Si has escuchado alguna vez que los procesadores son cada vez más potentes y pequeños, probablemente también hayas oído hablar de la Ley de Moore. Es una de las observaciones más famosas de la historia de la informática y ayuda a entender cómo la industria de los semiconductores consiguió avanzar a un ritmo extraordinario durante décadas.
Pero hay una confusión muy habitual: la Ley de Moore no dice exactamente que los ordenadores dupliquen su velocidad cada dos años.
En realidad, habla principalmente de la evolución de la cantidad de transistores que pueden integrarse en un circuito integrado.
¿Qué es la Ley de Moore?
La Ley de Moore es una observación realizada por Gordon Moore, uno de los fundadores de Intel.
En 1965 publicó un artículo en la revista Electronics en el que analizaba la evolución de los circuitos integrados y observaba que la cantidad de componentes que podían integrarse en un circuito estaba creciendo de manera muy rápida.
Su previsión inicial apuntaba a que el número de componentes por circuito integrado podría duplicarse aproximadamente cada año.
Posteriormente, Moore revisó esa previsión y pasó a utilizar un intervalo aproximado de dos años.
Puedes consultar el histórico artículo de Gordon Moore en el Computer History Museum.
Con el tiempo, esta observación terminó siendo conocida como Ley de Moore.
¿Qué es un transistor?
Para entender por qué esta ley es tan importante primero hay que saber qué es un transistor.
Un transistor es un componente electrónico que puede utilizarse, entre otras funciones, para controlar el paso de corriente eléctrica. En los procesadores modernos, miles de millones de estos pequeños dispositivos trabajan conjuntamente para realizar operaciones.
Un procesador actual puede contener miles de millones de transistores.
Cada generación tecnológica permite fabricar transistores más pequeños y colocar una cantidad mayor en una superficie determinada.
Puedes consultar información introductoria sobre los transistores y los circuitos integrados en los recursos educativos del Computer History Museum.
¿Por qué tener más transistores es importante?
Más transistores no significa automáticamente que un procesador sea el doble de rápido.
Sin embargo, disponer de más transistores permite diseñar circuitos mucho más complejos.
Los fabricantes pueden utilizarlos para incorporar:
- Más núcleos de CPU.
- Más memoria caché.
- Unidades de ejecución adicionales.
- Gráficos integrados.
- Controladores de memoria.
- Aceleradores especializados.
- Unidades dedicadas a inteligencia artificial.
Por eso el aumento de la densidad de transistores ha sido uno de los principales motores del progreso de los procesadores.
Un ejemplo muy sencillo
Imagina que tienes una habitación en la que caben 100 personas.
Ahora imagina que consigues reducir el tamaño de cada persona a la mitad.
De repente puedes colocar muchas más personas dentro de la misma habitación.
Algo parecido ocurre en un chip, aunque evidentemente el proceso real es muchísimo más complejo.
Cuando los fabricantes consiguen reducir el tamaño de los transistores, pueden aumentar la densidad de integración y construir circuitos cada vez más complejos.
La evolución de esta densidad es precisamente una de las ideas fundamentales detrás de la Ley de Moore.
¿La Ley de Moore dice que la potencia se duplica?
No exactamente.
Esta es probablemente la mayor confusión.
La Ley de Moore habla de una tendencia en la integración de transistores, no de una fórmula que garantice duplicar el rendimiento de cada procesador.
Un procesador con el doble de transistores no tiene por qué ofrecer el doble de rendimiento.
El rendimiento depende también de factores como:
- Arquitectura.
- Frecuencia.
- IPC.
- Caché.
- Consumo.
- Memoria.
- Software.
- Número de núcleos.
- Organización interna del chip.
Por eso es incorrecto utilizar la Ley de Moore como sinónimo de «el ordenador duplica su velocidad cada dos años».
¿Cómo consiguió avanzar tanto la industria?
Durante décadas, los fabricantes fueron capaces de fabricar transistores progresivamente más pequeños.
Esto permitió aumentar la densidad y, al mismo tiempo, mejorar diferentes aspectos de los chips.
Una de las ventajas históricas de reducir el tamaño de los transistores fue que podían realizarse más operaciones utilizando una cantidad determinada de energía.
Durante buena parte de la historia de la industria, este proceso permitió conseguir simultáneamente más rendimiento y una eficiencia energética cada vez mejor.
El problema es que reducir los transistores no es infinitamente sencillo.
El tamaño de los transistores empezó a convertirse en un problema
A medida que los transistores se hicieron diminutos, comenzaron a aparecer importantes dificultades físicas y de fabricación.
Los fabricantes tuvieron que desarrollar nuevas estructuras y tecnologías para continuar aumentando la densidad.
Uno de los grandes cambios llegó con los transistores FinFET, que comenzaron a sustituir progresivamente a los diseños planos tradicionales en los nodos de fabricación avanzados.
Más recientemente, la industria ha comenzado a utilizar estructuras Gate-All-Around (GAA), en las que la compuerta rodea el canal del transistor de una manera mucho más completa.
Puedes conocer la evolución de estas tecnologías en la información técnica de fabricantes como TSMC.
¿La Ley de Moore ha muerto?
Esta pregunta lleva años apareciendo en la industria tecnológica.
Decir simplemente que la Ley de Moore «ha muerto» es demasiado simplista.
Lo que sí ha ocurrido es que mantener el ritmo histórico de mejora se ha vuelto mucho más difícil y caro.
Durante las primeras décadas de la informática, reducir el tamaño de los transistores proporcionaba enormes beneficios.
Actualmente, fabricar chips en los nodos más avanzados requiere instalaciones extremadamente complejas, equipos de litografía avanzados y enormes inversiones.
Por tanto, aunque la densidad de transistores continúa aumentando, el coste y la dificultad de conseguir esas mejoras también han crecido considerablemente.
La litografía es fundamental
Para fabricar procesadores modernos se utiliza un proceso conocido como fotolitografía, mediante el cual se crean estructuras extremadamente pequeñas sobre las obleas de silicio.
En los nodos más avanzados, la industria utiliza litografía ultravioleta extrema o EUV.
ASML es uno de los principales fabricantes mundiales de los equipos utilizados para esta tecnología. La compañía explica cómo la litografía permite imprimir patrones extremadamente pequeños sobre las obleas utilizadas para fabricar chips. (asml.com)
La evolución de estas máquinas ha sido fundamental para continuar aumentando la densidad de los circuitos integrados.
¿Y qué pasa con los nanómetros?
Aquí también existe bastante confusión.
Cuando vemos procesadores fabricados en 3 nm, 4 nm o 5 nm, puede parecer que ese número representa directamente el tamaño físico de todos sus transistores.
Actualmente no es tan sencillo.
Los nombres de los nodos de fabricación son utilizados principalmente como denominaciones de generaciones tecnológicas y ya no representan necesariamente una única dimensión física del transistor.
Por eso comparar dos chips exclusivamente por el número de nanómetros puede resultar engañoso.
Un nodo de fabricación más moderno suele incorporar diferentes mejoras en densidad, eficiencia y características del proceso, pero el número por sí solo no cuenta toda la historia.
¿Qué está sustituyendo a la reducción de tamaño?
A medida que resulta más difícil obtener enormes mejoras simplemente reduciendo los transistores, los fabricantes están buscando otras formas de aumentar el rendimiento.
Una de ellas consiste en utilizar chiplets.
En lugar de fabricar todo el procesador como un único bloque, diferentes partes pueden fabricarse como chips independientes y posteriormente integrarse en un mismo encapsulado.
AMD ha utilizado esta estrategia ampliamente en sus procesadores modernos, mientras que otros fabricantes también están desarrollando arquitecturas basadas en diferentes tipos de chiplets.
Otra vía es utilizar aceleradores especializados.
Por ejemplo, los procesadores modernos pueden incorporar unidades específicas para inteligencia artificial, procesamiento multimedia o gráficos.
La Ley de Moore en la era de la inteligencia artificial
La inteligencia artificial está introduciendo una nueva presión sobre los fabricantes de chips.
Los grandes modelos de IA necesitan enormes cantidades de capacidad de cálculo y memoria, lo que ha provocado una carrera por desarrollar aceleradores cada vez más potentes.
En este escenario, aumentar el número de transistores sigue siendo importante, pero también lo son la memoria, el ancho de banda, la interconexión y la eficiencia energética.
Por eso el futuro de los procesadores no depende exclusivamente de fabricar transistores más pequeños.
Entonces, ¿qué significa realmente la Ley de Moore?
La mejor forma de entenderla es pensar en ella como una observación histórica sobre el crecimiento de la densidad de integración.
Gordon Moore observó que la cantidad de componentes que podían colocarse en un circuito integrado estaba aumentando a un ritmo extraordinario.
La industria consiguió mantener esa tendencia durante décadas gracias a continuas innovaciones en fabricación, materiales, diseño y arquitectura.
Pero no se trata de una ley física como la gravedad.
Es una tendencia tecnológica que ha servido para describir y, en cierta medida, orientar el desarrollo de la industria de los semiconductores.
¿Seguirá vigente en el futuro?
Probablemente seguiremos viendo aumentos en la capacidad de los chips, pero la forma de conseguirlos será cada vez más sofisticada.
Reducir el tamaño de los transistores continuará siendo importante, pero se combinará con nuevas estructuras, empaquetado avanzado, chiplets, nuevas tecnologías de interconexión y aceleradores especializados.
Por eso, aunque la versión clásica de la Ley de Moore se encuentre bajo presión, la carrera por fabricar chips más capaces continúa.
Y esa es quizá la mejor manera de entender su importancia: la Ley de Moore no predijo literalmente que nuestros ordenadores serían el doble de rápidos cada dos años; describió una tendencia de integración que terminó transformando por completo la informática moderna.
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