Intel, AMD, ARM e IBM, ¿cómo aumentarán el rendimiento de sus CPUs?

Intel, AMD, ARM e IBM, ¿cómo aumentarán el rendimiento de sus CPUs?

Javier López

Estamos viviendo una época de cambios, de nuevas tecnologías y sobre todo de nuevos procesadores que están consiguiendo aumentar la potencia por cada chip. Pero esto es solo el principio del camino, los planes que tienen AMD, Intel, ARM e IBM van más allá de lo que podamos pensar en un principio, así que, ¿cómo piensan aumentar el rendimiento en el futuro inmediato?

En este artículo vamos a hacer un repaso a las técnicas, tanto aquellas que son por ahora solo potenciales como las que ya están en desarrollo, que utilizarán los cuatro principales fabricantes de procesadores del panorama mundial para lograr seguir aumentando su rendimiento, y por supuesto su eficiencia.

Las técnicas especulativas ya no son suficiente, hay que buscar un nuevo camino

D-Wave-2000Q-1

Las empresas y usuarios estamos demandando constantemente nuevos productos que aumenten la potencia en mayor medida al producto que ya tenemos en nuestro poder.

Aunque el mercado de escritorio está mejor repartido en cuanto a necesidades/productos, el mercado de servidores y centros de datos es un continuo hervidero de sistemas que ven cómo la potencia a cada año es insuficiente.

Las soluciones actuales no son suficientes, ya que la demanda es mucho mayor a la oferta y a las tecnologías aplicadas a cada generación. La situación es tan curiosa que las tres grandes factorías de chips viven un paradigma muy parecido, y todas tienen más o menos claro que el camino no pasa solamente por aumentar frecuencia y número de núcleos.

Esto va a pasar a la historia, y en breve miraremos hacia atrás y lo que hoy tenemos será arcaico a nuestros ojos. El primer paso lo dio AMD con su arquitectura Zen, y le van a seguir Intel, IBM y ARM, seguramente en ese orden.

Hotchips2

Como hemos dicho, el primer paso para los cuatro grandes será el uso de chiplets en mayor o menor medida, con IPs totalmente distintos, pero que tienen otro punto en común en todos los casos: un bus de interconexión muy rápido. AMD tiene Infinity Fabric, Intel tiene EMIB, ARM está trabajando actualmente en un nuevo bus, mientras que IBM sigue un camino en este aspecto algo distinto y por ahora nada concreto.

Al mismo tiempo, de los cuatro grandes, tres están dentro del nuevo consorcio para CXL (Compute Express Link), falta IBM que es posible que nunca se una por pura política interna.

Los aceleradores especializados y la realidad virtual tendrán un papel fundamental

Procesadores gráficos Intel-Stratix-10-DX-2

Los procesadores, de momento, no van a ser suficiente para la gran cantidad de datos que se tienen que trabajar en un futuro muy próximo, por lo tanto, aumentar la capacidad de los procesadores de momento no es una solución al problema de la necesidad de mayor capacidad de cómputo.

Para compensar, tanto AMD, como Intel y NVIDIA trabajan en lo que se conoce como aceleradores personalizados, es decir, dispositivos que logran conectarse con el procesador a través de una memoria coherente que hace de intercambiador en tiempo real de información.

Procesadores gráfiicos NVIDIA-TeslaAMD tiene su gama Instinct con su MI60, Intel tiene su recién estrenado Stratix 10 DX y NVIDIA tiene sus Tesla V100, todos los sistemas orientados a acelerar diversas tareas, desde Deep Learning, hasta IA o datos lógicos, donde su potencial se está expandiendo y dejado a los procesadores como meros recopiladores de información y transmisión.

Las velocidades de reloj están llegando a otro muro que no sabemos si estos cuatro gigantes podrán derribar, por lo tanto, el camino a seguir es que cada ciclo de reloj sea más y más eficiente a cada salto de arquitectura. En el futuro todo se desarrollará mediante CCIX y CXL, al menos en servidores y centros de datos, donde se necesita toda la velocidad disponible.

El futuro para los procesadores de AMD, Intel, ARM e IBM es el apilamiento 3D

Procesadores Intel-Lakefield-04

Debemos tener claro que nos acercamos peligrosamente hacia el fin de la miniaturización de los transistores, donde, o se descubre una nueva técnica que cambie el mundo de los microchips, o en apenas 20-25 años habremos tocado techo tecnológico.

Esto supone que una vez que esto ocurra, la colocación de los transistores y núcleos se debería expandir horizontalmente en el PCB, logrando chips de mayor tamaño hasta un punto que sería inviable. Por ello, el camino no solo pasa por colocaciones horizontales, sino verticales.

Intel ya está trabajando en ello con Foveros, AMD y TSMC llevan un par de años puliendo CoWoS, ARM ni siquiera a comenzado e IBM depura su tecnología VLSI.

procesadores amd-iedm-2017-full-3d-stack

Por lo tanto, la única forma actual de hacer crecer el rendimiento de un procesador pasará por «copiar» el proceso realizado con las NAND Flash, donde diferentes capas alberguen cada vez más número de transistores y además se permita el uso de varios tipos de procesadores, o IPs de diversa índole, como memorias HBM en el encapsulado.

La clave y el presumible futuro éxito depende del equilibrio de la integración de todos estos componentes, donde la flexibilidad para hacer cambios puede ser el detonante de una nueva guerra por el rendimiento o la capacidad de cada chip.

En cualquier caso, el futuro más lejano debería ser cuántico, ya que es una tecnología que, aunque todavía verde y en continua expansión, será el camino a seguir si queremos seguir avanzando en este sector. No obstante tampoco pongáis demasiadas esperanzas en este ámbito, porque incluso los expertos más optimistas sitúan este futuro dentro de como mínimo un siglo, así que no es algo que nuestra generación vaya a poder vivir.