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El grafeno iba a revolucionar la electrónica. Ya lo está haciendo con los chips y mueve millones
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EL MATERIAL DEL FUTURO

El grafeno iba a revolucionar la electrónica. Ya lo está haciendo con los chips y mueve millones

En medio de una carrera tecnológica, los países han puesto la mirada en un material alternativo al silicio, por el que nadie daba un duro en el pasado, y que puede acelerar los ordenadores y centros de datos de manera brutal

Foto: Científicos del Centro de Investigación de Grafeno de Singapur.
Científicos del Centro de Investigación de Grafeno de Singapur.
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Cuando los hermanos Daniel y Sebastian Schall fundaron Black Semiconductor, no esperaban que en cuestión de cuatro años iban a recibir 254 millones de euros de financiación por parte del gobierno alemán, la Comisión Europea y decenas de empresas privadas. Una de las mayores subvenciones recaudadas hasta la fecha por una startup de este tipo. Pero lo que sí tenían claro era una cosa: la tecnología de conexión de chips basada en grafeno que estaban desarrollando iba a ser el centro de miradas de todas las naciones. Un avance que puede hacer que los ordenadores y las bases de datos del futuro sean más rápidos y eficaces.

El grafeno, un material ultrafino de un átomo de espesor, fue descubierto por los físicos Andre Geim y Kostya Novoselov en la Universidad de Manchester en 2004. Los investigadores, que ganaron un Nobel por su trabajo, vieron un gran potencial en su resistencia y conductividad, y auguraron que este material se utilizaría en los móviles, los ordenadores e incluso en las baterías del futuro. Pero el paso del laboratorio a la comercialización ha sido desde entonces muy lento y tortuoso, por lo complejo que es aumentar la producción. "En un entorno de prueba, funciona mejor que otros materiales. Ahora, queremos demostrar que lo hará también en una producción en masa. Lo que hacemos es completamente nuevo, no estamos corriendo detrás de nadie", decía Daniel Schall, CEO de la startup Black Semiconductor.

La lógica detrás de esta empresa es la de centrarse en la conectividad de chips, es decir, usar el grafeno para construir redes de semiconductores, algo que acelere su comunicación, aumente la eficiencia energética y reduzca los costes de fabricación. Saben que ya hay muchas empresas que fabrican chips muy potentes y en constante mejora (con Nvidia dominando el mercado), pero que en la parte de cómo se conectan esos chips no se ha hecho tanto énfasis, especialmente cuando cientos o miles de estos podrían estar trabajando juntos. Y es ahí donde Black Semiconductor han encontrado una oportunidad de negocio increíble con el grafeno.

placeholder Imagen del proceso de calentamiento súbito para crear grafeno (Universidad de Rice)
Imagen del proceso de calentamiento súbito para crear grafeno (Universidad de Rice)

Los semiconductores, componentes críticos en cualquier dispositivo electrónico, tienen propiedades tanto de conductores como de aislantes. Sin embargo, el silicio, el material predominante en estos chips, está alcanzando sus límites en términos de velocidad, generación de calor y miniaturización. "El grafeno, en cambio, tiene propiedades sorprendentes e inesperadas. Idealmente, es una monocapa de carbono con una conductividad eléctrica y térmica muy alta y una dispersión muy buena, siendo más resistente al calor y, en general, mucho mejor que las de cualquier otro semiconductor", explica a El Confidencial Manuel Lozano, investigador del CSIC y del Instituto Nacional de Electrónica.

Otro de los beneficiados de esta tecnología es el sector de los centros de datos, sobre todo a la hora reducir gastos y ganar velocidad. Y esa es una apuesta que incluso los estados están dispuestos a hacer. "Los chips más rápidos son cruciales, especialmente para aplicaciones de IA, y el proyecto de Black Semiconductor es muy prometedor", anunciaba Robert Habeck, ministro de asuntos económicos de Alemania. Eso les ha valido 229 millones de euros en subvenciones públicas del Ministerio de Asuntos Económicos alemán y del estado de Renania del Norte-Westfalia.

Foto: (Inteligencia artificial - Dall-E - Novaceno)

Y también otros 26 millones de euros en capital procedentes de inversores como Porsche Ventures, Project A Ventures, Scania Growth, Capnamic y TechVision Fonds. Una combinación de financiación que se enmarca en la disposición de "Proyecto importante de interés común europeo", de la Comisión Europea, creada para grandes cambios tecnológicos como este. El interés de Porsche ilustra bien cómo incluso las empresas de automoción están invirtiendo enormes cantidades de dinero para construir sistemas de vehículos conectados y tecnología en la nube.

"Los chips son cada vez más pequeños y tienen un uso de potencia muy bajo. Y es por eso que en este tipo de aplicaciones de alta velocidad y poca potencia, en computación, se puede dar un reemplazo claro desde el silicio hasta el grafeno. El único problema es que la producción es semiartesanal y, por lo tanto, más cara. Mientras las obleas de silicio son enormes, el grafeno al ser tan fino es complicado de manipular y la producción está a niveles mucho más bajos", señala Lozano.

Una carrera por la soberanía tecnológica

En medio de esta guerra por la supremacía de los chips, naciones como Estados Unidos o China han puesto la mirada en materiales alternativos como el grafeno, por el que nadie daba un duro en el pasado y del que se pensaba que el camino hacia su producción a gran escala estaba aún muy lejos. El objetivo es poner coto a una posible desaceleración tecnológica debido a las limitaciones del silicio, el material más común en los chips en la actualidad, cuanto antes. Estar preparados para lo que el futuro pueda traer y a las necesidades del presente.

Pese a que los chips de silicio son baratos de fabricar y tienen detrás una enorme infraestructura de fabricación a nivel mundial, estamos llegando a los límites de lo que estos chips pueden hacer. Con eso en mente, un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Georgia, en EEUU, lanzaron una importante investigación a principios de este año que abría la puerta a que el grafeno, el mismo material que se encuentra en la mina de los lápices, pudiera actuar como semiconductor y usarse como una alternativa más poderosa que el silicio.

placeholder El primer semiconductor funcional hecho de grafeno (Georgia Institute of Technology)
El primer semiconductor funcional hecho de grafeno (Georgia Institute of Technology)

En el estudio, publicado en Nature, los investigadores crearon un semiconductor funcional a partir del grafeno, el primero del mundo. Según su autor, Walter de Heer, físico e investigador de nanociencia, este novedoso material semiconductor al que denominaron epigrafeno, presentaba una movilidad de electrones mejorada en comparación con la del silicio tradicional, lo que permite que se desplacen con una resistencia significativamente menor: "El resultado son transistores capaces de operar a frecuencias de terahercios, ofreciendo velocidades diez veces más rápidas que las de los basados ​​en silicio utilizados en los chips actuales”. Otra ventaja es que “un solo chip puede contener muchos más transistores hechos de este material que de silicio, que es más liviano, flexible, cientos de veces más fuerte que el acero y conduce la electricidad extremadamente bien”.

Desde entonces, y en cuestión de meses, hemos pasado de la locura por la 'magia' del silicio a la 'fiesta' del grafeno y empresas como IBM, Apple, Saab o Lockheed Martin ya han empezado a solicitar patentes relacionadas con este material. Algunos científicos incluso han encontrado otros usos para dispositivos de seguimiento de salud portátiles, sensores de gas y hasta raquetas de tenis.

Foto: El avión en el que la NASA quiere probar su "increíble batería" de estado sólido. (NASA)

Pero aún existen muchas incógnitas e incontables razones por las que el silicio podría no ser derrocado tan rápido. Los nuevos materiales son más caros, y el proceso de convertir el silicio en un chip, que se lleva a cabo en gigantescas fábricas dirigidas por empresas como Intel y TSMC, se ha perfeccionado durante décadas para lograr precisión, ahorro y eficiencia. La producción a gran escala es donde el silicio todavía brilla.

Ahí es donde entran en juego empresas jóvenes y nuevas como Black Semiconductors y las fortunas en inversiones que estamos viendo moverse de aquí para allá recientemente. Como comentaba el científico del CSIC a este diario: "En la carrera de computación de altas prestaciones, Europa está totalmente fuera. No hay tecnología propia. Black Semiconductor, sin embargo, se ha centrado en fotónica, un sector donde no hemos perdido el tren. Es ahí donde hay que invertir porque estamos a tiempo de ser líderes mundiales", concluye Lozano.

Cuando los hermanos Daniel y Sebastian Schall fundaron Black Semiconductor, no esperaban que en cuestión de cuatro años iban a recibir 254 millones de euros de financiación por parte del gobierno alemán, la Comisión Europea y decenas de empresas privadas. Una de las mayores subvenciones recaudadas hasta la fecha por una startup de este tipo. Pero lo que sí tenían claro era una cosa: la tecnología de conexión de chips basada en grafeno que estaban desarrollando iba a ser el centro de miradas de todas las naciones. Un avance que puede hacer que los ordenadores y las bases de datos del futuro sean más rápidos y eficaces.

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