Los chips de memoria de nueva generación prometen reducir el uso de energía

Por Catherine Jewell, División de Información y Difusión por Medios Digitales, OMPI, Yuka Okakita y Tomomi Taguchi, Oficina de la OMPI en el Japón

Los semiconductores, “cerebro de la electrónica moderna”, sin los cuales los dispositivos digitales que utilizamos a diario no funcionarían, han sido los responsables durante décadas de los avances en tecnologías digitales. La empresa japonesa pionera Semiconductor Energy Laboratory Co. (SEL) es líder mundial en este campo y sigue abriendo nuevos caminos en el desarrollo de tecnologías de semiconductores de alto rendimiento de nueva generación. El fundador y presidente de la empresa, Shunpei Yamazaki, creador de la “memoria flash”, es el inventor más prolífico del mundo en cuanto al número de patentes que ha obtenido, según los Récords Mundiales Guinness. Yamazaki habla del empeño de SEL para lograr un saldo cero en emisiones de carbono a través de la innovación, de la importancia de la propiedad intelectual para su modelo de negocio y de la cultura abierta de innovación que es la base del trabajo pionero que desarrolla SEL.

Háblenos de la orientación actual del trabajo de SEL y de cómo apoya los objetivos medioambientales globales.

Llevo varias décadas trabajando en el campo de los semiconductores, desde que inventé y patenté lo que se conoce como memoria flash (patente nº JP 886343), a los 28 años, en 1970. La memoria flash está integrada en la mayoría de los dispositivos electrónicos que utilizamos a diario. Básicamente, permite almacenar datos e información incluso cuando el dispositivo está apagado. La memoria flash es también la forma menos costosa de memoria semiconductora o de almacenamiento de datos. Nunca soñé que la integración de silicio a gran escala (Si LSI) -que permitió hacer chips de computadora tan potentes en cuanto a capacidad de microprocesamiento y almacenamiento de datos- se extendería tanto, ni que contribuiría al calentamiento global por su alto consumo de energía.

En 2009 descubrimos unos semiconductores de óxido dotados de una nueva estructura cristalina (estructura CAAC), que permite fabricar chips de computadora, conocidos como LSI, que ahorran más energía. Llevamos más de 10 años realizando una intensa labor de I+D para mejorar el rendimiento de los LSI con el fin de reducir el consumo de energía de centros de datos y supercomputadoras.

Nuestro objetivo es hacer que los semiconductores sean más eficientes energéticamente. Gracias a nuestro trabajo pionero, hemos desarrollado un nuevo material semiconductor con características de alta retención de corriente. Un FET de Si experimenta una fuga de corriente de unos 10^-12A/µｍcuando está apagado; en cambio, un FET de OS (transistor semiconductor de efecto de campo de óxido cristalino) tiene una corriente extremadamente baja cuando está apagado, 10^-24A/µｍ. Esto significa que los datos pueden conservarse durante mucho tiempo. Aprovechando estas características de alta retención de corriente y las buenas propiedades eléctricas del silicio, hemos desarrollado una nueva estructura compuesta de Si/OS. Utilizando su efecto sinérgico combinado, pretendemos crear dispositivos semiconductores con mayores propiedades de ahorro de energía, algo que nunca podría conseguirse usando únicamente la tecnología del silicio. La difusión y el uso extendido de esta nueva tecnología contribuirán en gran medida a la lucha contra el calentamiento global.

Para los que no están familiarizados con los semiconductores, ¿puede decir unas palabras sobre el papel que desempeñan y su importancia en el mundo moderno?

Todos los dispositivos electrónicos que usamos a diario, nuestros teléfonos inteligentes, portátiles, televisores, computadoras, etc., utilizan semiconductores. Su uso se ha extendido tanto y es tan común que la gente tiende a no valorar su papel e importancia. Por lo general, la gente no es consciente de que al utilizar estos dispositivos están consumiendo enormes cantidades de electricidad, lo que a su vez contribuye al calentamiento global.

¿Cómo encaja el trabajo de SEL en las ambiciones del Japón y otros países de digitalizar y descarbonizar sus economías?

El Plan de Acción de la Estrategia de Crecimiento del Japón, aprobado en junio de 2021 por el entonces primer ministro Yoshihide Suga, destaca el compromiso del gobierno por promover el desarrollo y la producción de tecnologías avanzadas de semiconductores, dadas sus propiedades de bajo consumo energético. La Estrategia también esboza el objetivo del gobierno de: a) hacer que todos los nuevos centros de datos sean un 30% más eficientes energéticamente para 2030; b) convertir en energía renovable parte de la electricidad utilizada por los centros de datos nacionales; y c) hacer que los sectores de semiconductores y de comunicación de la información presenten un saldo cero en emisiones de carbono para 2040.

En el verano de 2021, tuvimos la oportunidad de presentar al Ministerio de Economía, Comercio e Industria (METI) la tecnología LSI de semiconductores de óxido cristalino (OSLSI), que ahorra mucha energía. El primer ministro estaba informado del potencial de la tecnología OSLSI de SEL para contribuir a los objetivos de la política verde del gobierno y quería conocerla más en profundidad. Nos invitaron a preparar un documento que describiese las propiedades de esta tecnología. El documento sirvió de base para una sesión informativa detallada sobre SEL y nuestra tecnología que el director general adjunto del METI mantuvo con el primer ministro. Posteriormente, el METI volvió a hacer un seguimiento con nosotros.

Creemos que lograr la adopción y el uso generalizados de nuestra tecnología pionera OSLSI supondrá una importante contribución en la solución del calentamiento global.

En 2016 volvió a figurar usted en los Récords Mundiales Guinness como inventor con más patentes. En ese momento, usted tenía más de 11.350 patentes a su nombre. ¿Qué le inspira en su trabajo y le impulsa a seguir desarrollando tecnologías pioneras en este campo?

Siempre tuve malas notas en la escuela, pero en mi segundo año de universidad, empecé a trabajar con el profesor Yogoro Kato (posteriormente, se convirtió en profesor emérito del Instituto Tecnológico de Tokio), que me apoyó mucho. Trabajé con él durante cinco años. Cuando le dije que quería ir a la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, que era la meca de los semiconductores en aquella época, se puso furioso conmigo y me convenció para que continuara mis estudios en el Japón bajo su dirección. No se pueden comparar vidas, así que no sé si mi decisión de renunciar a ir a Estados Unidos fue buena o no, pero sin duda fue un punto de inflexión en mi vida. No empecé siendo un estudiante brillante, pero gracias al profesor Kato, que me acogió bajo su ala, hoy estoy aquí. Y sigo investigando para estar a la altura de sus enseñanzas. Fue un gran maestro.

Todos los dispositivos electrónicos que usamos a diario, nuestros teléfonos inteligentes, portátiles, televisores, computadoras, etc., utilizan semiconductores... Por lo general, la gente no es consciente de que al utilizar estos dispositivos están consumiendo enormes cantidades de electricidad, lo que a su vez contribuye al calentamiento global.

SEL sigue centrándose en desarrollar tecnologías pioneras y novedosas. ¿Cómo contribuyen las patentes a la difusión y adopción de sus tecnologías en todo el mundo?

Como empresa centrada en la I+D, las patentes son importantísimas para nosotros, tal y como nos enseñó el profesor Kato. La propiedad intelectual es un gran mecanismo, pero las patentes no generan ingresos a menos que los productos que protegen sean comercializables. Por su misma naturaleza, a una empresa dedicada exclusivamente a la I+D le resulta esencial salir al mercado con tanta frecuencia y eficacia como sea posible.

Gracias a nuestra cartera de derechos de propiedad intelectual, podemos demandar con confianza y sin pestañear a cualquiera que infrinja nuestros derechos. Así hemos podido rentabilizar nuestros derechos y ampliar cuota de mercado de manera eficaz. Sin embargo, es importante tener un derecho de patente que se pueda utilizar adecuadamente. Por eso es tan importante redactar una memoria descriptiva de la patente que se base en los resultados de la I+D y que establezca claramente el propósito y el efecto de la invención. Es más, el uso estratégico de una patente es esencial para que puedan ampliarse las actividades de I+D, para que aumente el valor de la patente y para que crezcan los ingresos procedentes de licencias. El uso estratégico de los derechos de patente también puede implicar acciones legales.

¿Puede contarnos algo sobre la cultura de innovación de SEL y sus principios rectores?

Desde la creación de SEL en 1980, nos hemos comprometido a contribuir al progreso del mundo a través de la I+D. Nuestro primer socio fue la Sharp Corporation, que en aquella época era líder mundial en semiconductores y televisores con pantalla de cristal líquido. La asociación surgió gracias a que nos presentó un conocido. Sin embargo, cuando empezamos a investigar juntos, a Sharp le pareció que nuestro nivel de I+D era demasiado bajo. A partir de ahí, SEL trabajó duro para alcanzar el nivel que exigía Sharp. Al principio, algunas de sus exigencias parecían abrumadoras, pero nos las arreglamos para estar a su altura.

Solo lograremos el éxito a través de la I+D y trabajando duro. Cuando tus socios te señalan los problemas específicos que tienes que abordar y tus empleados trabajan duro para solucionarlos, se obtienen mejores resultados. No creo que la innovación funcione si te limitas a pedir a tu socio que te enseñe o te lo ponga fácil. No funcionará si no tienes el compromiso y el impulso de llegar a nuevos niveles de pericia que satisfagan las necesidades de tu socio. Para mejorar los resultados de tu I+D es esencial encontrar una empresa que te exija técnicamente y que al mismo tiempo mantenga una relación de igual a igual como socio.

WIPO GREEN es una plataforma pública que pretende promover la innovación mundial en el ámbito de las tecnologías verdes. ¿Está dispuesto a apoyar esta iniciativa?

La lucha contra el calentamiento global es el problema más importante al que se enfrenta la Humanidad hoy en día. WIPO GREEN es una iniciativa muy importante que pretende aprovechar el poder del sistema de propiedad intelectual para proteger el medio ambiente. Vemos que WIPO GREEN podría ser un vehículo importante para facilitar la adopción y el uso rápido y generalizado en todo el mundo de las OSLSI, que son muy eficientes desde el punto de vista energético. Creo que la cooperación con organizaciones internacionales como la OMPI es esencial para lograr este objetivo.

Qué consejo puede dar a los jóvenes científicos que aspiran a construir un futuro mejor?

En el pasado, a las empresas japonesas les guiaba el compromiso con la calidad, el trabajo duro y la creencia de que la adversidad nos hace más sabios. Sin embargo, hoy en día eso ha desaparecido prácticamente. Hay que reavivar esa creencia si queremos seguir prosperando. Los recursos humanos y la propiedad intelectual son importantísimos para el Japón. Tenemos que hacer más para que los tribunales comprendan mejor el valor de los derechos de propiedad intelectual (PI) y en particular de las patentes. También tenemos que promover, entre el público en general, una mayor concienciación sobre la importancia de la propiedad intelectual. La única forma de que el Japón siga siendo competitivo a nivel internacional es hacer uso de nuestra propiedad intelectual.