211service.com
El primer procesador de computadora de plástico
El silicio puede ser la base de las computadoras que nos rodean, pero la rígida inflexibilidad del semiconductor significa que no puede llegar a todas partes. El primer procesador de computadora y los chips de memoria hechos de semiconductores de plástico sugieren que, algún día, ningún lugar estará fuera de los límites de la potencia de la computadora.
Poder plástico: Este microprocesador está hecho de materiales orgánicos. Es insignificante en comparación con la mayoría de los procesadores de silicio, pero es flexible y barato.
Investigadores en Europa utilizaron 4000 transistores de plástico u orgánicos para crear el microprocesador de plástico, que mide aproximadamente dos centímetros cuadrados y está construido sobre una lámina de plástico flexible. En comparación con el uso de silicio, esto tiene la ventaja de un precio más bajo y que puede ser flexible, dice Jan Genoe en el Centro de nanotecnología IMEC en Lovaina, Bélgica. Los colegas de Genoe y IMEC trabajaron con investigadores en el Organización de investigación TNO y empresa de exhibición Visión de polímero , ambos en Holanda.
Hasta ahora, el procesador solo puede ejecutar un programa simple de 16 instrucciones. Los comandos están codificados en una segunda lámina grabada con circuitos de plástico que se pueden conectar al procesador para cargar el programa. Esto permite que el procesador calcule un promedio móvil de una señal entrante, algo que podría hacer un chip involucrado en el procesamiento de la señal de un sensor, dice Genoe. El chip funciona a una velocidad de seis hercios, del orden de un millón de veces más lento que una máquina de escritorio moderna, y solo puede procesar información en fragmentos de ocho bits como máximo, en comparación con los 128 bits de los procesadores de computadora modernos.
Los transistores orgánicos ya se han utilizado en determinadas pantallas LED y etiquetas RFID, pero no se han utilizado para fabricar un procesador de ningún tipo. El microprocesador se presentó en la Conferencia ISSCC en San José, California, el mes pasado.
La fabricación del procesador comienza con una hoja de plástico flexible de 25 micrómetros de grosor, como con lo que podría envolver su almuerzo, dice Genoe. Se deposita una capa de electrodos de oro en la parte superior, seguida de una capa aislante de plástico, otra capa de electrodos de oro y los semiconductores de plástico que componen los 4.000 transistores del procesador. Esos transistores se fabricaron haciendo girar la lámina de plástico para esparcir una gota de líquido orgánico en una capa delgada y uniforme. Cuando la lámina se calienta suavemente, el líquido se convierte en pentaceno sólido, un semiconductor orgánico de uso común. Luego, las diferentes capas se grabaron usando fotolitografía para hacer el patrón final para los transistores.
En el futuro, estos procesadores podrían fabricarse de forma más económica imprimiendo los componentes orgánicos como la tinta, dice Genoe. Hay grupos de investigación que trabajan en la impresión de rollo a rollo o de hoja a hoja, dice, pero todavía se necesitan algunos avances para hacer transistores orgánicos en tamaños pequeños que no se tambaleen, es decir, físicamente irregulares. Los mejores métodos de impresión a escala de laboratorio hasta ahora solo pueden ofrecer transistores confiables en decenas de micrómetros, dice.
Crear un procesador hecho de transistores de plástico fue un desafío porque, a diferencia de los hechos con cristales de silicio ordenados, no se puede confiar en que todos se comporten como los demás. Cada uno de los transistores de plástico se comporta de manera ligeramente diferente porque están formados por colecciones desordenadas y amorfas de cristales de pentaceno. No tendrás dos iguales, dice Geneo. Tuvimos que estudiar y simular esa variabilidad para elaborar un diseño con la mayor probabilidad de comportarse correctamente.
El equipo tuvo éxito, pero eso no significa que el escenario esté listo para que los procesadores de plástico reemplacen a los de silicio en las computadoras de consumo. Los materiales orgánicos limitan fundamentalmente la velocidad de operación, explica Genoe. Él espera que aparezcan procesadores de plástico en lugares donde el silicio está prohibido por su costo o inflexibilidad física. El menor costo de los materiales orgánicos utilizados en comparación con el silicio convencional debería hacer que el enfoque plástico sea alrededor de 10 veces más barato.
Puede imaginar un sensor de gas orgánico envuelto alrededor de una tubería de gas para informar sobre cualquier fuga con un microprocesador flexible para limpiar la señal ruidosa, dice. La electrónica de plástico también podría permitir la integración de pantallas interactivas desechables en los envases, por ejemplo, para alimentos, dice Genoe. Puede presionar un botón para que sume las calorías de las galletas que comió , dice.
Pero tales aplicaciones requerirán más que solo procesadores de plástico, dice Wei Zhang, quien trabaja en electrónica orgánica en la Universidad de Minnesota. En la misma conferencia donde se dio a conocer el procesador orgánico, Zhang y sus colegas presentaron la primera memoria orgánica impresa de un tipo conocido como DRAM, que funciona junto con el procesador en la mayoría de las computadoras para el almacenamiento de datos a corto plazo. La matriz de memoria de 24 milímetros cuadrados se hizo acumulando varias capas de tinta orgánica que salían de una boquilla como un aerosol. Puede almacenar 64 bits de información.
La memoria impresa anterior no era volátil, lo que significa que retiene datos incluso cuando la energía está apagada y no es adecuada para el almacenamiento a corto plazo que implica escritura, lectura y reescritura frecuentes, dice Zhang. El grupo de Minnesota pudo imprimir DRAM porque ideó una forma de transistor orgánico impreso que utiliza un gel rico en iones para el material aislante que separa sus electrodos.
Los iones en el interior permiten que la capa de gel almacene más carga que un aislante convencional libre de iones. Eso aborda dos problemas que han limitado el desarrollo de la memoria orgánica. La capacidad de almacenamiento de carga del gel reduce la potencia necesaria para operar el transistor y la memoria construida a partir de él; también permite que los niveles de carga utilizados para representar 1 y 0 en la memoria sean muy distintos y persistan durante un minuto sin necesidad de actualizar la memoria.
La DRAM orgánica impresa podría usarse para el almacenamiento a corto plazo de marcos de imágenes en pantallas que hoy en día se fabrican con LED orgánicos impresos, dice Zhang. Eso permitiría fabricar más dispositivos utilizando métodos de impresión y eliminaría algunos componentes de silicio, lo que reduciría los costos.
Encontrar una manera de combinar microprocesadores orgánicos y memoria podría reducir aún más los precios, aunque Zhang dice que los dos aún no están listos para conectarse. Estos esfuerzos son nuevas técnicas, por lo que no podemos garantizar que se construyan y funcionen juntos, dice Zhang. Pero en el futuro, tendría sentido.