¿Qué es la Ley de Dennard y por qué importa para el consumo de energía?

Seguro que estás harto de escuchar hablar de la Ley de Moore y todo el debate que hay detrás de ella, incluso por fabricantes de obleas como TSMC, pero puede que no sepas que esta ley está directamente relacionada con otra, que aunque menos famosa, es igual de importante y determinante. Hablamos de la Ley de Dennard, una observación que trae de cabeza a empresas como AMD, ya que hace referencia a un aspecto tan importante como el consumo de energía.

Esta ley también es conocida por otro nombre más directo hacia la definición propia de la misma. La podemos encontrar como ley de escalado, ley de escalado de Dennard o incluso Dennard Scaling a secas, pero realmente todas apuntan hacia el mismo principio.

Ley de Dennard: una secuela de la Ley de Moore para el consumo de energía

Ley de Dennard

Si la Ley de Moore establece el aumento del número de transistores, no hace referencia en cambio al consumo que ello representa. Aquí entra de lleno la Ley de Dennard, la cual fue formulada por Robert H. Dennard, un ingeniero nacido en 1932 en EE.UU  y que entre otras cosas inventó la DRAM como la conocemos hoy en día.

En 1974 formuló la Ley que lleva su apellido en base a que los MOSFETs seguirían funcionando en el futuro como los interruptores que son y que serían controlados por voltaje, pero en cambio, establece que a medida que las dimensiones de un dispositivo disminuyen, también lo hace su consumo de energía para los mismos transistores.

Y aquí lógicamente se entremezcla con la famosa Ley de Moore, ya que tal y como ocurre en esta, la reducción de los transistores y su incremento no es lineal y aunque usan menos energía para los mismos millones de ellos y además son más baratos, tienen un límite físico que puede romper dicha ley.

Las fugas de energía, la brecha en esta ley del consumo

Oblea-CPU-02

Como ya hemos visto en otros artículos centrados en los procesos litográficos de 7 nm y 5 nm, no es fácil rebajar el número de nanómetros en un diseño y en una oblea. Cada reducción de los transistores implica una serie de fugas de energía que cada vez se aproximan más al orden de magnitud de la potencia dinámica del circuito que los contiene.

Esto significa que el cambio a un transistor más pequeño con un voltaje de umbral más bajo requiere un control del mismo mayor, una gate más fina y un grosor dieléctrico inferior. El problema es que los fabricantes han conseguido mejorar todos ellos menos el voltaje umbral, el cual es un problema continuo en la industria.

Por ello, algunos ingenieros dicen que la ley no es válida como tal en la actualidad, aunque otros la siguen defendiendo por razones obvias. En cualquier caso, tanto la Ley de Moore como la Ley de Dennard están intrínsecamente unidas a otra ley más que forma en triunvirato de la industria, la cual es conocida como la Ley de Koomey.

Esta ley también hace referencia de alguna manera al consumo, pero la veremos en próximos artículo para explicarla en detalle y entender como la controversia siempre está presente en este sector tan cuadriculado.