existen dos tipos básicos de memoria RAM, la RAM dinámica (DRAM) y la RAM estática (SRAM) estos tipos de memoria RAM utilizan distinta tecnología para almacenar los datos, la DRAM es la más habitual. La RAM dinámica necesita refrescarse miles de veces por segundo, mientras que la memoria RAM estática no necesita actualizarse, por lo que es más rápida, aunque también más cara. Los dos tipos SRAM y DRAM son volátiles, pierden su información cuando el equipo se queda sin suministro eléctrico.  Hoy en día se fabrican RAM no volátiles, aunque en realidad se traten de RAM volátiles con muy bajo consumo (elaborado por medio de tecnología CMOS) con una batería integrada.

Los nuevos desarrollos son fruto en buena parte de los trabajos de los recientes Premios Novel de Física, pero esto os lo cuento mañana…

Me disponía a escribir este artículo cuando una última duda me ha hecho volver a levantarme. He buscado la habitual cinta métrica olvidada en la caja de herramientas de mi casa y he medido las dimensiones de la CPU desde la que escribo. Les advierto que las primeras conclusiones, similares a las que tendrán ustedes si navegan desde un ordenador convencional, no han sido muy alentadoras: 18×42x48 centímetros. Digo esto porque el concepto de la nanotecnología, tan en auge estos últimos años y centro de las esperanzas de científicos de las más diversas áreas, se puede definir como el “estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala (nanometros)” y aparentemente la informática estaría muy lejos de la nanotecnología. Recordemos, como aparece en anteriores mensajes del blog, que 1 nanometro es igual a 10E-9 metros; más gráficamente, 1 pelo humano tiene el grosor aproximado de 100.000 nm. Entonces, ¿cómo estamos de lejos? ¿Qué tiene la nanotecnología de realidad en los últimos años? El mismo ejemplo del ordenador (ya introducido en este blog aquí) y visto premeditadamente de forma extraña al medir la torre de la CPU en la introducción, nos servirá para responder esta cuestión y comprobar la evolución de la informática en cuanto a tamaño.

Un procesador es la parte fundamental de un ordenador, así que nos centraremos en su estudio. En 1971 con la aparición del primer microprocesador (Intel 4004) se pudo insertar un procesador en un único chip, y desde entonces la mejora continua de potencia ha venido acompañada de una constante reducción de tamaño de los componentes existentes para poder integrar más elementos en la misma región (en la informática, estos componentes que se reproducen actualmente por billones en los chips son los transistores). El Intel 2004, poseía 2300 transistores y tenía un área de 10 mm2. ). Dando un salto en el tiempo de aproximadamente 30 años, encontramos los más recientes procesadores Pentium 4 de 112 mm2, con 125 millones de transistores, o el popular Core 2 Duo, con un área de 90 mm2 y 152 millones de transistores.

La primera conclusión es que para que esto haya sido posible el tamaño de los transistores ha tenido que disminuir de forma muy significativa. Las implementaciones del Pentium 4 trabajan con una tecnología de 90 nm (diámetro de un transistor), y en el Core 2 Duo con una tecnología de 65 nm (tamaños inferiores al de, por ejemplo, el virus Influenza como se aprecia en la imagen). Con los métodos actuales parece viable alcanzar una tecnología de hasta 15-20 nm. Este ejemplo pone de manifiesto la evolución de la informática, en la que ya se trabaja en escala nanométrica en los procesadores que usamos habitualmente (incluido éste en el que escribo, aunque esté “rodeado” de otros componentes), augura que la reducción de la información no se detiene y que la nanotecnología está ya en el mundo en que vivimos.

El uso de nuevas moléculas, que están en experimentación y no se usan actualmente en los ordenadores de uso personal, ya se está convirtiendo en el foco de muchos proyectos relacionados con la nanotecnología. Por ello y para terminar con el torrente de medidas sobre ordenadores, destacar uno de estos proyectos que pretende realizar un ordenador (autónomo e independiente) del tamaño de un grano de arena en Escocia

De aquí se desprenden 2 utilidades: por una parte el uso en arterias u otras regiones que requieren chips de tamaño muy reducido, y por otra permitir que se construyan objetos básicos de potencia limitada que puedan interconectarse en redes, por millones, para desarrollar una tarea de forma mucho más rápida. Si la expansión de la nanotecnología se mantiene al nivel previsto y su base teórica así parece corroborarlo, conseguirá una potencia de procesamiento sin comparación con cualquier ordenador actual, por rápido y complejo que éste parezca.