¿Por qué los nuevos nodos de fabricación se estrenan en sistemas PostPC?

Si miramos el mercado de los dispositivos PostPC veremos como hay procesadores utilizando el nodo de 5 nm, mientras que en PC observamos como parecemos atrasados en los 7, 8 e incluso 10 nm. ¿Qué es lo que hace que los nuevos nodos de fabricación como los de 7 nm y 5nm se estrenen primero en dispositivos PostPC, se trata de una tendencia que veremos a futuro?

Entendemos como nodo de fabricación a toda la tecnología que se utiliza para fabricar procesadores con un determinado tamaño en sus transistores. De manera regular aparecen nuevos nodos que permiten chips con mayores capacidades.

Pero de un tiempo a esta parte hemos ido viendo como cada nuevo nodo no es estrenado en PC sino en dispositivos PostPC como smartphones, tablets y similares. Pero todo ello tiene un motivo muy sencillo de entender.

Los nuevos nodos se estrenan en dispositivos PostPC

Apple M1

En los últimos años hemos podido observar como los nuevos nodos de fabricación de procesadores de todo tipo no se han estrenado con productos de alto rendimiento, ya sean CPUs, GPUs e incluso SoCs.

Cada vez que aparece un nuevo nodo nos hacemos ilusiones para ver que procesador de alta gama vamos a ver, pero esto no se cumple de entrada y tenemos que esperar varios años en acabar de ver el uso de estos nodos de fabricación en procesadores de alta gama.

Esto tiene como consecuencia que por ejemplo el nodo de 7 nm de TSMC se estrenase por primera vez en un SoC para smartphone, así como el reciente nodo de 5 nm de la misma fundición.

Madurez de fabricación y coste de los nodos

Evolución Coste Nodos

Los nodos de fabricación de procesadores van madurando con el tiempo, esto significa que mejoran su rendimiento. ¿Pero que entendemos como rendimiento en este caso? Pues al hecho que la cantidad de errores por mm de chip fabricado es cada vez más baja. Cuando la tasa de errores es alta entonces se llega al punto en que fabricar un chip a partir de un tamaño determinado se vuelve contraproducente por el hecho que la cantidad de chips que saldrían por oblea pasa a ser tan poca que no sale rentable su fabricación.

Los SoCs para smartphone se suelen situar normalmente por debajo de los 120 mm2, son lo suficientemente pequeños como para estrenar un nuevo nodo de fabricación. Además los altos márgenes de dicho mercado les permiten financiar el alto coste de despliegue del nuevo nodo de fabricación Otro de los motivos tiene que ver con la velocidad de reloj y el consumo, esta esta relacionado de manera directa al voltaje y los dispositivos PostPC utilizan velocidades de reloj y con ello voltajes más bajos que los de sobremesa.

Los nodos de fabricación inician con velocidades de reloj mucho más bajas que su ideal, es por ello que muchas veces se filtran datos de procesadores para PC a futuro que son muestras de fabricación que funcionan a velocidades mucho menores que el procesador final, especialmente si se utilizan para «estrenar» un nuevo nodo.

En PC los primeros núcleos en estrenar un nodo son los de bajo rendimiento

Intel Lakefield Board

A medida que han ido pasando los nodos de fabricación el despliegue de cada nuevo nodo ha sido cada vez más caro. Si por ejemplo hubiésemos visto a AMD, Intel o NVIDIA desplegar una de sus nuevas arquitecturas de manera directa bajo uno de los nuevos nodos entonces no solo el stock se habría visto negativamente afectado sino también el coste.

Un caso curioso es la decisión de AMD con Zen 2, cuya primera versión fueron los Ryzen 3000, construidos por varios chips en el que una parte utiliza un nodo menos avanzado mientras que los núcleos Zen 2 utilizaban el nodo de 7 nm, pero midiendo menos de 100mm. Con el tiempo AMD lanzo una versión monolítica de Zen 2 en forma de los Ryzen 4000 pero tuvo que ocurrir más de un año para ello.

Otro ejemplo lo tenemos en el Intel Lakefield, cuya mitad esta construida a 10 nm y se trata de un chip de muy bajo consumo y tamaño, siendo el primer chip construido bajo el nodo de 10 nm de Intel.

Los nuevos nodos se continuarán estrenando en PostPC

CPU comunicación

Debido a que cada nuevo nodo de fabricación es cada vez más caro y parte del coste de despliegue inicial incluye el coste de desarrollo del nuevo nodo, por lógica no solamente vamos a ver como la tendencia continuara, sino que además los dispositivos PostPC de gama alta serán cada vez más caros y el periodo de madurez de los nodos será mucho más amplio.

Aunque el marketing y las predicciones hablen de un nodo determinado para una fecha determinada a futuro realmente son predicciones muy optimistas y puede que nos encontremos que arquitecturas pensadas para un nodo de fabricación en concreto se retrasen o sufran un backporting a un nodo menos avanzado.

Pese a que los nodos de fabricación futuros en muchos casos ya pueden fabricar esto no significa que estén listos para utilizarse en el último procesador de gama alta, sea cual sea su naturaleza. es por ello que los vamos a continuar viendo por primera vez en dispositivos PostPC.

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