Así es el chip de la GPU de tu tarjeta gráfica por dentro

Escrito por Javier Lopez

Todos conocemos el concepto de GPU como tal, Graphics Processing Unit o unidad de procesamiento gráfico, pero ¿realmente sabemos que hay dentro? ¿de qué tamaños estamos hablando en concreto cuando hablamos de transistores y nanómetros? En este artículo trataremos algo de lo que poco se suele hablar y que seguro despierta nuestra curiosidad, sobre todo en lo referente a los distintos tamaños.

Un viaje que reducirá su tamaño hasta que el microscopio lo permita

Oblea de procesadores

Realmente no nos paramos a pensar en el tamaño de la tecnología que usamos todos los días, en como arena de silicio termina transformándose en un die funcional donde a base de impulsos eléctricos y distintos cambios de estado conseguimos traspasar información por una unidad de tamaño mínimo llamada transistor.

Lo cierto es que el viaje es apasionante desde el momento en el que se emprende, así que antes de comenzar a ser conscientes del tamaño de la tecnología que nos rodea conozcamos a groso modo como se producen.

Ahora que tenemos algo más claro cómo se fabrica un procesador, en este caso una CPU, volquemos esta información hacia el lado de las GPUs, donde se comparten muchas similitudes dado que los materiales usados en su base son iguales.

Partamos de un producto ya acabado como es una NVIDIA GTX 1070 Founders Edition para iniciar el viaje hacia el interior de su corazón, el GP104.

Este es el tamaño real de una GTX 1070, por lo que a partir de aquí solo os mostraremos las fotografías en su tamaño original y no en escala (hasta que se tenga que usar el microscopio), así podremos comprender la “magia” que obran las compañías e ingenieros.

NVIDIA-GTX-1070-Founders-Edition

El PCB de esta GTX 1070 es de sobra conocido pero siempre viene bien recordar su tamaño, sobre todo por seguir con este viaje.

NVIDIA-GTX-1070-PCB

El sustrato y matriz a tamaño real nos introducen directamente en el comienzo real de la miniaturización que vamos a sufrir en un proceso escalonado.

03 GP104-200-A1 (1)

El siguiente paso lógicamente es el silicio en sí, donde veremos los 15 SM a gran escala.

04 GP104-200-A1 Die

A medida que avanzamos en la escala del microscopio hasta los 27 aumentos, ya empezamos a discernir mejor las estructuras.

La siguiente fotografía corresponde a un SM con sus 128 CUDA Cores.

04a GP104-200-A1 Die SM

Para que nos hagamos una idea de la escala a la que vamos a acceder a partir de ahora, hemos creído conveniente representarlo con un vídeo que nos hará entender hacia qué escala de tamaño nos dirigimos y que al mismo tiempo es muy ilustrativo.

En el siguiente paso ya tenemos que introducirnos en los microscopios electrónicos de barrido, donde el salto de aumentos es mucho mayor. En la siguiente foto podemos ver una serie de transistores en 3D, algo realmente difícil de conseguir ya que estamos hablando de 16 nm con FinFET.

05 FinFET layout

La magia se intensifica si podemos ver los transistores desde su sección transversal, ya que incluso discernimos sus contactos y las llamadas gates, así como sus capas superpuestas.

16-nm-FinFET-cross-section

Si acercamos todavía más el microscopio hacia una gate podremos ver un solo transistor en su plenitud, incluso su “zona de grabado” con el sustrato, lo que delimita su conexión con las distintas capas y el interposer.

16nm-FinFET-Trans-4

En un tamaño tan ínfimo con el que hemos visto del die se han conseguido incluir 7.200.000.000 de estos transistores totalmente funcionales, lo cual es de momento la tecnología más avanzada lanzada al mercado hasta que AMD ponga en movimiento sus GPUs de 7 nm (los 14 nm de TSMC no reducen tamaño).

El último paso y el más avanzado que se conoce en cuanto a microscopios se refiere consigue distinguir hasta los átomos de silicio y su disposición en la matriz.

Atomos-transistor-16-nm-FinFET

Aunque no podemos seguir avanzando es posible que muchos os hayáis quedado con ganas de más, así que podemos seguir disfrutando de este maravilloso mundo microscópico con algunos vídeos y fotografías que seguro sacian nuestra curiosidad.

CPU desde fuera hasta dentro

Para finalizar este artículo hemos encontrado unas fotografías bajo microscopio muy interesantes sobre el último chip de NVIDIA, el TU102, que evidencian perfectamente la disposición de su arquitectura.

Imaginad la capacidad de los microscopios de los que disponen NVIDIA, AMD, Intel, TSMC, Samsung, ASML etc …

Quizás todo lo mostrado en este artículo sea simplemente la punta de lanza para la tecnología que ellos poseen actualmente y que guardan totalmente en secreto.

Quizás sean capaces de centrarse directamente en átomos, quizás puedan mirar en su interior para así entender sus propiedades y la de los colindantes.

Recordemos que en 1 nm entran cientos o miles de átomos (dependiendo de su tamaño), lo cual indica la precisión con la que trabajan actualmente las empresas dominantes de la tecnología para construir y diseñar sus productos.

Continúa leyendo
  • El de los Hachazos™

    Muy interesante.

  • Javier, ¿Si sabes cuánto mide un átomo y estás confundiendo gente o de verdad crees que caben miles de átomos en un nanómetro?

    • Javisoft

      Miden pocos picómetros, no hay cifras exactas oficiales, al menos que se sepa. Por ello se especifican miles y no una cifra concreta.

  • jaasiel herbig

    “Recordemos que en 1 nm entran miles y miles de átomos” , ¿sabes que el atomo mas pequeño tiene un diametro dede orbita de 0,25 nm? , no creo que entren muchos miles y miles de atomos en un nm, y eso tomando en cuenta un atomo de hidrógeno.
    No se si hablas desde la falta de conocimiento o si crees que es asi

    • Javisoft

      Eso mismo me pregunto yo.

      http://www.astronoo.com/es/articulos/tamano-de-los-atomos.html

      Podemos sacar tablas de tamaños incluso menores 😉

      • jaasiel herbig

        El artículo que tu citas marca que los atomos tienen un diametro de decimas de nanometros, aun asi no puedes meter miles y miles de atomos en un nm, entran muchos si, pero no tantos.

        • Javisoft

          He leído de todo, desde algunos estudios que cifran el tamaño a picometros o inferiores.

          Como no se sabe a ciencia cierta dejémoslo en un numero indeterminado XD.

      • Javier Flores

        Uhhhh! al ver que la respuesta tenia una fuente… Escuche al narrador de UT 99 soltado un HEADSHOT

        • Javisoft

          Jajajajajajajajajajja

  • Renato Rivera

    Super interesante, alguien sabrá ¿dónde encontrar información desde un punto de vista más químico?, Lo del tamaño si podría cambiarse en mi opinion, incluso una de las imágenes tiene un escala con la leyenda de 5 nm, y no “caben” tantos átomos en ese pequeños espacio, ni siquiera átomos de hidrógeno, mucho menos óxidos de silicio en una cadena estable, pd en cromatografía se puede aplicar una superficie de SiOH de un espesor de un atomo, no dudó que estás companias no puedan hacer lo mismo