¿Influye la densidad de los transistores en el rendimiento de una CPU?

¿Influye la densidad de los transistores en el rendimiento de una CPU?

Javier López

Hay ciertos mitos o leyendas en lo referente a las CPUs que en muchas ocasiones no corresponden a la realidad, mientras que en otros pueden asemejarse bastante. Uno de estos mitos es la conocida relación entre la densidad de los transistores frente al rendimiento de una CPU y sobre todo, frente al IPC. ¿Qué hay de verdad y cuánto de mentira en esto?

Hay usuarios que por distintos motivos mantienen esta asociación casi cognitiva cuando se habla de rendimiento por núcleo. Esto se extrapola de forma más simple sobre un tema tan candente como la comparativa de nanómetros entre Intel y AMD, o incluso dentro del seno de las propias compañías.

Al final, el usuario medio se centra precisamente en los nanómetros como si fuesen una medida de medición real que impacta en el rendimiento de la CPU. Vamos a ver y a razonar si esto es cierto.

Nanómetros vs densidad de transistores vs rendimiento

Procesadores a 7 nm

La litografía de un procesador va directamente relacionada con el número de transistores que cada chip es capaz de albergar, pero como todos sabemos, hay una serie de relaciones añadidas a todo este proceso.

Un mayor número de transistores requiere en ciertos tipos de obleas y procesos litográficos una remodelación o incluso un nuevo tipo de transistor. Lo estamos viviendo actualmente con el paso a EUV y así será en el futuro con otros saltos.

El cambio de paradigma con los transistores y sus evoluciones marca ineludiblemente un cambio en las instrucciones por ciclo que son capaces de trabajar, abriéndose o cerrándose según la arquitectura del mismo. Pero aunque todo lo dicho hasta ahora es cierto, el rendimiento de una CPU como tal, hablando y generalizando el concepto, no solo se debe a ello.

La mejor prueba la ha ofrecido Intel, donde sus 14 nm con una densidad muy inferior a los 7 nm de AMD consiguen unos resultados muy parecidos en cuanto a rendimiento. Además y siguiendo con el ejemplo de más arriba, dentro de sus 14 nm encontramos desde la arquitectura Broadwell-E hasta Comet Lake-H y finalmente Rocket Lake-S a finales de año.

¿Son directamente dependientes? ¿qué influye?

Intel

Por lo tanto, y aunque existe una relación ineludible, la densidad de transistores no es directamente proporcional al rendimiento y tampoco influye en él como tal. Incluir un mayor número de transistores por centímetro cuadrado supone un avance tecnológico muy alto y en muchas ocasiones varios problemas que derivan en peor overclock, peores frecuencias de serie o consumos más altos.

Siguiendo con el concepto generalista y de mayor nivel, no podemos afirmar que la relación entre ambos es directamente dependiente. El mayor salto de rendimiento se produce principalmente por las mejoras en la arquitectura de la CPU, lo que unido a una mayor frecuencia que normalmente otorgan los procesos litográficos más avanzados pueden hacer que se disparen.

Pero lógicamente esto no quiere decir que se obtenga un mayor rendimiento (que no IPC) por densidad, sino porque el proceso litográfico es capaz de ofrecer más en menos espacio, con menos consumo y a mayores velocidades, pero sobre todo, se obtiene mayor rendimiento por las mejoras en la arquitectura.

Hay que separar bien los términos, porque es fácil caer en la trampa de la densidad vs rendimiento cuando coinciden unas mejoras muy grandes en la arquitectura con una reducción en el proceso litográfico. Algo similar a lo ocurrido en Zen 2 con AMD: paso a los 7 nm (95 MTr/mm2) cambios estructurales importantes en la arquitectura, mayores frecuencias e igual consumo.