Diseño de circuitos más eficientes
¿Qué tienen en común los smartphones, ordenadores portátiles, aparatos médicos de diagnóstico y unidades de control de los coches? Todos ellos incorporan materiales semiconductores que se basan en los últimos avances en diseño innovador y procesos de fabricación. En concreto, la mayoría de estos productos están hechos de nuevos materiales y estructuras a escala nanométrica. Sin embargo, a pesar de las muchas ventajas que ofrecen estas diminutas estructuras, también son propensas a padecer numerosos problemas, como el sobrecalentamiento de los circuitos integrados e interferencias de señales. El proyecto NANOCOPS, financiado por la Unión Europea, se propuso erradicar estos problemas antes de que puedan manifestarse en su aparato nuevo. Con este fin, el proyecto desarrolló algoritmos y herramientas de software capaces de cuantificar estos efectos indeseables y de ofrecer validaciones fiables de nuevos diseños nanoelectrónicos. Un herramental para la realización de simulaciones Uno de los objetivos principales del proyecto era crear un diseño de circuitos fiable y eficiente, capaz de alojar un número creciente de dispositivos sobre una superficie portadora cada vez más pequeña, propiciando de este modo la transmisión sin interferencias de una mayor cantidad de información. «El problema de fondo es que hemos agotado los límites físicos de la superficie portadora, obligando a que los componentes y circuitos estén cada vez más cerca unos de otros. Esto plantea a su vez el riesgo, cada vez mayor, de que se produzca un efecto de diafonía, que da lugar a una interacción electromagnética indeseada entre los distintos componentes del proyecto», afirma el investigador del proyecto, el Dr. E. Jan W. ter Maten. «Este problema ya no se puede obviar, sobre todo a medida que se desarrollan chips cada vez más potentes». El conjunto de herramientas desarrolladas en el marco del proyecto NANOCOPS tenía por finalidad poner a prueba estos límites físicos. Por ejemplo, se crearon modelos y simulaciones para comprobar cuánto se puede reducir una zona al tiempo que se aumenta el número de componentes antes de que se experimenten interacciones adversas. En otra línea de investigación se utilizó una combinación de campos electromagnéticos y simulaciones térmicas directamente integrada en la simulación de los chips, lo que permitió identificar componentes de circuitos de alta sensibilidad propensos a las interferencias durante la fase de desarrollo. «Lo que hemos observado es que surgen problemas cuando las interacciones eléctricas y térmicas afectan al componente, repercutiendo en la tensión que sufren los materiales y en la vida útil de los transistores», afirma ter Maten. «Por ello, es importante evaluar correctamente la generación de calor, para poder desarrollar transistores más eficientes y duraderos». Predicciones más fiables para lograr diseños más eficaces El proyecto NANOCOPS propició una serie de avances innovadores en el diseño nanoelectrónico. Por ejemplo, tradicionalmente se necesitaban dos operaciones independientes para simular la dependencia entre las temperaturas altas y los niveles de potencia extrema en los circuitos. No obstante, los investigadores del proyecto NANOCOPS lograron fusionar estos dos pasos, acelerando el proceso de simulación y obteniendo resultados notablemente superiores. En el área de la simulación de campos electromagnéticos, la herramienta NANOCOPS es capaz de simular no solo componentes individuales en 3D, sino también los propios circuitos, lo que permite simular todo tipo de perturbaciones y proporcionar un método de detección de errores mucho más rápido. Por ejemplo, para minimizar la interferencia de la señal en los smartphones y los marcapasos cardíacos se requiere una simulación eficiente de diversas señales de alta frecuencia con frecuencias muy diferenciadas. En este caso, los circuitos electrónicos, los campos electromagnéticos y la evolución térmica interactúan, y estos factores —así como el envejecimiento de los propios dispositivos— pueden ocasionar cambios imposibles de predecir con anterioridad. «NANOCOPS y las distintas herramientas de simulación desarrolladas en el marco de este proyecto han cambiado todo esto», concluye ter Maten. «Ahora, los fabricantes pueden basar el diseño de los circuitos integrados en predicciones fiables, mejorando de este modo la operabilidad, la eficiencia y la vida útil de los sistemas».
Palabras clave
NANOCOPS, diseño nanoelectrónico, circuitos, circuitos integrados, smartphones, marcapasos
