La Universidad Politécnica de Cataluña-BarcelonaTech (UPC) forma parte de la Mesa de la Alianza de semiconductores y chips de Cataluña, junto con el Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) y otros agentes del sistema de investigación y empresas. Se trata de una iniciativa público-privada que ha activado recientemente la Generalitat de Catalunya para fortalecer el ecosistema y la industrialización de los chips y semiconductores.
Los chips del futuro funcionarán como neuronas digitales, con un diseño inspirado en las redes neuronales y los métodos de procesamiento del cerebro. Con una experiencia de más de 30 años en diseño microelectrónico, los investigadores del grupo de investigación Sensores Inteligentes y Sistemas Integrados (IS2) trabajan en este tipo de soluciones bioinspiradas y neuromórficas para dar respuesta a problemas de aprendizaje automático. Así, han desarrollado soluciones como sistemas integrados configurables (SoCs) de propósito general y bioinspirados, microprocesadores específicos y soluciones industriales y biomédicas basadas en aprendizaje automático.
Se están desarrollando también prototipos microelectrónicos que emulan el comportamiento de subsistemas neuronales biológicos, concretamente de cultivos neuronales. En el marco del proyecto nacional SENSEDGE, se trabaja en la integración de este tipo de chips a gran escala a partir de la interacción entre el cultivo neuronal biológico y la red neuronal microelectrónica. Esta investigación permitirá comprender mejor la complejidad del funcionamiento de las neuronas biológicas y desarrollar prótesis biomédicas.
Miniaturización de los chips
El futuro de la tecnología pasa también por la miniaturización de los sistemas en los chips, un proceso que permite ahorrar espacio, energía y recursos. El grupo IS2 ha logrado integrar sensores micromecánicos (MEMS) con circuitos microelectrónicos en un solo chip de silicio, aprovechando los materiales y las capas de interconexión de los chips microelectrónicos estándar.
Esta tecnología, que da lugar a una patente internacional licenciada, permite reducir las dimensiones, el consumo y las interferencias, abriendo paso a aplicaciones avanzadas para el IoT y la biomedicina. Actualmente, la investigación en microelectrónica del grupo también se focaliza en el diseño de circuitos integrados de ultrabajo consumo a partir de energía fotónica.
Los semiconductores son fundamentales para fabricar procesadores y otros componentes electrónicos que integran a los supercomputadores. El desafío científico se encuentra en el diseño de chips más avanzados para realizar cálculos y procesar datos de una forma más rápida, segura y eficiente.
Tecnologías emergentes
Con este objetivo trabaja la asociación en tecnologías emergentes Designing RISC-V-based Accelerators for next generation Computers (DRAC), un consorcio liderado por el BSC. Con tres años de trabajo, el proyecto ha desarrollado un procesador de propósito general con aceleradores basados en tecnología RISC-V para ordenadores de nueva generación. En concreto, se han creado cuatro chips, los primeros de código abierto fabricados en España.
El último de estos chips es uno de los más complejos y avanzados. Como rasgo más destacado, este dispositivo integra cuatro aceleradores que permiten realizar cálculos de altas prestaciones en los campos de la criptografía, el análisis genómico y la navegación autónoma, con avances significativos en estas áreas.
Además de desarrollar circuitos integrados convencionales, el grupo de investigación EFRICS investiga materiales emergentes como alternativa a los actuales semiconductores. En este sentido, trabajan en el diseño de circuitos bioinspirados que, imitando el proceso de sinapsis neuronal, permitirán mejorar la velocidad y eficiencia de los dispositivos electrónicos.