¿Por qué AMD no puede igualar la frecuencia de las CPUs Intel?

¿Por qué AMD no puede igualar la frecuencia de las CPUs Intel?

Javier López

Tienen toda la ventaja y sin embargo, Intel con su vetusto proceso litográfico de 14 nm sigue llevándoles la delantera en un apartado tan básico como es la frecuencia. ¿Por qué AMD no puede igualar las cifras de velocidad de su rival? ¿qué factores limitan un parámetro tan necesario y cómo podría AMD mejorar sus registros en este apartado?

Si algo debemos tener claro es el hecho de que una mayor frecuencia de la CPU es sinónimo de algunas fortalezas, pero también algunas debilidades. Intel y AMD han vuelto al punto de partida que se vio en los Pentium 4 frente a los Athlon 64 y aunque no se está repitiendo la historia como tal, en cierta manera vuelven a enfrentarse con velocidad vs optimización.

Tres factores clave para entender el problema de la frecuencia

Intel 10900K

El primero de ellos y sin duda va relacionado con el proceso litográfico de TSMC. Y es que tal y como vimos en otro artículo, hay varios materiales que han llegado al límite físico entre las distintas capas de las obleas.

Aunque se está experimentando con materiales como el cobalto, reducir los nanómetros implica que aunque los transistores se hagan más pequeños también hay que reducir los cables de interconexión entre obleas y actualmente estos son mucho mayores. Mayores cables implica mayor gasto de energía y como tal se producen fugas de la misma en mayor medida, lo que implica que un transistor vea limitado su funcionamiento en millones de ciclos por segundo.

Transistor Gate

Este primer factor va muy ligado al segundo de ellos: el propio proceso litográfico. TSMC siempre se centra mucho más en la densidad del proceso que en las frecuencias finales que puede llegar a lograr. Para colmo la sinergia del diseño no está tan optimizada como la de Intel en 14 nm y esto es una desventaja clara, pero para entenderlo hay que mirarlo desde el punto de vista del gigante azul.

Intel fabrica tanto su proceso litográfico como el diseño de la arquitectura, esto quiere decir que es capaz de optimizar mucho más y mejor las matrices, procesos de grabación, inspección y diseño en general de cada arquitectura de núcleo o general. Puede ajustar el proceso litográfico a las necesidades de la arquitectura y viceversa, lo que le otorga una clara ventaja frente a TSMC y AMD en cuanto a frecuencia se refiere.

Diseño de circuitos según las propiedades físicas del material y arquitectura

Transistor

Hay un problema añadido que afecta a toda la industria de los semiconductores y va arraigada a un tercer factor que engloba de alguna manera a todo lo anterior, y es el hecho de las limitaciones de las soldaduras entre materiales y el óxido de silicio.

Como todo material el silicio tiene un límite físico que, aunque se purifique y mejore con ciertos elementos clave, toca techo hasta encontrar aleaciones que permitan elevar el listón. Parece ser que Intel ha encontrado desde hace tiempo la manera de romper el límite físico del óxido de silicio y el cobalto unido al cobre.

Este límite parece estar en un punto entre los 5 GHz y los 5,2 GHz, algo que TSMC no ha podido conseguir de momento y que la arquitectura MCM de AMD tampoco ayuda para superar o igualar estos registros. Una de las ventajas que tiene Intel para alcanzar esas velocidades tan altas es el hecho de contar con un proceso litográfico extremadamente maduro y que ha ido avanzando en detalles como el pitch gate o el nombrado uso del cobalto (necesario en 10 nm y principal fuente de problemas de los retrasos al parecer).

Transistor-metal

El ser procesadores monolíticos ayuda a que los núcleos puedan alcanzar una mayor frecuencia por razones obvias del diseño, algo que en procesadores como Foveros no volveremos a ver hasta dentro de muchos años y quizás ni aun así.

No hay que quitarle mérito a AMD y TSMC, ni mucho menos, pero el verdadero reto para alcanzar a Intel se sitúa en los últimos 500 MHz, donde al parecer todo lo escrito sale a relucir y a complicar el siguiente paso.

De hecho, es posible que la subida de frecuencias se estanque por varios años y todo se reduzca a mejoras de la arquitectura e IPC para seguir incrementado el rendimiento. Puede ser que el i9-10900K sea el último de una especie que mantendrá el récord de frecuencia de serie durante muchos años, quizás hasta el punto de no ser batido si no se solucionan todos los problemas descritos, ya que estamos en un punto que bajar nanómetros no es garantía de mayores frecuencias.