Cuando hablamos de procesadores, solemos pensar en silicio, transistores diminutos y velocidades de reloj vertiginosas. Sin embargo, un grupo de investigadores en China ha demostrado que es posible ir aún más allá… o más delgado, en este caso. Han logrado fabricar un procesador RISC-V de 32 bits utilizando disulfuro de molibdeno (MoS₂), un material con un grosor de apenas unas pocas capas atómicas. Aunque su rendimiento es modesto, el logro es un hito en la carrera por explorar alternativas al silicio.
¿Qué es el disulfuro de molibdeno y por qué es especial?
El disulfuro de molibdeno (MoS₂) pertenece a la familia de los materiales 2D, como el famoso grafeno. Estos materiales se caracterizan por tener un espesor de una sola capa de átomos, lo que los convierte en candidatos ideales para aplicaciones en electrónica miniaturizada. A diferencia del grafeno, que es un excelente conductor pero no un semiconductor, el MoS₂ sí tiene propiedades semiconductoras, lo que lo hace adecuado para construir transistores.
Imagina una hoja de papel, pero mil veces más delgada que un cabello humano. Esa delgada lámina, hecha de átomos de molibdeno y azufre, tiene el potencial de reemplazar al silicio en ciertos contextos, especialmente donde el tamaño y el consumo energético sean críticos.
Nace el RV32-WUJI: un chip con alma atómica
El procesador desarrollado ha sido bautizado como RV32-WUJI y puede ejecutar el conjunto de instrucciones completo del estándar RISC-V de 32 bits. RISC-V es una arquitectura de código abierto que ha ganado terreno en los últimos años por su flexibilidad y eficiencia. Lo sorprendente aquí no es solo que funcione, sino que está construido con 5.900 transistores hechos de MoS₂, todos ellos operando en una sola capa molecular.
Este chip puede realizar operaciones aritméticas básicas como sumar dos números de 32 bits. Eso sí, lo hace un bit a la vez, lo que significa que una operación puede tardar 32 ciclos de reloj. Y esos ciclos no son rápidos: el procesador trabaja a frecuencias en el rango de los kilohertzios, muy por debajo de los gigahertzios de los chips comerciales actuales.
El reto de construir sin dopado
En los chips de silicio, los ingenieros pueden «dopar» el material, es decir, añadir impurezas para ajustar el comportamiento eléctrico de los transistores. Pero cuando trabajas con una sola molécula de grosor, no puedes simplemente insertar átomos donde te convenga.
Aquí es donde el ingenio brilló: en lugar de alterar el MoS₂, los investigadores ajustaron los metales de conexión (aluminio y oro) y el material dieléctrico para controlar el voltaje de activación de cada transistor. Este enfoque permitió mantener la funcionalidad sin alterar el material base.
25 puertas lógicas… y solo 18 funcionaron
Construir un procesador desde cero es como armar un rompecabezas cuyas piezas se deforman fácilmente. El equipo desarrolló una serie de puertas lógicas —los bloques básicos de la computación digital— y comprobó que 18 de ellas funcionaban con suficiente fiabilidad. Con esas piezas, diseñaron todo el procesador.
Para encontrar la mejor combinación de materiales y diseños, utilizaron técnicas de aprendizaje automático, que analizaron miles de posibles configuraciones para seleccionar aquellas que ofrecieran mejor rendimiento eléctrico. Fue como tener un asistente que prueba todas las recetas posibles hasta dar con la ideal.
¿Qué tan viable es esta tecnología?
No estamos frente a un reemplazo inmediato del silicio, y los propios autores lo reconocen. Las frecuencias de reloj son bajas y la complejidad de diseño sigue siendo alta. Por ejemplo, solo el 7% de los registros de 64 bits funcionaron bien debido a la dificultad de integrar muchos transistores en tan poco espacio.
Sin embargo, el rendimiento no es el único factor relevante. Este tipo de chips podría tener aplicaciones en sensores de bajo consumo, dispositivos vestibles o entornos donde el tamaño y la eficiencia energética importan más que la velocidad bruta.
Es un poco como comparar un dron con un avión: no compiten en la misma liga, pero cada uno tiene sus ventajas en el contexto adecuado.
¿Por qué este avance importa?
Este logro demuestra que es posible fabricar chips funcionales con materiales más allá del silicio. Aunque todavía hay muchas limitaciones técnicas por superar, la capacidad de integrar miles de transistores sobre una lámina casi invisible abre puertas a nuevas formas de computación.
También muestra que el camino hacia la miniaturización no se detiene. A medida que la Ley de Moore se desacelera, necesitamos materiales que permitan seguir reduciendo el tamaño de los componentes sin perder eficiencia. Y los materiales 2D, como el disulfuro de molibdeno, podrían ser la llave para destrabar ese futuro.
¿Qué sigue?
El equipo sugiere que el próximo paso es mejorar el rendimiento de los transistores, aumentar la variedad de tipos lógicos disponibles y buscar formas de integrar estos chips con otros componentes basados en silicio. No se trata de reemplazar lo existente, sino de complementar tecnologías en nichos específicos.
También podríamos ver combinaciones de materiales 2D, como el uso de grafeno como conductor junto al MoS₂ como semiconductor, para formar dispositivos híbridos aún más versátiles. Es una nueva caja de herramientas para los diseñadores de chips del futuro.