Este artículo patrocinado es presentado por la Universidad de Purdue. La Ley CHIPS America fue una respuesta a la escasez cada vez mayor de ingenieros capacitados para satisfacer la creciente demanda de dispositivos electrónicos avanzados. Esa necesidad persiste. En su informe de políticas de 2023, Chipping Away: Assessing and Addressing the Labor Market Gap Facing the US Semiconductor Industry (Desapareciendo: evaluando y abordando la brecha del mercado laboral que enfrenta la industria de semiconductores de EE. UU.), la Asociación de la Industria de Semiconductores pronosticó una demanda de 69.000 ingenieros en microelectrónica y semiconductores entre 2023 y 2030, incluidos 28.900 nuevos puestos creados por la expansión de la industria y 40.100 vacantes para reemplazar a los ingenieros que se jubilen o abandonen el campo. Esta cifra no incluye a otros 34.500 científicos informáticos (13.200 nuevos puestos de trabajo, 21.300 reemplazos), ni tampoco cuenta los puestos de trabajo en otras industrias que requieren semiconductores avanzados o diseñados a medida para controles, automatización, comunicación, diseño de productos y el ecosistema emergente de tecnología de sistemas de sistemas. La Universidad de Purdue está tomando el mando, liderando la tecnología de semiconductores y el desarrollo de la fuerza laboral en los EE. UU. Ya en la primavera de 2022, la Universidad de Purdue se convirtió en la primera escuela de ingeniería de primer nivel en ofrecer una maestría en línea en microelectrónica y semiconductores. US News & World Report ha clasificado el programa de ingeniería de posgrado de la universidad entre los 10 mejores de Estados Unidos todos los años desde 2012 (y entre los 4 mejores desde 2022) «El título se desarrolló como parte del programa general de títulos en semiconductores de Purdue», dice el profesor de Purdue Vijay Raghunathan, uno de los arquitectos del programa de semiconductores. «Fue lo que yo describiría como el esfuerzo de desarrollo de la fuerza laboral de semiconductores más ambicioso del país». El profesor Vijay Raghunathan, uno de los arquitectos del Máster en línea en Microelectrónica y Semiconductores de la Universidad de Purdue Purdue creó y anunció su audaz programa en línea de alta tecnología mientras el Congreso de los EE. UU. todavía estaba debatiendo la “Ley de creación de incentivos útiles para producir semiconductores para Estados Unidos” (CHIPS America Act) de 53 mil millones de dólares, que se aprobaría en julio de 2022 y se convertiría en ley en agosto. Hoy, el Máster en línea en Microelectrónica y Semiconductores está en marcha. Los estudiantes aprenden a usar equipos y software de vanguardia y se preparan para enfrentar los desafíos que enfrentarán en una industria de semiconductores estadounidense rejuvenecida y crítica. ¿Está teniendo éxito el impulso a la educación en semiconductores? “Creo que hemos establecido de manera concluyente que la respuesta es un rotundo ‘Sí’”, dice Raghunathan. Al igual que comprender los macrodatos o poder programar, “la capacidad de comprender cómo funcionan los semiconductores y los sistemas basados en semiconductores, incluso a un nivel rudimentario, es algo que todos deberían saber. Prácticamente cualquier producto que diseñes o fabriques tendrá chips en su interior. Tienes que entender cómo funcionan, cuál es su importancia y cuáles son los riesgos”. Obtener un Máster en Microelectrónica y Semiconductores Los estudiantes que cursen el Máster en Microelectrónica y Semiconductores tomarán cursos de diseño de circuitos, dispositivos e ingeniería, diseño de sistemas y gestión de la cadena de suministro que ofrecen varias escuelas de la universidad, como la Mitch Daniels School of Business de Purdue, el Purdue Polytechnic Institute, la Elmore Family School of Electrical and Computer Engineering y la School of Materials Engineering, entre otras. Los profesionales también pueden tomar cursos de una hora de crédito, que tienen como objetivo ayudar a los estudiantes a desarrollar “amplitud en los bordes”, una noción que surgió de los comentarios de los empleadores: los líderes de ingeniería del mañana necesitarán un amplio conocimiento para conectarse con otras especialidades en el mundo cada vez más interdisciplinario de la inteligencia artificial, la robótica y la Internet de las cosas. “Esto fue algo en lo que nos embarcamos como experimento hace 5 o 6 años”, dice Raghunathan sobre los cursos de un crédito. “Creo que, en retrospectiva, ha resultado espectacular”. Un investigador ajusta un equipo de imágenes en un laboratorio del Centro de Nanotecnología Birck, sede de la investigación y el desarrollo avanzados de Purdue sobre semiconductores y otras tecnologías a escala atómica. Rebecca Robiños/Universidad de Purdue Líder en educación en ingeniería de semiconductores Purdue, que abrió sus primeras clases en 1874, es hoy un líder reconocido en educación en ingeniería. US News & World Report ha clasificado el programa de posgrado en ingeniería de la universidad entre los 10 mejores de Estados Unidos todos los años desde 2012 (y entre los 4 mejores desde 2022). Y el programa de ingeniería de posgrado en línea de Purdue se ha clasificado entre los tres mejores del país desde que la publicación comenzó a evaluar los programas de posgrado en línea en 2020. (Purdue ha ofrecido maestrías a distancia desde la década de 1980. En ese entonces, por supuesto, las conferencias de los cursos se grababan en video y se enviaban por correo a los estudiantes. Con el crecimiento de la web, la «distancia» se convirtió en «en línea», y el programa ha crecido). Por lo tanto, los candidatos a la Maestría en Microelectrónica y Semiconductores pueden estudiar en línea o en el campus. Ambas vías toman los mismos cursos de los mismos instructores y obtienen el mismo título. No hay notas a pie de página, asteriscos o paréntesis en el diploma para indicar estudio en línea o en persona. «Si miras nuestro programa, quedará claro por qué Purdue es cada vez más considerada la universidad líder en semiconductores de Estados Unidos» —Prof. Vijay Raghunathan, Universidad de Purdue Los estudiantes toman clases a su propio ritmo, utilizando un conjunto integrado de aplicaciones probadas de aprendizaje en línea para asistir a conferencias, entregar tareas, tomar exámenes y comunicarse con el profesorado y entre sí. Los textos se pueden comprar o descargar de la biblioteca de la escuela. Y hay un uso frecuente de herramientas de modelado y análisis como Matlab. Además, Purdue también es el hogar de los recursos nacionales de diseño informático nanoHUB.org (con cientos de herramientas de modelado, simulación, enseñanza y desarrollo de software) y su descendencia, chipshub.org (especializada en herramientas para el diseño y la fabricación de chips). De I+D a desarrollo económico y de la fuerza laboral «Si observa nuestro programa, quedará claro por qué Purdue se considera cada vez más la universidad líder en semiconductores de Estados Unidos, porque esta es una prioridad estratégica para toda la universidad, desde nuestro presidente hasta abajo», resume el profesor Raghunathan. «Tenemos un grupo de trabajo que informa directamente al presidente, un grupo de trabajo centrado solo en semiconductores y microelectrónica. En todos los aspectos: I+D, el proceso de innovación, el desarrollo de la fuerza laboral, el desarrollo económico para atraer empresas al estado. Todos estamos involucrados en lo que respecta a los chips”.
Etiqueta: Semiconductores
Como editores de IEEE Spectrum, nos enorgullecemos de detectar tecnologías prometedoras y seguirlas desde la fase de investigación hasta el desarrollo y, en última instancia, la implementación. En cada edición de enero, nos centramos en las tecnologías que ahora están preparadas para alcanzar hitos importantes en el nuevo año. Este número fue curado por el editor senior Samuel K. Moore, nuestro experto interno en semiconductores. Por eso no sorprende que haya incluido una historia sobre el plan de Intel para lanzar dos tecnologías de chips trascendentales en los próximos meses. Para “Intel espera superar a sus competidores”, Moore pidió a nuestra pasante editorial, Gwendolyn Rak, que informara sobre el riesgo que está asumiendo el gigante de los chips al introducir dos tecnologías a la vez. Comenzamos a rastrear la primera tecnología, los transistores nanosheet, en 2017. Cuando brindamos todos los detalles en un artículo destacado de 2019, estaba claro que este dispositivo estaba destinado a ser el sucesor del FinFET. Moore detectó por primera vez la segunda tecnología, la entrega de energía trasera, en la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos del IEEE en 2019. Menos de dos años después, Intel se comprometió públicamente a incorporar la tecnología en 2024. Hablando de compromiso, los Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa del ejército de EE. UU. La agencia ha desempeñado un papel enorme en la financiación de algunos de los avances fundamentales que aparecen en estas páginas. Muchos de nuestros lectores estarán familiarizados con los robots que el editor senior Evan Ackerman cubrió durante el desafío humanoide de DARPA hace casi 10 años. Esos robots eran esencialmente proyectos de investigación, pero, como informa Ackerman en “El año del humanoide”, algunas empresas iniciarán proyectos piloto en 2024 para ver si esta generación de humanoides está lista para arremangarse metafóricamente y ponerse manos a la obra. Más recientemente, el cifrado totalmente homomórfico (FHE) ha irrumpido en escena. Moore, que ha estado cubriendo la explosión cámbrica en arquitecturas de chips para IA y otras modalidades informáticas alternativas desde mediados de la adolescencia, señala que, al igual que el desafío de la robótica, DARPA fue el impulsor inicial. «Uno esperaría que las tres empresas financiadas por DARPA crearan un chip, aunque no había garantía de que lo comercializarían», dice Moore, quien escribió «Están llegando chips para computar con datos cifrados». «Pero lo que no se esperaría es que tres nuevas empresas más, independientemente de DARPA, lancen sus propios chips FHE al mismo tiempo». La historia del editor senior Tekla S. Perry sobre los OLED fosforescentes, “Un cambio detrás de las pantallas para OLED”, es en realidad un corte profundo para nosotros. Uno de los primeros artículos que Moore editó en Spectrum allá por el año 2000 fue el artículo de Stephen Forrest sobre electrónica orgánica. Su laboratorio desarrolló los primeros materiales OLED fosforescentes, que son mucho más eficientes que los fluorescentes. Forrest fue uno de los fundadores de Universal Display Corp., que ahora, después de más de dos décadas, finalmente ha comercializado el último de su trío de colores fosforescentes: el azul. Luego está nuestro artículo de portada sobre los deepfakes y su impacto potencial en docenas de elecciones nacionales a finales de este año. Hemos estado siguiendo el aumento de los deepfakes desde mediados de 2018, cuando publicamos una historia sobre investigadores de inteligencia artificial que apostaban sobre si un video deepfake sobre un candidato político recibiría más de 2 millones de visitas durante las elecciones intermedias de EE. UU. de ese año. Como informa la editora senior Eliza Strickland en “Este año electoral, busque credenciales de contenido”, varias empresas y grupos industriales están trabajando arduamente para garantizar que los deepfakes no destruyan la democracia. Mis mejores deseos para un año nuevo próspero y saludable, y disfrute de las previsiones tecnológicas de este año. Han pasado años preparándolo. Este artículo aparece en la edición impresa de enero de 2024.
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Los transistores electrónicos son fundamentales para la electrónica moderna. Estos dispositivos controlan con precisión el flujo de electricidad, pero al hacerlo generan calor. Ahora, investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles han desarrollado un transistor térmico de estado sólido, el primer dispositivo de este tipo que puede utilizar un campo eléctrico para controlar el flujo de calor a través de la electrónica. Su estudio, publicado recientemente en Science, demuestra las capacidades de la nueva tecnología. «Ha habido un fuerte deseo por parte de ingenieros y científicos de controlar la transferencia de calor de la misma manera que controlamos la electrónica, pero ha sido un gran desafío», dice el autor principal del estudio, Yongjie Hu, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en UCLA. Históricamente, los dispositivos electrónicos se han enfriado con disipadores de calor que eliminan pasivamente el exceso de calor. También se han propuesto enfoques más activos para la gestión térmica, pero estos a menudo dependen de piezas o fluidos móviles y pueden llevar mucho tiempo (normalmente de minutos a horas) para aumentar o disminuir la conductividad térmica del material. Con los transistores térmicos, los investigadores pueden modular activamente el flujo de calor más rápido y con mayor precisión. Esta velocidad los convierte en una opción prometedora para gestionar el calor en dispositivos electrónicos. «Creo que estamos viviendo en una especie de renacimiento térmico». —Miguel Muñoz Rojo, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid De forma análoga a un transistor electrónico, el transistor térmico del grupo UCLA también utiliza campos eléctricos para modular la conductancia de un canal, en este caso la conductancia térmica en lugar de la eléctrica. Esto se hace con una fina película de moléculas en forma de jaula que los investigadores diseñaron y que actúa como canal del transistor; La aplicación de un campo eléctrico fortalece los enlaces moleculares de la película, lo que aumenta su conductancia térmica. «Nuestra contribución fue literalmente de sólo una molécula delgada», dice Paul Weiss, profesor de química, bioingeniería y ciencia de materiales en UCLA y coautor del estudio. Con esa capa de una sola molécula, los investigadores pudieron alcanzar el cambio máximo. en conductividad a una frecuencia de más de 1 megahercio, varios órdenes de magnitud más rápido que otros sistemas de gestión del calor. El movimiento molecular normalmente controla el flujo de calor en otros tipos de interruptores térmicos. Pero el movimiento molecular es bastante lento en comparación con el movimiento de los electrones, explica Weiss. Aprovechando los campos eléctricos, los investigadores pueden acelerar el cambio de frecuencias de milihercios a megahercios. El movimiento molecular tampoco puede lograr una diferencia tan grande en la conductancia térmica entre el estado encendido y apagado. El dispositivo de UCLA, en comparación, logra una diferencia 13 veces mayor. «Realmente es una diferencia enorme, tanto en términos de magnitud como de velocidad», dice Weiss. Con estas mejoras, el dispositivo podría ser importante para enfriar procesadores. Los transistores son especialmente prometedores para los semiconductores porque utilizan una pequeña cantidad de energía para controlar el flujo de calor, en comparación con otras rutas de disipación activa de energía. Muchos transistores térmicos también podrían integrarse en el mismo chip de la misma manera que los transistores electrónicos, afirma Hu. En particular, los transistores térmicos podrían gestionar eficazmente el calor en nuevos diseños de semiconductores, como en los chiplets apilados en 3D, donde permitirían una mayor libertad en el diseño de los chips al reducir los puntos calientes. También pueden ayudar a enfriar la electrónica de potencia hecha de semiconductores de banda ancha como el nitruro de galio y el carburo de silicio, dice Hu. «Nuestra contribución fue literalmente de sólo una molécula de espesor». —Paul Weiss, UCLA Más allá de estas aplicaciones en electrónica, el trabajo de los investigadores de UCLA sobre transistores térmicos también podría proporcionar información sobre los mecanismos a nivel molecular de cómo las células vivas regulan la temperatura. Hu cree que puede haber un efecto similar que conecta el flujo de calor y el potencial eléctrico en nuestras células. En un proyecto independiente en curso, está estudiando los mecanismos de los canales iónicos: las proteínas que actúan como puertas para controlar el flujo de iones a través de la membrana celular. En lo que respecta al flujo de calor en el cuerpo humano, «la imagen macroscópica se ha establecido en fisiología, sin embargo, el mecanismo a nivel molecular sigue siendo en gran medida desconocido», dice Hu. “Creo que estamos viviendo una especie de renacimiento térmico”, afirma Miguel Muñoz Rojo, investigador principal del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid. Muñoz Rojo está entusiasmado con la posibilidad de que los transistores térmicos se sumen al conjunto de tecnologías de gestión del calor y está interesado en la posibilidad de utilizarlos para una amplia gama de aplicaciones a gran escala, como la refrigeración, además de la refrigeración a nanoescala de la electrónica. Él y su colega Andrej Kitanovski, profesor de ingeniería térmica en la Universidad de Ljubljana en Eslovenia, están trabajando juntos para desarrollar estas tecnologías de gestión térmica. Para Muñoz Rojo, esa gama de usos potenciales convierte a los transistores térmicos en la cúspide de la tecnología de gestión del calor. La demostración de esta tecnología es un avance apasionante y probablemente motivará más investigaciones fundamentales, afirma Geoff Wehmeyer, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Rice de Houston. «Será interesante ver si los ingenieros térmicos pueden encontrar formas de integrar estos interruptores térmicos moleculares en sistemas de gestión térmica conmutables para electrónica o baterías». Si bien esta prueba de concepto es prometedora, la tecnología aún se encuentra en una etapa temprana de su desarrollo, Los investigadores de UCLA reconocen. En el futuro, Hu dice que su objetivo es mejorar aún más el rendimiento del dispositivo. 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