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¿El final de La ley de Moore?

¿Se sigue cumpliendo en la actualidad la ley del Dr Moore?

A nadie pasa desapercibido la increíble velocidad a la que evoluciona la tecnología. Si has adquirido un portátil, tablet, móvil o cualquier otro dispositivo que cuente con capacidad de procesamiento, te habrás dado cuenta de que a los pocos meses ha salido uno nuevo que deja obsoleto al tuyo.

¿Y qué suelen aportar los nuevos modelos más allá de un cambio estético? Mejores cámaras, mejor software… pero sobre todo, mayor capacidad de procesamiento: Microprocesadores más potentes, más transistores en menos espacio y con mayor rendimiento. Esto, es lo que pronosticaba Moore.

 

Resumen de contenidos

  1. ¿Qué es la Ley de Moore?
  2. ¿Su predicción se ha estado cumpliendo?
  3. ¿Y quién es Moore?
  4. ¿Y se cumplirá hasta siempre?
  5. El futuro de los microchips

 

¿Qué es la Ley de Moore?

La ley de Moore predecía que, cada año, el número de transistores por unidad de superficie en circuitos integrados se duplicaría.. Y que esta predicción tendría una vigencia de, al menos, 10 años.

Inicialmente, Gordon Moore la enunció en un famoso editorial publicado en la revista Electronics el 19 de abril de 1965, pero en 1975, modificó su propia ley al corroborar que el ritmo bajaría, y que la capacidad de integración no se duplicaría cada 12 meses sino cada 2 años.

Para entender la importancia de ésto debemos entender que:

  1. Hay una relación directa entre en número de transistores y su capacidad computacional.
  2. El tamaño de los transistores determina también su velocidad de procesamiento: Cuantos más transistores haya por unidad de superficie, menor voltaje para funcionar, y a menor voltaje, el tiempo de carga y descarga será más rápido por lo que serán capaces de procesar a mayor velocidad.

Así que lo que estaba preveyendo Moore era que, cada dos años, la capacidad de cálculo se multiplicaría, y el crecimiento sería exponencial. Además, como resultado de ello los costes de producción se reducirían casi a la par, pudiendo poner al alcance de todos los bolsillos microchips cada vez con más potencia.

Recordemos que estamos hablando de 1965: El concepto de ordenador personal no existía y la mayor parte de los ordenadores eran usados únicamente por gobiernos, universidades y grandes empresas.

Pero Moore fue un gran observador: En 1947, John Bardeen y Walter Brattain habían creado el primer transistor; es decir, un semiconductor que podía sustituir a los enormes tubos de vacío, que tendían a romperse y generaban muchísimo calor. Y en 1958, Jack Kilb habría creado el circuíto integrado, facilitando así la invención del transistor plano y el camino hacia la miniaturización.

Primer transistor de la historia – John Bardeen

**Cabe aclarar que la ley de Moore no es una ley física propiamente dicha, ya que se basa en la observación empírica de lo que estaba sucediendo en ese momento, y no utiliza demostraciones matemáticas para respaldarla.

 

¿Su predicción se ha estado cumpliendo?

Según la predicción de Moore, 10 años después de que escribiese su editorial, en 1975, la potencia de los ordenadores debía de ser 1.000 veces mayor. ¿Se cumplió su profecía?

Para saberlo, pongamos como punto de partida el microchip más complejo de esa época: 64 transistores (1965). 6 años después, Intel lanzó el primer procesador comercial de la historia, el 4004. Tenía 2.250 transistores.

Y después de 30 años, en 2002, Intel lanzó Pentium 5, que contenía 50 millones de transistores.

He aquí una tabla comparativa:

Procesador Año No de transitores(micras) Tecnología(micras)
4004 1971 2.250 10
8008 1972 3.500 10
8080 1974 6.000 6
8086 1978 29.000 3
286 1982 134.000 1.5
386 1985 275.000 1
486DX 1989 1.200.000 0.8
Pentium 1993 3.100.000 0.8
Pentium II 1997 7.500.000 0.35
Pentium III 1999 28.000.000 0.18
Pentium4 2002 55.000.000 0.13

 

Y una gráfica, para que se vea más claramente, donde se relaciona la predicción de Moore junto a algunos de los microprocesadores más emblemáticos de cada periodo:

Como puede verse, la Ley de Moore se ha venido cumpliendo, casi a la perfección, ¡durante más de 50 años!

Por señalar algunos hitos que pongan en contexto estas cifras tan descomunales (no, no vamos a compararlo con campos de fútbol): En 2004, la industria ya fabricaba más transistores que la producción mundial de granos de arroz, y el propio Moore estimaba que el nº de transtistores vendidos cada año superaba al del número de hormigas sobre el planeta. Pero se equivocaba: Había 100 veces menos hormigas en el mundo que transistores fabricaban.

Pero, ¿quién era Gordon Moore y cómo es que pudo realizar esta afirmación tan certera? ¿Podrá mantenerse este ritmo de avance indefinidamente?

 

¿Y quién es Gordon Moore?

Natural de un pequeño pueblo californiano llamado Pescadero, nació en 1929. Se formó en química e hizo un doctorado en física y química.

Trabajó bajo las órdenes del premio Nóbel William Shockley, de quien diría que era un excéntrico. Por ello, años más tarde, junto a 8 de sus compañeros, se marcharon y fundaron la compañía de semiconductores Fairchild.

Fue durante esa época, cuando la revista Electronics Magazine le pidió a Moore que escribiera un artículo por su 35 aniversario, en el que predijese cómo sería la electrónica en 10 años. Moore, escribió su famosa ley:

The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year. Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase. Over the longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, although there is no reason to believe it will not remain nearly constant for at least 10 years.

Años más tarde, en el verano de 1968, junto a Robert Noyce, fundaría Intel.

 

¿Y se cumplirá hasta siempre?

El propio Moore opina que no. En sucesivas entrevistas a lo largo de los años ha ido vaticinando el final de su predicción:

  • 2005: Afirmó que llegaría un momento en el que el tamaño de los transistores se acercaría al de un átomo, haciendo imposible reducirlos más.
  • 2007: Durante una comparecencia se atrevió a ponerle fecha de caducidad: «Mi ley dejará de cumplirse dentro de 10 o 15 años»
  • 2010: En una entrevista para Techworld dijo que su ley ya había quedado obsoleta.

Sin embargo, la empresa que él mismo fundó tiene una opinión diferente: Simón Viñals, director de Tecnología de la multinacional, dijo en 2018 que «A día de hoy, seguimos cumpliendo la Ley de Moore, y tenemos previsto seguir haciéndolo durante al menos siete años más». A lo que añadió «Para el año 2020 contaremos ya con procesadores de 7 nanómetros, considerado el tamaño mínimo alcanzable», «Estamos muy cerca de los límites físicos y químicos posibles».

 

Microprocesadores de 6nm fabricados por TSMC

Sea como fuere, en 2019 la ley de Moore sigue cumpliéndose, pero parece de sentido común pensar que, llegará un momento en el que como ocurría en la Zenón, ya no sea posible seguir multiplicando la velocidad a costa de dividir el tamaño.

¿Qué nos aguarda entonces el futuro? ¿nuevos materiales? ¿nuevos enfoques? ¿nuevas «leyes«? Algo sí parece estar totalmente fuera de duda: La capacidad de procesamiento seguirá aumentando, con o sin transistores.

 

El futuro de los microchips

Cuando se habla sobre la evolución de los microchips, siempre se referencia al tamaño de los transistores con los que está fabricado. Como ya explicamos, esto se debe a que a menor tamaño más eficiencia energética, más velocidad y mayor número de ellos cabrán en el mismo espacio, lo que se traduce en mayor capacidad de procesamiento.

Ahora mismo, en 2019, los transistores comerciales más pequeños miden 10nm (1 nanómetro = 0,000001 milímetros), aunque hay compañías que ya han presentado 7nm y las fábricas empiezas a anunciar que probablemente se pasen directamente a los 6nm al resultar más sencillos de fabricar que los de 7nm.

De hecho, experimentalmente se han diseñado transistores de 2nm (unos 9 átomos de largo), pero claro, una cosa es fabricar uno y otra muy distinta meter millones de ellos en un microchip totalmente operativo y fabricado en serie.

Y he ahí el problema. La tecnología actual está llegando a los límites físicos:

  • Cuando juntamos millones de transistores tan pequeños, si no se limita la frecuencia a la que funcionan y no se encuentran nuevas maneras de refrigeración, a partir de cierto tamaño se quemarán con facilidad.
  • Los transistores deben unirse entre sí con cables. Ahora mismo se están fabricando con moléculas de nanotubos, es decir, cables nanoscópicos. Pero están muy cerca ya del límite máximo de reducción.

Además, los procesos de reducción utilizan la litografía para esculpir los componentes. Esta técnica evolucionó a la fotolitografía y mejorará con la tecnología extreme UV que promete longitudes de onda de 13,5 nm cuando actualmente se usan longitudes de onda de 193 nm.

En el año 2011 se presentó un nuevo enfoque para seguir estirando las capacidades del silicio, los transistores 3D. Éstos tienen una disposición espacial que permite incrementar la capacidad de almacenamiento y la velocidad, sin alterar el tamaño físico. El reto era crear capas tridimensionales de transistores interconectadas entre sí.

Pero… llega un momento en el que ya no hay más maneras de estirar el chicle y hay que cambiar la base: Se estima que en el 2021 la carrera de los microchips de silicio llegará a su final. Y parece natural pensar que el futuro se encuentra en hallar materiales alternativos. Algunos de los propuestos son el famoso grafeno y el arseniuro de indio y galio (GaAs).

Aunque si algo nos ha enseñado la historia, es que el futuro siempre es imprevisible 😉

 

 

Cristian Sarabia Martínez

Desde que a principios de los 90 mi padre desempolvó su Spectrum, no he dejado de probar y experimentar con la tecnología.

Enamorado del mundo web, Full Stack Developer de profesión y diseñador por devoción.

Ahora hago mis pinitos en esto del blogging para compartir con vosotros un poquito de todo lo que la comunidad me ha dado.

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