Cuando hablamos de procesadores (y GPU), la conocida como Ley de Moore es un término recurrente a la hora de hablar, especialmente, de litografías. Pero, ¿sabes en qué consiste y por qué es tan importante cuando hablamos de hardware? Te lo explicamos a continuación, para que conozcas en qué contexto suelen utilizarse las premisas de las que parte.
La Ley de Moore fue desarrollada por el ingeniero Gordon Moore en 1965, cuando era director de los laboratorios Fairchild Semiconductor (aunque como sabréis, posteriormente fue el cofundador de Intel). Esta compañía se caracterizó por, en los años 80, lanzar al mercado toda una gama de consolas (Channel F, por ejemplo) y microordenadores personales que no llegaron a triunfar como en el caso del de otras marcas del mercado americano (Commodore, Apple, Atari, etc.), pero que sirvió de semillero para nutrir en los años siguientes de profesionales formados en sus oficinas a otras tecnológicas que crecieron al calor de la revolución informática de aquellos tiempos (hasta 92 firmas cotizadas del NASDAQ han contado con alguna conexión con profesionales de esta compañía).
Además, esta ley es una de las más nombradas cuando se trata de hablar del futuro, de lo que nos espera de cara a las siguientes generaciones de procesadores, al rendimiento de los equipos que tendremos en los siguientes años y, sobre todo, de vaticinar cuáles serán sus capacidades respecto de lo que tenemos ahora o hemos tenido en otros tiempos. Así que nunca está de más conocer el origen de eso que nos desveló Moore hace ahora casi 60 años.
¿Qué nos dice la Ley de Moore?
Gordon Moore fue el primero en observar una tendencia en los primeros días de la microelectrónica que definiría la estrategia a seguir por todos los fabricantes de la industria en cuanto a la cadencia de integración de transistores en los circuitos integrados. Y esa evolución ha sido determinante para llegar hasta el momento actual y, sobre todo, planificar los siguientes movimientos que se producirán dentro del mercado de la informática.
Inicialmente, el enunciado afirmaba que «el número de transistores por unidad de superficie en circuitos integrados se duplicará cada año«, aunque unos cuantos más tarde, en 1975, modificó su propia ley para aumentar esta cadencia a cada dos años. Equivocadamente, mucha gente cree que este periodo es de 18 meses debido a que el ejecutivo de Intel, David House, hizo tal afirmación, pero hay que tener en cuenta que ese dato no forma parte de la Ley de Moore.
Vamos a poner este enunciado en perspectiva. Digamos que la superficie del circuito integrado es de un centímetro cuadrado (es un ejemplo). Si hoy en esa superficie caben 1.000 transistores, según la Ley de Moore dentro de dos años deberíamos ser capaces de integrar 2.000 en la misma superficie, y dentro de cuatro años deberíamos poder meter 4.000 y así sucesivamente, duplicando la cantidad cada dos años.
Para poneros en perspectiva, este maravilloso vídeo realizado por DataGrapha nos muestra cómo ha ido creciendo la Ley de Moore desde su enunciado hasta el día de hoy, y cómo han ido evolucionando los lanzamientos de procesadores en consonancia. Durante muchos momentos no se ha cumplido con esta ley, y sin embargo en otros la evolución tecnológica ha permitido incluso superarla.
La Ley de Moore es sobre la densidad, no la potencia
Se ha de tener en cuenta que la Ley de Moore no habla de la potencia de los procesadores, la cual depende de su arquitectura y por tanto de su organización interna y cómo se organicen los transistores para crear sus diferentes elementos. La Ley de Moore por tanto solo nos indica la cantidad de transistores que podemos colocar en un área determinada y que, por regla general, es obvio que podría tener un impacto en otras cuestiones, pero no necesariamente se refiere a ellas.
Esto lo decimos porque el avance en cuanto a potencia de una generación a otra en las CPU es cada vez más lenta y se ha acabado repitiendo el mantra de que la Ley de Moore ha llegado a su fin o está llegando a su fin. ¿Qué ocurre? Pues que el público confunde el escalado de Dennard, que sí que habla del aumento del rendimiento, con la Ley de Moore. Mientras la segunda sigue viva sin problemas, la primera quedó completamente desfasada desde la llegada a los 65 nm y, desde entonces, los procesadores han escalado de diferente manera y con otras normas.
Lo que sí que resulta un cuello de botella es que cada vez es más caro crear nuevos chips y, como si fuese un siniestro «juego de la silla», la cantidad de fabricantes que pueden fabricar chips con los nodos más avanzados son cada vez menos. Es por ello que se están desglosando los procesadores en varias unidades distintas en las que algunas se puedan fabricar en nodos menos avanzados. Los cuales son mucho más baratos y es que para ciertas partes de una CPU no hacen falta un nodo tan avanzado, en especial las interfaces casi externas de E/S.
¿Por qué importa para el hardware?
Lógicamente, para que esto sea posible es necesario reducir el tamaño de los transistores ya que, de lo contrario, no podríamos meter el doble de cantidad donde no hay espacio para hacerlo ya que, recordemos, la ley sostiene que la superficie es siempre la misma (aunque en realidad no tiene por qué, es una relación de cantidad de transistores por unidad de superficie). Para ser concretos, la unidad de medida es MTr/mm2 o millones de transistores por milímetro cuadrado.
Esta unidad es la que se usa en la actualidad y seguramente en el futuro, ya que hasta llegar al átomo todavía nos quedan décadas, debido principalmente al hecho de que cuanto más nos acercamos más complicado se vuelve incluir más transistores en 1 mm2. Aunque no seamos capaces de verlo ni percibirlo, cuando el camino es hacia abajo, hacia lo mínimo, existe un límite físico que tarde o temprano se alcanzará, pero que de momento está todavía muy lejos de conseguirse.
Y por este motivo entra en juego la litografía, algo de lo que se habla también muchísimo cuando el tema son los procesadores. Una menor litografía significa que los transistores son más pequeños, por lo que podemos incorporar una mayor cantidad en el mismo espacio o, en otras palabras, el mismo número de transistores ocuparían menos espacio que los de generaciones anteriores.
El proceso de fabricación o litografía se mide en nanómetros (para poneros en perspectiva de lo pequeño que es esto, un nanómetro son 10-7 centímetros, o lo que es lo mismo, 0,0000001 centímetros), y es precisamente el tamaño de los transistores. Así pues, un proceso de 14 nm significa en teoría que cada transistor mide 14 x 10-7 centímetros, o 0,0000014 cm.
Esto significa que, teóricamente, en el proceso de 7 nm se puede meter literalmente el doble de transistores que con el proceso de 14 nm en el mismo espacio. Poder meter un mayor número de transistores en el mismo espacio repercute en el rendimiento y en la eficiencia energética, así que tener una litografía menor implica que el procesador será más potente y más eficiente.
La realidad es que la nomenclatura en nanómetros desde hace años que no se corresponde con la realidad y se trata más bien de una maniobra de marketing que nos sirve para saber si un nodo es mejor que otro. Y realmente no existe un consenso claro entre los diferentes fabricantes de chips sobre lo que significan cada uno de sus nanómetros. Por lo que todo se resume a números imprecisos y pese a que ha habido varios intentos para poner orden.
Por el momento cada una sigue un camino con su nomenclatura propia a X nanómetros así que aunque veas este dato al lado de las características de un procesador –por ejemplo– no le des demasiada relevancia: podría no tener mucha importancia comparado con lo mismo que afirma otro fabricante.
Con lo que sí tienes que quedarte es con la trascendencia de la Ley de Moore y lo mucho que ha influido en la forma de comprender y percibir la industria de la informática desde hace prácticamente seis décadas. Momento en el que ya comenzaron a sonar os primeros tambores de guerra de la revolución que nos ha tocado vivir a todos desde entonces.
La carrera por ofrecer los procesos litográficos más densos posibles
Como bien hemos explicado, el proceso litográfico es uno de los aspectos más importantes que podemos encontrar actualmente en el hardware, y es que los avances que podemos encontrar son los que permiten a las compañías que fabrican componentes para PC avanzar en términos de potencia y rendimiento. Es por ello que las principales compañías que se dedican a desarrollar estos procesos para semiconductores se encuentran en una carrera constante por tratar de llegar a ofrecer el más avanzado posible, es decir, el que mayor densidad incorpore será mejor ya que permite tener una mayor potencia.
Aunque el dato no sea exactamente lo que nos indica, si que podemos encontrar la diferencia entre los diversos procesos que tiene cada compañía, siendo este el principal motivo por el que TSMC se ha convertido en una de las empresas más importantes a nivel mundial, ya que ofrecen los nodos más avanzados. Esto les ha llevado a tener una gran cantidad de socios extremadamente importantes como pueden ser AMD, Apple e Intel, tres de los fabricantes más importantes de chips que podemos encontrar a nivel mundial y que utilizan procesos personalizados de la compañía taiwanesa.
Este monopolio es el principal motivo por el que otras compañías que cuentan con fábricas que desarrollan procesos para estos semiconductores quieren tratar de ofrecer un nodo mucho más avanzado en un tiempo menor del que lo fabricaría la marca procedente de Taiwán. De esta forma, Samsung e Intel son los principales competidores que indicaron que podrían llegar a tener el proceso más avanzado mucho antes de lo que le costaría a TSMC, aunque todavía nos queda conocer si esto realmente será así o si simplemente es una estrategia de marketing para tratar de conseguir el máximo número de clientes posibles.
