La mayor parte del tiempo cuando hablamos de el impacto potencial de las nuevas tecnologías en los futuros ordenadores nos centramos en el rendimiento de los transistores. Esto ha tenido su lógica hasta ahora. Ya que hasta ahora la reducción del tamaño de los transistores es lo que hasta ahora ha venido siguiendo la ley de Moore, la mejora en la densidad y el diseño de los transistores es lo que impulsó el “mejor, más rápido y más barato”, durante los últimos 40 años. Pero los transistores no son la única parte que se podrían beneficiar de las mejoras tecnológicas , un equipo de investigadores de la universidad de Standford cree poder solucionar uno de los problemas críticos que han estado lastrando a los procesadores modernos. Lo conseguirían construyendo estructuras conectoras de cobre y grafeno en lugar de cobre exclusivamente.

Todas las CPUs modernas están conectadas gracias a una extensa red interna de cables de cobre, llamados interconexiones. Estos pequeños cables de cobre transportan los datos a través del procesador y a través de todo el SoC. Esta tecnología fue introducida por IBM y Motorola en 1997, seguidos por Intel en el año 2000. En este año los procesadores Intel contenían un kilómetro de interconexiones de cobre por centrimetro cuadrado. En 2017 con la tecnología de 14nm cada chip contiene aproximadamente 10km de cableado en el mismo espacio.

El problema de emplear solamente conexiones de cobre es que estas conexiones no se pueden escalar de la misma manera que es puede escalar el tamaño de los transistores. Conforme los cables encogen la cantidad de corriente por área de cable aumenta, su densidad de corriente. Este aumento en la densidad de corriente implica mayor resistencia y mayor resistencia más calor. Las consecuencias varían en función del diseño del procesador, de su distribución y de la longitud de los cables. Las interconexiones locales no sufren especialmente, por que las distancias son reducidas, pero las llamadas interconexiones globales, que conectan diferentes partes del chip pueden verse afectadas sustancialmente.

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Este aumento de la resistencia-capacidad es un problema en aumento. Semiengineering.com afirma que este problema aumentó un  7.6% al pasar de 45nm a 22nm. Entre los 22 y los 11nm la resistencia aumentó un 21.8% y un 48% de los 11nm a los 7nm. La gráfica superior muestra el aumento estimado de la resistencia conforme nuevos nodos semiconductores van siendo introducidos. Mientras tanto los cables de cobre han alcanzado tamaños tan pequeños que ahora pueden producirse roturas de cables por electromigrción, al desplazarse átomos de cobre fuera de su sitio tal y como muestra la imagen inferior.

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Anteriormente han aparecido tecnologías tales como la desarrollada por Apllied Materials para resolver esta problemática añadiendo cobalto a la tecnología existente de cobre, pero adaptar el grafeno podría funcionar también. De acuerdo con el equipo de investigación dirigido por H. S Philip Wong, recubrir cables de cobre con grafeno podría aumentar significativamente su rendimiento.

Este cobre recubierto de grafeno también puede prevenir que el cobre penetre el dielectrico, la capa aislanete y cause la rotura. Uno de los mayores descubrimientos de Ling Li, autor principal de esta última publicación es que el grafeno puede ser integrado en capas de cobre en las que se han creado patrones a temperaturas inferiores a 400ºC. Este es un paso significativo, ya que los métodos anteriores eran incompatibles con el proceso de fabricación tradicional BEOL (Back End Of Line). El enlace adicional del grafeno previene la electromigración creando una interfaz limpia entre el cobre y el grafeno, permitiendo que la corriente fluya através del grafeno en adición al cobre.

El grafeno añadiría solo 0.3nm por capa, comparado con el estandar de la industria, que usa paredes de 2nm fabricadas en nitrito de tantalo. Los cables fabricados en compuestos han demostrado la mitad de resistencia electrica que las tecnologías tradicionares, lo que significa que  podríamos estar ante aumentos de rendimiento y reducciones en el consumo electríco si esta clase de tecnología llegara a implantarse.

Aunque no haga falta decirlo esto no quiere decir que se hayan solucionado todos los problemas existentes con el grafeno. Sigue siendo muy complicado producirlo en masa y en general es muy complicado trabajarlo. Conforme el tamaño de los nodos se reduce y nos encontramos mayores problemas con la reducción del diametro de las interconexiones, la industria necesitará soluciones listas para cuando se alcancen los 5 nm o menor. Tecnologías como estas podrían posibilitar el avance de la tecnología y permitir a los fabricantes acelerar ligeramente el ritmo gracias a la reducción en el consumo y a las mejoras en el rendimiento. Estamos aún muy lejos de la disponibilidad comercial pero esto nos coloca en el camino correcto.