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La ley de Moore

Aumentando la capcidad de integración
Imagen personal

La ley de Moore

Cuando unos investigadores de los laboratorios Bell en USA descubrieron el efecto transistor, poco después de finalizar la segunda guerra mundial, (Lo que les valió el Nobel de física en 1957), poco imaginaban la revolución que su invento iba a causar en el mundo industrial.

Todos estamos familiarizados con la idea de conductores y aislantes, porque nos lo inculcaron desde pequeños, pero existen ciertos materiales que son lo uno o lo otro bajo ciertas condiciones, a los que se llaman semiconductores.

El truco estriba en dopar estos materiales con impurezas de tipo que provean iones positivos o negativos y en su uniones aparecen todo una serie de componentes electrónicos a los que nos hemos acostumbrado en nuestra actual vida digital, que van desde transistores, diodos, LEDS, Láseres

La forma de construirlos se parece más a revelar una fotografía sobre un substrato de material semiconductor básico al que se le van aplicando distintas mascaras de dopado y hornos con diferentes dopantes. Si tenéis curiosidad aquí tenéis una descripción del asunto y proceso en cristiano

Como los ingenieros son gente astuta, pronto se dieron cuenta de que del mismo modo que fabricaban un único transistor en una oblea de silicio, podían fabricar varios y unirlos, produciendo circuitos completos, en lugar de componentes discretos y conseguir mejores precios por sus productos (El animo de lucro siempre ha sido el motor de la economía).

De este modo comenzó, la carrera por ver quién podía integrar más componentes en sus microchips que dura hasta nuestros días y una explosión de productos comerciales en chips integrados que nos ofrecen los circuitos más inverosímiles.

L293DEn 1965, Gordon Moore, uno de  los fundadores de Intel, predijo en una conferencia, que el número de transistores integrados en un chip se duplicaría cada dos años, en lo que hoy se conoce como la ley de Moore, y que se ha cumplido con notable precisión en los últimos 40 años.

Los circuitos integrados son un producto comercial, que nos provee con los ladrillos básicos de la revolución digital y cuya forma de construirlos es una maravilla del mundo moderno que asombra a cualquiera que dedique un minuto ver como se hace.

Aquí tenéis un vídeo sobre la forma en que se fabrica físicamente los circuitos Integrados: https://youtu.be/mR50MKFYRrw

La consecuencia de la ley de Moore es que los precios de los componentes se han ido o bien reduciendo a la mitad o bien duplicando su potencia y manteniendo el precio, lo que ha desatado la revolución electrónica que hemos vivido en los últimos decenios.

mrico procesadorAl reducir el tamaño de los componentes, también el tiempo necesario para que la señal recorra los circuitos es la mitad, y por tanto doblamos la velocidad del mismo circuito (Sorprendente ¿No?) y además la mejora de la tecnología ha ido mejorando la frecuencia del reloj de los integrados lo que redunda en otro aumento de velocidad.

En 30 años hemos pasado de PCs basados en microprocesadores de 8,8 MHz, del primer IBM PC a los 3,5 GHz de los últimos Intel I7 de casi 1.300 millones de transistores según la Wikipedia.

Los semiconductores y la capacidad de integrar un número creciente de transistores en los microchips, nos han traído los PCs, los teléfonos Móviles, Internet y aún falta por ver que más, porque es poco probable que la revolución tecnológica vaya a pararse.

Pero… me temo que hay malas noticias. Es poco probable que la ley de Moore vaya a seguir cumpliéndose en los próximos años. ¿Por qué?

En primer lugar porque la tecnología de fabricación de los chips comerciales más avanzados esta ya en 22nm y ya se planea el paso a los 14nm, e IBM, otro de los investigadores activos en el tema, ha anunciado recientemente procesos viables de fabricacion a 7nm, pero hace tiempo que se sabe que no se podrá sobrepasar la escala atómica.

Además a medida que nos acercamos al límite de escala atómica, los efectos cuánticos van cobrando una importancia cada vez mayor con lo que los transistores deben construirse redundantemente, para defendernos de la imprevisibilidad inherente a la mecánica cuántica, lo que se traduce en más transistores pequeños para hacer lo mismo y evitar errores con lo que aunque aumenta su número se reduce su rendimiento. En otras palabras necesitamos mas transistores para hacer lo mismo.

Otro camino de aumentar el rendimiento, seria aumentar la velocidad del reloj, pero también en esto estamos alcanzado una muralla física. A mayor frecuencia, más calor y dado lo pequeño del chip, la capacidad de disipación se convierte en un problema muy serio.

Actualmente los chips más rápidos van a unos 3.5 GHz y probablemente podamos alcanzar los 4Ghz (Con mucha suerte), así que los fabricantes han optado por vendernos soluciones alternativas.

Procesador
Micro procesador

La primera es múltiple procesadores en el mismo chip, intentando convencernos de que 4 procesadores son más rápidos que uno solo, lo que no solo no es cierto sino que resulta bastante falso.

La mayor parte de los procesos informáticos son de naturaleza secuencial por lo que la mayor parte del tiempo los multiformes están parados y solo en un pequeño porcentaje de los casos, resultan útiles.

Graphic processor
Graphic controler

La otra es vendernos procesadores especialistas para tareas concretas, como procesadores específicos y ya podéis ver el movimiento que hay con estas tarjetas y los últimos juegos.

Así que de algún modo, estamos llegando a los límites físicos en los que la capacidad de integración dejara de crecer y tendremos que buscar soluciones alternativas para aumentar la capacidad de nuestros procesadores e integrados en general.

Si la ley de Moore se sigue cumpliendo, será con un cambio profundo en la tecnología de fabricación. Y esto queridos amigos es algo que será tema para otro comentario

 

logoprometec

 

 

(1) Comment

  • Interesante artículo. Ignacio Cirac, Director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica ya tiene prototipos de ordenadores cuántico. Y Google quiere estar en el pastel.

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