LA MEGABATALLA DE LOS MEGACHIPS

LA MEGABATALLA DE LOS MEGACHIPS

Imagine diminutas grabadoras de voz que no necesitan cinta magnética. Poderosos computadores portátiles sin unidades de disquete. Máquinas de escritorio que resuelven problemas alguna vez reservados a gigantescos computadores, más conocidos con el alias de mainframes. Y gráficas que son 20 veces más fieles que las mejores imágenes impresas de hoy, incluso cuando son presentadas en video de movimiento total. Suena distante eso? Ingenieros de las compañías de semiconductores líderes en el mundo están comenzando a desarrollar los chips de memoria dinámica de acceso aleatorio o memoria dinámica de lectura-escritura (Dynamic Random Access Memory, DRAM) necesarias para alcanzar tales avances, la más desalentadora tarea jamás enfrentada por los diseñadores de chips.

08 de enero 1991 , 12:00 a. m.

En el Centro de Investigación y Desarrollo de Toshiba Corporation en Kawasaki, Japón, los investigadores buscan vías para grabar el equivalente a un mapa de las calles del mundo en una tira de silicio del tamañó de la uña del dedo pulgar. Dentro de semanas, el equipo, dirigido por Fujio Masuoka, espera revelar un diseño preliminar del más avanzado chip de memoria de computador uno que puede almacenar 64 millones de bits de información. Esa es alrededor de 16 veces la capacidad de los chips avanzados de hoy.

Toshiba es uno de una docena de fabricantes de chips en Japón, los Estados Unidos y Europa, que se esfuerzan por construir la primera DRAM de 64 megabit (millones de bits) y echar mano de un pedazo del más grande mercado de chips, con ventas de quizás 50 mil millones de dólares en los finales de los noventa 90.

Para entonces, las ventas de los productos que contienen esos chips --incluyendo computadores, impresoras láser y máquinas de fax-- podrían alcanzar dos trillones de dólares (2 000.000.000.000), de acuerdo con Texas Instruments. Las compañías que tomen la cabeza en las memorias de 64 megabits ganarán un gran margen en esos mercados; a partir de ellos estarán, especialmente, en capacidad de aplicar las técnicas de manufactura avanzada desarrolladas para DRAM de alta capacidad para otros tipos de chips.

La fabulosamente costosa batalla por los chips de 64 megabits la están protagonizando principalmente IBM y los cinco grandes del Japón: Toshiba, Hitachi, Fujitsu, NEC y Mitsubishi Electric.

Las compañías estadounidenses de semiconductores inventaron las DRAM. Pero en 1980, mientras una nueva generación era desarrollada más o menos cada año, los gigantes electrónicos del Japón tomaron el control del mercado. Hoy, Toshiba tiene el liderazgo en ventas de los chips de 1 y 4 megabits. Y los fabricantes se están esforzando por enviar el primer embarque de la próxima generación de memorias de 16 megabits, que se espera llegue en el próximo año.

IBM, que no ha vendido el chip en el mercado abierto, ha sido por largo tiempo la líder en tecnología. La firma estuvo enviando computadores acabados con memorias de 1 meg antes que ellas estuvieran disponibles en forma masiva para otros fabricantes. Tan resuelta está IBM a seguir a la cabeza que se ha aliado con Siemens de Alemania para desarrollar rápidamente los chips de 64 megabits, y para compartir los costos del proyecto.

IBM no dice cuándo estará listo su diseño de 64 megabits, pero los cinco grandes del Japón no están cediendo. Para finales de 1993, todos los cinco fabricantes japoneses estarán embarcando muestras de 64 megabit , dice Masaki Ogawa, funcionario de los Laboratorios de Investigación de Microelectrónica de NEC Corp.

La industria electrónica de los Estados Unidos espera que Sematech, el consorcio de tecnología de semiconductores, pueda fomentar el mismo tipo de colaboración entre fabricantes. Pero muchos ven esto con cautela. Lo cierto es que Motorola Inc. depende de una alianza con Toshiba para la mayoría de su investigación y desarrollo de DRAM. También se rumora que hay un negocio similar entre Motorola e IBM. Y Texas Instruments tiene un convenio de tecnología con Hitachi Ltd.

Tales alianzas ayudarán a repartir los costos de desarrollo de la tecnología de diseño y producción del chip de memoria de 64 megabits, que se estima entre 600 y mil millones de dólares. Asumiendo que las compañías permanecen en el juego logrando el desarrollo de las tecnologías, tendrán que invertir entre 600 y 750 millones adicionales en una planta que produzca más de 10 millones de chips en un mes --casi tres veces el costo de una planta para la producción de chips de 4 megabits. Con eso la compañía podría ganar el 10 por ciento del mercado proyectado.

Los gigantes japoneses de la electrónica integrada están quizá mejor posicionados para llevar sobre los hombros tales gastos. De hecho, los cinco grandes están metiendo plata a varias alternativas de diseño y manufactura. Los japoneses esperan presentar un diseño inicial de chip de 64 megabits en la International Solid State Circuit Conference en febrero.

Quizás el principal problema técnico en conseguir esos diseños para el mercado será desarrollar una litografía mejorada.

Los extremadamente complicados patrones del circuito son impresos sobre una oblea de silicio, en esencia, cubriéndola con un material fotosensible y después proyectando luz ultravioleta a través de lentes y máscaras . Los circuitos de más elevada capacidad requieren líneas de circuito más finas.

Para los chips de 64 megabits, los ingenieros están esforzándose por circuitos de menos de 0.35 micrones de ancho --alrededor de 4/1.000 el diámetro de un cabello humano. Imprimir tan intrincados patrones requerirá una fuente de luz especial, puesto que la longitud de onda de la ultravioleta que es usada ahora no puede hacerlos.

Muchos expertos han pensado que los chips de 64 megabits requerirán una fuente radicalmente diferente de energía, como los rayos equis o chorros de electrones. Pero eso podría no ser necesario. Los proveedores de aparatos de litografía óptica, tales como Nikon, Canon y AMS Lythography de Holanda, están probando ser increíblemente adeptos a desarrollar sistemas que emplean finas longitudes de onda de luz ultravioleta profunda . Los fabricantes japoneses dicen que ellos están tendiendo hacia el así llamado equipo I-line.

Voceros de IBM dicen que, tal vez, optarán por una aproximación diferente, una que genera luz ultravioleta profunda con un láser y la enfoca con un nuevo tipo de sistema de lentes que imprime más rápido que otros métodos. La tecnología, llamada Micrascan, fue desarrollada por Perkin-Elmer Corp. a un costo de más de cien millones de dólares. Los fabricantes japoneses son escépticos sobre la aproximación de IBM. Sin embargo, ella está empleando máquinas Micrascan para hacer prototipos de DRAM de 16 megabits.

Otro gran debate sobre la tecnología DRAM es sobre cómo hacer las células básicas de memoria, o condensadores, que almacenan la información.

En los circuitos estrechamente empaquetados, estos condensadores deben ser literalmente doblados y acumular suficiente metal para mantener la carga eléctrica que representa información. El reto es, en todo caso, construir estructuras tridimensionales por el montaje de microscópicos montones en la superficie del chip o para ubicar los montones en delgados surcos.

Y el diseño correcto es solo la mitad de la batalla. Esta generación de chips requerirá las fábricas más sofisticadas jamás construidas. La mayoría de la gente simplemente no entiende las dimensiones que nosotros tratamos , dice George H. Heilmeier, jefe técnico de Texas Instruments (TI). El aire en las actuales líneas de ensamblaje donde los chips son grabados debe tener menos de 30 partículas por metro cúbico, cada una de ellas no mayor de 0.3 micrones. Pero ninguna planta de fabricación de DRAM de 64 megabits podría funcionar en un ambiente con tanta impureza. De hecho, no se pueden tolerar más de cinco partículas, cada una de ellas de no más de 0.1 micrón.

Los fabricantes de equipos para producción están desarrollando sistemas que minimizan la contaminación por el movimiento de las obleas por levitación magnética en conductos de vacío. Las compañías están, además, tratando de integrar varios procesos en una unidad controlada de vacío. Tales requerimientos de manufactura podrían dar a los japoneses una gran ventaja. Ellos han automatizado sus plantas más agresivamente , dice Steven W. Myers, un analista de Jardine Fleming Securities Ltd. en Tokio. Conseguir una elevada producción depende de la habilidad para ejecutar muchos más segmentos de sus operaciones sin un error .

Las memorias de 64 megabits podrían marcar el fin de una era en los semiconductores. Mucha gente bien informada en la industria dicen serán los últimos en ser impresos con tecnología óptica. La próxima generación de chips DRAM de 256 megabits y 1 gigabits requerirá una tecnología radicalmente diferente como la litografía de rayos X. Ese es un desafío que deberá mantener trabajando a los ingenieros en el siglo 21, para imprimir el equivalente a un mapa del universo en un pedazo de silicio del tamaño de la uña del dedo pulgar.

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