Un grupo de científicos de la Universidad de Cornell ha desarrollado el primer microchip del mundo que utiliza microondas en lugar de circuitos digitales convencionales para realizar operaciones. Este avance, descrito en la revista Nature Electronics, ha permitido crear una red neuronal de microondas completamente funcional (MNN, por sus siglas en inglés) integrada en un solo chip. El nuevo procesador es capaz de trabajar con datos a frecuencias de decenas de gigahercios, superando ampliamente la velocidad de las CPUs domésticas, y consume apenas 0,2 vatios de potencia. Con aplicaciones que van desde la inteligencia artificial hasta las comunicaciones inalámbricas de nueva generación, el chip promete reducir el consumo energético y aumentar la velocidad de procesamiento en entornos donde cada milisegundo y cada milivatio cuentan.

Microondas y redes neuronales: una combinación inesperada

La investigación, liderada por el doctorando Bal Govind en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Computación de Cornell, presenta un concepto radicalmente distinto al de los chips digitales actuales. En lugar de depender de transistores y voltajes binarios, este procesador opera en el dominio analógico mediante ondas de microondas. Dichas ondas se propagan a través de guías de onda ajustables que actúan como nodos interconectados, simulando el comportamiento de una red neuronal.

Cada nodo responde a diferentes frecuencias, formando un patrón en “peine de frecuencias” (frequency comb) que permite medir, clasificar y procesar señales con precisión. Este patrón funciona como una regla espectral que segmenta las distintas componentes de una señal compleja. Gracias a este sistema, el chip puede detectar patrones en datos de alta velocidad, reconocer secuencias binarias y resolver operaciones lógicas simples con una precisión del 88 %, según los resultados experimentales.

A diferencia de los procesadores digitales, que necesitan circuitos adicionales para la corrección de errores y el control de flujo, el enfoque probabilístico del chip de microondas permite mantener la exactitud sin sobrecargar el sistema. Como explicó la profesora Alyssa Apsel, coautora del estudio y directora de la Escuela de Ingeniería de Cornell, “Bal eliminó gran parte del diseño de circuito convencional y creó algo que se comporta más como un flujo controlado de frecuencias que como una red lógica rígida”.

Estos resultados se detallan en el artículo de Live Science titulado “Scientists create world’s first microwave-powered computer chip — it’s much faster and consumes less power than conventional CPUs”.

Una arquitectura basada en frecuencias, no en bits

En los procesadores digitales tradicionales, los datos se representan mediante combinaciones discretas de ceros y unos. Sin embargo, el chip de microondas de Cornell funciona en el rango analógico, donde las señales se codifican directamente en las amplitudes y fases de ondas electromagnéticas. Este diseño le permite procesar información a velocidades superiores a 20 gigahercios, es decir, más de 20.000 millones de operaciones por segundo, frente a los 2,5-4 GHz de una CPU doméstica moderna.

El corazón del chip es su red neuronal de microondas (MNN), capaz de procesar componentes espectrales individuales dentro de una señal de entrada amplia. En lugar de convertir constantemente las señales entre dominios analógico y digital, el MNN manipula directamente los datos electromagnéticos. Esto reduce la latencia y evita la pérdida de energía que normalmente se produce en las etapas de conversión.

Desde el punto de vista técnico, las microondas utilizadas se encuentran en el rango de 1 a 100 GHz del espectro electromagnético, lo que permite una gran capacidad de transmisión de información. El chip logra aprovechar este ancho de banda de manera continua, algo inviable en la electrónica binaria convencional.

El resultado es una plataforma que combina la adaptabilidad de las redes neuronales con la velocidad de la física electromagnética. Tal como señala el propio Govind, “es capaz de distorsionar de forma programable una amplia gama de frecuencias al instante, lo que le permite reutilizarse para múltiples tareas de computación sin necesidad de rediseñar el hardware”.

Un rendimiento sobresaliente con un consumo mínimo

Uno de los aspectos más llamativos del chip es su bajísimo consumo energético. Las mediciones muestran que utiliza menos de 200 milivatios (0,2 W) durante el funcionamiento, equivalente a la potencia de transmisión de un teléfono móvil. En contraste, la mayoría de procesadores convencionales necesitan entre 65 y 95 vatios para tareas comparables.

Este ahorro energético no solo mejora la eficiencia, sino que también amplía las posibilidades de integración en dispositivos portátiles, sensores inteligentes o sistemas de inteligencia artificial en el borde (edge AI). En estos entornos, reducir la dependencia de la nube o de servidores centralizados disminuye la latencia y mejora la privacidad de los datos.

En pruebas experimentales, el chip fue capaz de clasificar señales inalámbricas y reconocer patrones de alta velocidad con gran fiabilidad. Los investigadores lo sometieron a una serie de desafíos de clasificación espectral, demostrando que podía realizar tareas típicamente digitales —como la identificación de secuencias binarias o la detección de anomalías— directamente sobre las señales analógicas entrantes, sin conversión intermedia.

Hacia una inteligencia artificial analógica

El nuevo procesador de microondas se inscribe dentro de un movimiento creciente hacia la computación analógica y los sistemas neuromórficos, que buscan imitar los mecanismos de procesamiento del cerebro humano. En lugar de operar con instrucciones discretas y secuenciales, estos sistemas aprenden y se adaptan a los patrones de entrada.

La arquitectura del MNN utiliza “nodos electromagnéticos” interconectados dentro de guías de onda reconfigurables. Cada nodo actúa como un “neurón” que modula la amplitud y fase de las microondas. El resultado es un chip que aprende de los datos sin depender exclusivamente de algoritmos digitales.

Este enfoque permite una gran flexibilidad. Las ondas pueden interferir de forma constructiva o destructiva, ajustando automáticamente los pesos de la red sin necesidad de costosas operaciones matemáticas. En la práctica, esto significa que el chip puede adaptarse a nuevas condiciones de entrada con una rapidez similar a la de una red neuronal artificial entrenada en GPU, pero sin el gasto energético ni la latencia de transferencia entre memoria y procesador.

Investigaciones paralelas, como las de Microsoft sobre computación óptica inspirada en tecnología de hace 80 años, apuntan a que las ondas —ya sean ópticas o de microondas— representan una vía prometedora para acelerar el procesamiento de inteligencia artificial, como se describe en este artículo de Live Science sobre el ordenador de luz de Microsoft.

Aplicaciones potenciales y retos de implementación

Las aplicaciones inmediatas de este chip de microondas abarcan múltiples sectores. En comunicaciones inalámbricas, podría integrarse en sistemas 6G para el procesamiento directo de señales en tiempo real, sin necesidad de conversiones digitales. En radar de alta resolución, las microondas permitirían detectar patrones y reflejos con precisión milimétrica, mejorando los sistemas de visión en vehículos autónomos.

Asimismo, su bajo consumo y tamaño reducido lo convierten en un candidato ideal para tecnología portátil y dispositivos biomédicos implantables, donde la disipación térmica debe mantenerse al mínimo. El equipo de Cornell señala que un chip de este tipo podría incluso integrarse en sistemas de control de prótesis o en sensores neuronales, procesando señales biológicas de alta frecuencia directamente en el dispositivo.

Sin embargo, la miniaturización del diseño sigue siendo un reto. Los investigadores trabajan ahora en reducir el número de guías de onda para simplificar la arquitectura. Una versión más compacta podría generar combinaciones espectrales más ricas, optimizando el entrenamiento interno del chip y mejorando su capacidad de aprendizaje autónomo.

La integración industrial tampoco será inmediata. Los procesos de fabricación CMOS convencionales están diseñados para transistores, no para estructuras electromagnéticas tridimensionales. Adaptar estas técnicas requerirá nuevos métodos litográficos y materiales con propiedades dieléctricas estables en el rango de las microondas.

Comparativa técnica y proyección futura

Desde un punto de vista cuantitativo, el chip de microondas de Cornell opera con una frecuencia efectiva de cálculo entre 20 y 30 GHz, mientras que un Intel Core i7-13700K alcanza alrededor de 5,4 GHz en modo turbo. Aunque el número de operaciones por ciclo sea menor en el nuevo diseño, la velocidad de propagación analógica y el paralelismo espectral compensan esa diferencia, ofreciendo una densidad de cómputo por vatio hasta 300 veces superior.

En términos energéticos, un procesador doméstico típico tiene una eficiencia cercana a los 0,05 gigaoperaciones por vatio (GOPS/W), mientras que el chip de microondas se aproxima a los 100 GOPS/W en pruebas controladas. Esta mejora lo sitúa entre los sistemas más eficientes jamás registrados, superando incluso a algunos aceleradores neuromórficos desarrollados por IBM o Intel.

Si logra escalarse a niveles de producción masiva, su aplicación en computación perimetral (edge computing) podría transformar el equilibrio entre procesamiento local y remoto. Los dispositivos inteligentes dejarían de depender tanto de la nube, lo que reduciría el consumo global de energía y mejoraría la privacidad de los usuarios.

El profesor Apsel resumió el espíritu del proyecto: “Este chip no busca reemplazar los procesadores digitales, sino ofrecer una alternativa más rápida, más limpia y más adaptable en escenarios donde la eficiencia importa más que la precisión absoluta”.

Una explicación más técnica sobre su funcionamiento interno puede consultarse en el estudio original publicado en Nature Electronics, disponible aquí.

Conclusión: hacia una nueva era de la informática electromagnética

El chip cerebral de microondas desarrollado en Cornell marca un cambio de paradigma en el diseño de hardware. Con su capacidad para procesar información en el dominio analógico a velocidades superiores a los 20 GHz y con un consumo de apenas 0,2 W, este dispositivo representa una vía viable hacia sistemas de computación más sostenibles y eficientes.

Aunque aún se encuentra en fase experimental, su potencial es evidente. Los investigadores prevén que futuras generaciones del chip integren redes de peines de frecuencia interconectados, capaces de realizar cálculos complejos en paralelo y con capacidad de autoaprendizaje. En ese escenario, la línea entre la electrónica y la fotónica se volverá cada vez más difusa, y los chips dejarán de ser simples herramientas de cálculo para convertirse en verdaderos sistemas adaptativos basados en ondas.

En palabras del propio Govind, “las microondas no son solo para calentar comida o transmitir señales; también pueden pensar”.