Si la litografía se reduce, ¿por qué las CPUs no son más pequeñas?

Si la litografía se reduce, ¿por qué las CPUs no son más pequeñas?

Rodrigo Alonso

Durante las generaciones de procesadores de los últimos años y con la salvedad de los Threadripper de AMD, todos los procesadores tienen prácticamente el mismo tamaño, casi invariable salvo en algunos milímetros. Si los nodos de fabricación cada vez son más pequeños, ¿por qué no se reduce también el tamaño de los procesadores? En este artículo os vamos a explicar por qué los procesadores tienen el tamaño que tienen, ni más grandes ni más pequeños, así como las excepciones que hay.

Como sabéis, los procesadores también conocidos como CPU son como el «cerebro» de un PC. Toda la información que se ejecuta y procesa pasa por sus millones de transistores escondidos bajo el die, y como cada vez los nodos de fabricación logran hacer estos transistores más pequeños, es normal pensar que también podrían reducir el tamaño de los procesadores, y sin embargo no es así.

El tamaño de los procesadores, ¿por qué es como es?

Tomemos como ejemplo un procesador Intel Core i7-2700K de arquitectura Sandy Bridge, lanzado en 2011 bajo una litografía de 32 nanómetros. Este procesador tiene un tamaño de 37.5 mm x 37.5 mm. Si lo comparamos con un Core i7-10700K de arquitectura Comet Lake, tenemos que está fabricado a 14 nanómetros y sin embargo el tamaño es de 37.5 mm x 37.5 mm, exactamente igual que el procesador ocho generaciones anterior.

Intel-CPU-fake

El contar con una litografía sustancialmente inferior (14 vs 32 nanómetros) debería permitir al fabricante hacer el procesador mucho más pequeño, lo cual le proporcionaría una serie de ventajas como:

  • Menor latencia entre los componentes internos. Cuando un chip es demasiado grande, el retardo de la velocidad de la luz / resistencia pueden causar problemas de sincronización que aumentan la latencia.
  • Más baratos de fabricar, al utilizar una menor cantidad de materias primas en ello.
  • Mayor rendimiento por oblea. En general, las obleas tienen un número fijo de defectos. Cuantos más procesadores se puedan sacar por oblea, más rentable sale su fabricación porque de una misma oblea sacas más procesadores. Por ejemplo, si de una oblea sacas 10 procesadores, que 5 salgan mal es algo catastrófico, pero si de una sola oblea sacas 500 procesadores, que 5 salgan defectuosos tampoco es tan grave.

Tamaño Oblea procesadores

Entonces, si fabricar procesadores más pequeños aporta tantas ventajas, ¿por qué siguen haciéndolos del mismo tamaño?

Como bien sabéis, cada vez que utilizan una nueva litografía de procesadores, que siempre va hacia abajo (es decir, los transistores son más pequeños), se incrementa notablemente la densidad de transistores. Siguiendo el ejemplo de antes, un Core i7-2700K tiene 1.160 millones de transistores en su interior, mientras que cuando hablamos del Core i7-10700K, a pesar de que el número exacto es desconocido, debe rondar los 3.800 millones de transistores (más o menos como un Ryzen 3700X).

Este incremento en la densidad de los transistores contenidos dentro del die del procesador permiten elevar muchísimo su IPC, rendimiento bruto, número de núcleos físicos y su eficiencia (rendimiento por vatio consumido). En otras palabras, el primer motivo por el que los procesadores no ven su tamaño reducido en las nuevas generaciones es porque la reducción de la litografía se aprovecha para mejorar su desempeño.

El segundo motivo es por temas de fabricación; Intel y AMD ya tienen en sus fábricas los «moldes» de un tamaño determinado, y mantener el mismo tamaño de procesador les permite aprovechar una gran parte de lo que ya tienen en el proceso de fabricación, como el PCB o el IHS sin ir más lejos, por mucho que el die sí que cambie internamente.

Altura die 10900k

Este segundo motivo para mantener el tamaño se extiende a dos razones adicionales: el tamaño del socket de las placas base, y el tamaño de los disipadores. Si cada nueva generación se cambiara sustancialmente el tamaño del procesador (hablamos de un cambio sustancial, no de un par de milímetros como ya ha sucedido varias veces) los fabricantes de las placas base podrían verse en problemas para adaptar los sockets, por no hablar de los fabricantes de disipadores, que se verían obligados a renovar todo el diseño de los mismos y, además, podría acabarse con los disipadores compatibles con múltiples plataformas.

Esto último nos lleva al tercer motivo por el que los procesadores mantienen su tamaño: la temperatura. Cuanto más pequeño es un componente electrónico, menos superficie de disipación tendríamos disponible para poder eliminar el calor que genera. Si un procesador fuera demasiado pequeño, sería complicado conseguir que un disipador fuera lo suficientemente eficiente como para disipar su calor, y llegarían bastantes problemas. Esto, de hecho, es algo en lo que ya se está trabajando desde hace años, porque el tamaño de los procesadores puede llegar a representar grandes inconvenientes a la hora de disipar el calor generado.