El chip: elemento básico de la electrónica actual
LA CAFETERA digital que le hace el café por la mañana, la calculadora de bolsillo que le ahorra tantas operaciones aritméticas, las luces multicolores que se encienden en el cuadro de mandos de los automóviles modernos, todos tienen algo en común: funcionan gracias a unos chips de silicio en forma de oblea de aproximadamente el tamaño de la uña del pulgar de un bebé.
Los chips también se encuentran en muchas otras cosas que quizás usted posea: relojes, televisores, radios, teléfonos, electrodomésticos y algunas herramientas. La aplicación de esta minúscula maravilla de la electrónica en distintos campos —desde los objetos comunes de uso doméstico hasta los proyectos militares de alto secreto— demuestra el importante papel que ha desempeñado en transformar la manera de vivir y trabajar de la gente por todo el mundo. Pero, ¿qué es concretamente un chip de silicio? ¿Cómo se inventó? Y ¿cómo se ha introducido en su vida cotidiana?
¿Qué es un “chip”?
Básicamente, un chip de silicio es un conjunto de circuitos electrónicos en miniatura. Al circuito electrónico se le puede comparar a una de las frases de este artículo. Cada frase está formada por unos componentes determinados, como pueden ser los sustantivos, los verbos y los adjetivos. Mediante ordenar estos componentes de distintas maneras, las frases toman la forma de declaraciones, preguntas y hasta versos, y cuando las frases se combinan de un modo lógico, se produce la conversación y la redacción.
Los circuitos electrónicos son muy similares. Por medio de colocar de diversas maneras unos componentes electrónicos determinados —transistores, diodos, resistencias y otros—, pueden conseguirse circuitos electrónicos que llevan a cabo muchas funciones. Cuando se combinan miles de estos circuitos, es posible ejecutar todo tipo de procesos electrónicos útiles. Así de sencillo, por lo menos en teoría.
No obstante, en la práctica, conectar cientos de miles de componentes electrónicos supone una enorme tarea, sin mencionar el espacio que ocupan. Y este fue precisamente el obstáculo que encontraron los científicos de finales de la década de los cuarenta mientras montaban la primera generación de ordenadores. En Filadelfia se instaló uno, conocido como ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator [Integrador y calculador numérico electrónico]), que ocupaba una superficie de 140 metros cuadrados, pesaba unas 30 toneladas y contenía unos 19.000 tubos de vacío. Para el funcionamiento de dicho monstruo, se requería tanta energía como para 1.300 bombillas de 100 vatios. Su sed de electricidad dio origen a comentarios graciosos. Por ejemplo: hubo quien dijo que cuando se puso en marcha, perdieron intensidad todas las luces de la parte occidental de Filadelfia.
A pesar de su considerable tamaño, la capacidad de ENIAC y de todos los de su misma generación era insignificante en comparación con la de la actual generación de ordenadores. Mientras que uno de los ordenadores personales de hoy día puede realizar millones de operaciones por segundo, para ENIAC era un gran logro efectuar 5.000 sumas o tan solo 300 multiplicaciones por segundo. Y mientras que algunos de los actuales ordenadores, que solo cuestan unos cuantos centenares de dólares, pueden disponer de suficiente memoria interna como para almacenar 100.000 cifras o más, EDVAC, otro de los primeros gigantes, solo podía almacenar 1.024. ¿A qué se debe que hoy en día los ordenadores sean mucho más potentes?
A principios de la década de los sesenta apareció en escena el pequeño y eficaz transistor. Los ingenieros de informática por fin pudieron reducir el tamaño de sus lentos monstruos sedientos de electricidad. No obstante, antes de que pudiesen fabricarse los ordenadores actuales, iba a tener lugar otro adelanto. Este procedería del campo de la fotografía.
La miniaturización y el “chip”
Como posiblemente ya sepa, con un equipo adecuado se pueden ampliar o reducir fotografías al tamaño que uno necesite. En los últimos años se ha perfeccionado una técnica que permite a los ingenieros de informática reducir fotográficamente grandes diseños de circuitos de ordenador a un tamaño minúsculo. Estos diseños pueden ser tan complejos como el plano de las calles de una gran ciudad, pero cuando se reduce su tamaño, pueden colocarse sobre un chip más pequeño que una lente de contacto. Las fotografías no se hacen sobre papel fotográfico ordinario, sino sobre obleas de silicio puro, uno de los elementos que más abundan en la Tierra, pues se encuentra en la arena corriente.
El silicio posee ciertas propiedades que lo convierten en la materia preferida para la fabricación de los chips. Por ejemplo: mediante añadirle diferentes tipos de impurezas químicas, puede conseguirse que actúe como una resistencia, un condensador y hasta un transistor. De modo que si se dosifican dichas impurezas sobre zonas predeterminadas de un chip de silicio en particular, es posible reproducir sobre él todo un circuito electrónico.
A partir de arena fundida y purificada, los cristales de silicio van adquiriendo la forma de unos tubos largos. Entonces se cortan en obleas y se recubren con un revestimiento especial. Sobre estas obleas se van grabando en diferentes capas imágenes minúsculas de los extensos circuitos electrónicos, y también se añaden impurezas químicas en los puntos apropiados. Lo que finalmente queda sobre los chips no son solo fotografías, sino verdaderos circuitos electrónicos que funcionan, denominados circuitos integrados, o, para abreviar, IC.
Los circuitos integrados que se fabricaban en la década de los sesenta contenían unos cien componentes electrónicos, lo que hizo posible la fabricación de “pequeños” ordenadores del tamaño de una maleta para laboratorios y otras instituciones. Hacia finales de la década de los setenta, se hicieron chips LSI (large-scale-integration, [integración a gran escala]), los cuales contenían más de cien mil componentes. Estos chips son tan complejos que, teóricamente, uno solo de ellos podría realizar las funciones de un ordenador completo, como manejar un horno de microondas o un automóvil. Hoy día, los ingenieros de informática hablan de chips VLSI (very large-scale-integration, [integración a muy grande escala]), los cuales contienen millones de componentes. Imagínese lo que significaría reducir los planos de las calles de una ciudad de casi 1.600 kilómetros en cuadro —lo que equivaldría al doble de la superficie de Alaska—, a las dimensiones de un chip: unos 6 milímetros en cuadro.
El “chip” y usted
La utilización del chip ha permitido acabar en gran medida con la tediosa soldadura y el trabajo manual que se requeriría para fabricar complejos aparatos electrónicos, lo que permite que el producto terminado no sea tan caro, sea más fiable y más pequeño. La producción en masa también ha reducido drásticamente el coste de los chips con capacidades especiales —como la de sintetizar sonido—, que se utilizan actualmente en todo tipo de productos.
Por esta razón, podemos encontrar estos chips en muchos sitios, como, por ejemplo, en juegos con voz, distribuidores automáticos y automóviles. En algunos países, puede que la “telefonista” que le dice la hora o le facilita un número de teléfono esté hecha de silicio. También se están haciendo populares algunos productos de consumo que utilizan chips para captar las órdenes habladas. Algunos puede que sean meros artilugios, pero otros podrían suministrar una ayuda muy necesaria a personas impedidas.
También se han aprovechado los chips en el mundo industrial y empresarial. Hay fábricas que los utilizan para controlar robots que pueden reemplazar al hombre en trabajos tediosos, reiterativos o hasta peligrosos. Además, se están introduciendo en el campo de la fabricación de automóviles, en el que desempeñan trabajos como los de soldar y pintar. En las oficinas, los procesadores electrónicos de datos que comprueban el deletreo de las palabras, permiten que el usuario efectúe cambios sin tener que escribir de nuevo todo el documento e incluso imprimen automáticamente las direcciones en las etiquetas, están reemplazando a las máquinas de escribir. Sin embargo, no todo son ventajas. Es posible que los oficinistas se hayan librado de la monotonía de su rutina de trabajo, pero, por otro lado, cada vez pasan más tiempo pegados a la pantalla del ordenador.
Por otra parte, es sobresaliente la contribución de los chips de silicio a la revolución tecnológica ocurrida durante esta generación en el campo de la comunicación. La revista que usted está leyendo se escribió en la pantalla de un ordenador, se compuso mediante un ordenador y se imprimió con la ayuda de un ordenador. De hecho, mediante el singular sistema MEPS (Multilanguage Electronic Phototypesetting System [Sistema plurilingüe de fotocomposición electrónica]) para la composición e impresión asistidas por ordenador, la Sociedad Watchtower está siendo pionera en esta aplicación plurilingüe de un elemento básico, valioso, útil y cada vez más común en el campo de la electrónica: el chip de silicio.