Intel fue fundada en 1968 por muchos de los pioneros más influyentes de la industria de los semiconductores en ese momento, incluidos Robert Noyce y Gordon Moore. Moore predijo que la cantidad de transistores en un circuito integrado se duplicaría aproximadamente cada 18 a 24 meses (Ley de Moore). Otras capacidades de los dispositivos digitales, al menos en términos de costo por megabyte/gigabyte, están estrechamente relacionadas con la Ley de Moore, como el crecimiento exponencial del tamaño de los discos duros.
Intel fue fundada en 1968 por muchos de los pioneros más influyentes de la industria de los semiconductores en ese momento, incluidos Robert Noyce y Gordon Moore. Desde entonces, según la predicción de Gordon Moore de 1965 (ahora conocida como la Ley de Moore), la empresa experimentó aumentos exponenciales de la productividad a medida que mejoraban los procesos y se reducían los tamaños de los troqueles. Moore predijo que la cantidad de transistores en un circuito integrado se duplicaría aproximadamente cada 18 a 24 meses. Otras capacidades de los dispositivos digitales, al menos en términos de costo por megabyte/gigabyte, están estrechamente relacionadas con la Ley de Moore, como el crecimiento exponencial del tamaño de los discos duros. Los cambios en los procesos y materiales con cada generación han facilitado la reducción del tamaño de los dispositivos individuales y el aumento de los rendimientos. Lo notable de la industria de los procesadores de consumo es que, si bien la cantidad de núcleos ha aumentado en comparación con las últimas décadas, los chips tienen aproximadamente la misma velocidad. Algunos en Intel temen que los días de la Ley de Moore hayan terminado y que el rendimiento esté comenzando a estancarse. En este artículo, analizaremos lo que predijo la Ley de Moore, lo que impide que los procesadores tradicionales crezcan al mismo ritmo y lo que puede hacer para que su negocio de PC doméstico siga creciendo al mismo ritmo que antes. . .
Ley de Moore y el negocio de Intel
En 1968, Moore y Noyce, junto con los otros fundadores de Intel, vieron el potencial del incipiente campo de los circuitos integrados. A lo largo de los años, Intel ha podido comercializar sus dispositivos de próxima generación como significativamente más rápidos que sus predecesores, y ha habido una demanda de computadoras más rápidas que puedan satisfacer eso. Las oficinas, las plantas de fabricación, las universidades e incluso los usuarios domésticos se han beneficiado del rendimiento mejorado del procesador, e Intel ha obtenido enormes ganancias durante décadas. Más transistores por dado significa que se pueden realizar más operaciones, lo que permite que las computadoras se hagan cargo de cálculos más complejos, lo que hace que las organizaciones confíen más que nunca en la tecnología proporcionada por Intel. La Figura 1 a continuación muestra el efecto de la Ley de Moore. La línea de productos de Intel está marcada como próxima a la línea.
Intel comenzó a investigar arquitecturas de doble núcleo en su línea de procesadores de consumo en 2005, comenzando principalmente con el Pentium D. Si el software fue creado especialmente para aprovecharlo. Durante los últimos 7 u 8 años, Intel se ha centrado principalmente en lanzar procesadores multinúcleo, ya que los problemas de consumo de energía han estancado las velocidades de reloj de los núcleos individuales.
Cuestiones de tendencia de la Ley de Moore
Como se muestra en la Figura 1, se prevé que la sorprendente precisión de los procesadores de Intel que siguen la Ley de Moore llegará a su fin pronto. En una entrevista de 2005, el propio Gordon Moore estuvo de acuerdo y afirmó que las longitudes de las puertas de los transistores no se podían reducir más. Este es uno de los factores limitantes que enfrentan los transistores. (?) Parte de la Ley de Moore es que el tamaño de los transistores individuales se reduce con los años, lo que lleva a más transistores en el mismo dado. A partir de abril de 2013, Intel fabrica chips con longitudes de compuerta de solo 22 nanómetros. Esta es una hazaña increíble considerando que las longitudes de puerta en 2005 eran de alrededor de 90 nm. Pero como dijo Moore en una entrevista, hay un límite fundamental en lo pequeñas que pueden ser estas cosas, y ese límite se está acercando. El tamaño promedio del átomo utilizado en la fabricación es de aproximadamente 0,2 nanómetros, y se requiere una cierta cantidad de transistores para que funcione un transistor. Además, a medida que las longitudes de las puertas se acortan cada vez más, la corriente de fuga, o la corriente de los electrones que pasan estocásticamente a través de las capas dieléctricas de los FET y causan errores, se convierte en un problema importante por motivos de potencia y error.
El calor también se ha convertido en un problema importante durante la última década, lo que eventualmente obligó a Intel a cambiar a procesadores de múltiples núcleos. Para abordar el problema del calor disipado por los procesadores en el pasado, los fabricantes de chips simplemente reducían la polarización del voltaje aplicado a sus dispositivos. Sin embargo, esto choca con otra limitación fundamental ya que el dispositivo requiere un voltaje del orden de 0,8 V a 1,3 V para mantener la polarización correcta. Si la cantidad de voltaje aplicado se estanca y la cantidad de procesadores continúa creciendo, en aproximadamente cinco años un microprocesador típico puede requerir más enfriamiento que una planta de energía nuclear de 1 gigavatio. Lanzar estos transistores adicionales en un chip no necesariamente aumenta la potencia de procesamiento de un sistema multinúcleo de forma lineal. Especialmente si el software no está optimizado para aprovechar múltiples núcleos. Colocar más CPU en la matriz presenta otros problemas, como demoras en los cables y resistencia, cuando cada procesador se comunica entre sí. Estas interconexiones pueden tener un impacto significativo en la velocidad y la eficiencia energética.
Una posible solución a la difícil situación de la industria de los semiconductores
Hay varias formas en que las empresas pueden aprovechar la Ley de Moore y mantener la rentabilidad de Intel, pero la mayoría de ellas, como vemos hoy, requerirán una importante remodelación de los laboratorios de fabricación. Ray Kurzweil, un futurista popular conocido por sus teorías sobre las singularidades tecnológicas, especula que la investigación podría conducir a dispositivos que utilicen técnicas ópticas, cuánticas o biológicas. Él predice que una tecnología como esta mantendrá viva la Ley de Moore hasta bien entrada la década.
El grafeno y otras estructuras de nanotubos de carbono son materiales asombrosos con aplicaciones en casi todos los campos científicos en la actualidad. IBM se centró en los nanotubos de carbono para sus futuros transistores y anunció en octubre pasado que había construido un procesador con 10.000 transistores de nanotubos de carbono. El dispositivo utiliza un tubo enrollado de moléculas de carbono que puede conducir la electricidad mejor que el silicio y puede escalar mucho más indefinidamente. En la Figura 2 se muestra un esquema de un transistor de efecto de campo de nanotubos de carbono (CNFET) de muestra.
Los nanotubos de carbono ciertamente tienen sus desventajas, pero son similares a las que enfrentó la industria de los semiconductores en el pasado. Los nanotubos de carbono deben ser muy puros, lo que actualmente es difícil. Además, son muy volubles y difíciles de trabajar, lo que requiere ajustes increíblemente precisos para funcionar.
Importancia de la ley de Moore para la industria
En última instancia, los procesadores de computadora sobrevivirán independientemente de las limitaciones físicas que vemos hoy. En lugar de ser una ley de la naturaleza en sí misma, la Ley de Moore puede haberse convertido en un objetivo profético y autocumplido para los fabricantes de chips en las últimas décadas. Otros físicos famosos como Gordon Moore y Michio Kaku han predicho durante mucho tiempo el final de ese reinado, pero nadie sabe cuándo será, algunos dicen que dentro de los próximos 10 años. Mientras tanto, se pueden mejorar otras técnicas. El silicio era demasiado puro para ser utilizado en microprocesadores, pero el silicio de grado industrial es ahora el material más puro que puede producir la humanidad. La tecnología de procesamiento siempre puede mejorar con más investigación, y es seguro que la industria de procesadores de computadora seguirá existiendo.