¿Hasta dónde se puede llevar la computación? Los límites físicos fundamentales frente a la escala de los centros de datos

El artículo, publicado por MIT Technology Review en su serie «Explains», plantea que el progreso informático actual proviene sobre todo de construir más (más chips, centros de datos más grandes), mientras que el otro tipo de progreso, el de hacer mejores los chips, se está agotando. Aviso: el texto recibido está truncado en su parte final (la última frase queda cortada), de modo que este resumen cubre solo lo que aparece en el contenido descargado.

El texto arranca con la conferencia de Richard Feynman de 1959, «There's Plenty of Room at the Bottom», en la que defendía que ninguna ley física impide escribir la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler o colocar la materia átomo a átomo. Feynman ofreció dos premios de 1.000 dólares. El primero, por un motor eléctrico menor de un cubo de 0,4 mm, lo ganó poco después William McLellan, que lo construyó a mano con un palillo y un torno de relojero bajo el microscopio. El segundo, por reducir una página de texto 25.000 veces por lado, estuvo sin reclamar un cuarto de siglo hasta que Tom Newman, estudiante de Stanford, lo ganó en 1985 con litografía por haz de electrones, transcribiendo la primera página de «Historia de dos ciudades».

El artículo repasa después el descenso: Jack Kilby, en Texas Instruments, unió en 1958 un transistor, un condensador y tres resistencias en una sola pieza de germanio, y Gordon Moore, en 1965, extendió la tendencia de duplicación de componentes que se convertiría en la ley de Moore. Moore, subraya el texto, hablaba del número de componentes que minimiza el coste por componente (50 en 1965), no de una reducción ilimitada. Durante cuatro décadas se sumó el escalado de Dennard (formulado en 1974): transistores más pequeños conmutaban más rápido y consumían proporcionalmente menos. Hacia 2004 eso terminó: los chips ya no podían disipar el calor, las frecuencias se estancaron por encima de los tres gigahercios e Intel canceló el procesador de cuatro gigahercios prometido. La industria pasó a los múltiples núcleos y, después, a escalar el sistema entero.

Según el artículo, seis de los mayores hiperescaladores van camino de gastar más de 700.000 millones de dólares este año en infraestructura de cómputo, aproximadamente el doble del récord de 2025. En IA, el cómputo de entrenamiento se ha duplicado más o menos cada seis meses desde 2010, mucho más rápido que la ley de Moore, y poco de ese avance se debe a la miniaturización. Las leyes de Moore, Dennard, Koomey (computación por julio), Kryder (densidad de almacenamiento magnético) y Keck (capacidad de la fibra óptica) se ralentizan, se han acabado o se aplanan. Pero el texto insiste en que son observaciones sobre sistemas diseñados por humanos, no leyes físicas fundamentales.

Los límites físicos reales están muy por debajo de lo que hay en cualquier centro de datos. El artículo mide primero lo recorrido: en casi ocho décadas, la densidad de transistores ha crecido 10 órdenes de magnitud (hoy más de 100 millones por milímetro cuadrado), la velocidad de cómputo 12 órdenes y la energía por operación ha caído 17 órdenes, de unos 100 julios en una máquina de válvulas de vacío a un femtojulio por conmutación de una puerta lógica.

Cuatro límites marcan el «fondo», derivados de tres teorías fundamentales:

1. Velocidad de cómputo (mecánica cuántica). Seth Lloyd, en un artículo de Nature de 2000, imaginó el «portátil definitivo»: un kilogramo de materia en un litro. Según E = mc², contiene unos 9×10^16 julios, y gastarlo todo en computar daría unas 5×10^50 operaciones por segundo, unos 35 órdenes de magnitud más que un chip puntero actual. Sería un plasma de unos mil millones de grados, más parecido al universo en los primeros minutos tras el Big Bang que a un portátil. Es el mayor de los huecos y el menos salvable: el artículo lo compara con la diferencia entre un nanosegundo y 200 millones de veces la edad del universo.

2. Energía por borrado de un bit (termodinámica). Rolf Landauer demostró en 1961 que borrar un bit libera como mínimo unos 2,9×10^-21 julios a temperatura ambiente. Un chip actual gasta varios cientos de miles de veces más por conmutación, y opera a menos de seis órdenes de magnitud del mínimo de Landauer. La lógica convencional solo puede cerrar parte de esa brecha, porque un interruptor fiable necesita un margen frente a las fluctuaciones térmicas que lo mantiene entre cien y unos pocos miles de veces por encima de Landauer. La vía alternativa es la computación reversible (Charles Bennett, 1973), que no descarta información y no paga peaje de borrado. Según el artículo, ya hay intentos comerciales: la startup Vaire Computing probó su primer chip en 2025, con circuitos resonantes que recuperan parte de la energía de conmutación en lugar de disiparla como calor.

3. Densidad de memoria (relatividad general). Jacob Bekenstein, estudiando la termodinámica de los agujeros negros en 1981, determinó que la información en una región acotada está limitada por su tamaño y su energía. Para una región como la del portátil de Lloyd, serían unos 10^42 bits, casi 30 órdenes de magnitud más de lo que almacena hoy un dispositivo de ese tamaño. El ejemplo más concreto de aprovechamiento tridimensional a escala molecular es el ADN: Feynman estimó conservadoramente 125 átomos por bit y el ADN lo guarda en unos 30. Lo que lo mantiene fuera de los centros de datos no es la densidad, sino el coste y la velocidad de escritura, aún lejos de lo práctico por muchos órdenes de magnitud.

4. Comunicación (teoría de la información). Alexander Holevo fijó en 1973 el límite de información que puede transportar un flujo de cuantos. Un canal de un vatio en el límite de Holevo podría entregar del orden de 10^17 bits por segundo; los enlaces ópticos actuales entregan aproximadamente una millonésima parte con la misma potencia. Está a unos seis órdenes de magnitud del límite (un factor de un millón) y es el límite que la industria probablemente alcanzará antes. El texto cita que Nvidia y Broadcom ya comercializan interconexiones ópticas integradas junto al silicio, de modo que la señal sale del paquete ya en fotones, y que los ordenadores cuánticos empiezan a usar interconexiones con fotones individuales: ambos mundos convergerían en el régimen de Holevo.

En cuanto a la computación cuántica, el artículo señala que podría acercarse al límite de velocidad si lograra convertir cada grado de libertad de un trozo de materia en un elemento de cómputo fiable, pero hoy ocurre lo contrario: se gastan billones de átomos por cúbit y hacen falta de decenas a miles de cúbits frágiles para formar uno lo bastante fiable.

El texto admite la objeción obvia: una brecha de 35 órdenes de magnitud puede ser un espejismo, como navegar por el horizonte. Reconoce que la lógica reversible, la computación cuántica y el almacenamiento en ADN llevan 40 años «a diez años de distancia», y que probablemente nunca será práctico construir un ordenador que use toda la energía de un trozo de materia. Aun así, defiende que esas brechas son «invitaciones». Hay un techo, fijado por lo que se puede construir (dispositivos fabricables, energía disponible, capital, suelo y agua de refrigeración), y un suelo, fijado por lo que pueden computar, almacenar o transmitir un julio, un segundo y un gramo de materia. Durante el último siglo se avanzó por ambos caminos a la vez; ahora se avanza sobre todo construyendo más, y el techo empieza a verse: una red eléctrica solo transporta cierta cantidad de gigavatios y una región solo puede ceder cierta cantidad de terreno y agua. El artículo se interrumpe aquí, en el inicio de la frase final.

Idea central: acercarse a los límites físicos sirve doblemente, como desarrollo tecnológico y como ciencia fundamental, porque un sistema prototipo que se aproxime a un límite obliga a ceder a paradigmas estancados y a la vez funciona como experimento sobre las propias leyes físicas.