El problema de la ley de Moore. El microprocesador era el ocaso cuando no hay alternativas.
Electronics Magazine en 1965 publicó un artículo ampliamente conocido sobre la integración de componentes de sistemas integrados, escrito por Gordon Moore, quien más tarde fundó Intel Corporation. En un momento esto fue una sensación, especialmente en aquellos días en que la computadora parecía increíble incluso para personas educadas. Moore realizó un análisis del desarrollo de la tecnología informática en los últimos 5 años e hizo un pronóstico para los próximos 10. Gordon Moore ha marcado literalmente el ritmo del desarrollo de la tecnología, y los desarrolladores de procesadores lo han seguido durante cuatro décadas. Esta ley no es científica, física ni ninguna ley en sí misma, es solo la observación de una persona sobre el desarrollo de una compañía, que de repente comenzó a funcionar. Vale la pena entender por qué?
Siguiendo esta ley, es muy fácil predecir el desarrollo de sus tecnologías y las compañías que proporcionan estas tecnologías. Quedó claro que esto es exactamente lo que se necesita para las empresas: el consumidor espera un aumento de la productividad de dos veces cada 2 años, y el fabricante no necesita hablar de eso, el consumidor espera esto de todos modos. También puede decir que esta ley regula el ritmo de desarrollo. Puede lograr una tecnología innovadora y muy moderna, pero después de mucho tiempo será imposible lanzar algo más tecnológico. La actualización generacional es muy importante para el fabricante, las ventajas de la nueva deberían ser obvias, el precio suele ser más bajo y la productividad es más alta. Excepto por soluciones bastante baratas. Es importante vender una gran cantidad de soluciones no muy modernas, y solo de esta manera generará ingresos, actualizarlas es casi inútil. Esto era obvio incluso en aquellos días, e Intel adoptó esta ley, comenzó a seguirla, y allí toda la industria se detuvo. Vale la pena decir que tales leyes no son demasiado buenas. Su problema es la muy pequeña flexibilidad de la idea de aumentar la potencia mientras se reduce el tamaño. En la búsqueda del poder, nos enfrentamos constantemente con un muro de limitaciones de problemas que necesitamos resolver aquí y ahora, o la compañía no podrá lanzar una nueva generación de procesadores. Algunas restricciones fueron muy poderosas, y es un gran mérito de aquellas personas que hicieron las arquitecturas de estos procesadores que lograron eludir estas restricciones. Esto impulsó a toda la industria, la presentación prematura de tecnologías en su forma no de muy alta calidad podría plantear problemas en el futuro. En otras ocasiones, la tecnología permitió crear un verdadero avance, pero decidieron olvidarlo como una pesadilla y seguir la ley.
Existen varias limitaciones principales en la ruta de desarrollo de los procesadores:
-problemas tecnológicos de impresión de transistores de tamaños muy pequeños.
Difusión contra la implantación de iones.
Dos métodos de impresión de semiconductores que son fundamentalmente diferentes entre sí, de los cuales depende cuán pequeño sea un proceso técnico que podamos imprimir. Si no entra en terminología complicada, la difusión se describe de la siguiente manera: durante la difusión térmica, la concentración máxima de una impureza siempre está en la superficie y disminuye monotónicamente con la profundidad, es decir. utilizando algunos factores (temperatura, concentración), podemos controlar la velocidad de difusión, pero el proceso inevitablemente se propaga en todas las direcciones (spreads) aumentando la tecnología de proceso máxima posible. Pero fue reemplazado por un método de dopaje más moderno: durante la implantación de iones, los átomos dopantes se ionizan en un campo eléctrico fuerte e irradian la superficie de la placa con una máscara de óxido preparada de antemano, lo que nos permite controlar el proceso en todas las direcciones. Por el momento, este método de aleación todavía tiene potencial y no requiere reemplazo.
- restricciones de dimensión de cristal
La longitud de onda de la propagación de la luz obviamente depende de su frecuencia. Una onda con una frecuencia de 4000 MHz tiene una longitud de 7,5 cm. Teniendo en cuenta el hecho de que la onda en el procesador no se propaga linealmente, el tamaño máximo del cristal de silicio del procesador es aún más pequeño, exactamente el que solíamos ver, y no puede hacerlo más grande.
- el problema del alto consumo de procesador
Con el aumento de la frecuencia, el número de transistores y algunos otros factores, el calentamiento aumenta en proporción directa. Siempre debe estar dentro de límites razonables; nadie querrá comprar un procesador que tendrá que enfriarse con nitrógeno líquido. El consumo disminuye con una disminución en el proceso de fabricación, porque la luz viaja una distancia más corta y conduce a menos calor, y el procesador se calienta de manera desigual, pero para enfriarlo eficientemente, necesita distribuir la temperatura.
El aumento progresivo en el consumo de la frecuencia del procesador en este caso impone un marco muy estricto para la frecuencia máxima del procesador, una vez que no era obvio, todos imaginaban el procesador del futuro con una frecuencia diez veces mayor de lo que vemos ahora. En términos relativos, aumentar la frecuencia del procesador en 2 veces nos da 2 veces el segundo consumo de energía y disipación de calor. Sin embargo, incluso sin aumentar la frecuencia del reloj al ritmo del siglo pasado, la ley de Moore en cierto sentido funcionó, y los procesadores realmente se volvieron más poderosos, de otras maneras.
- limitaciones de tamaño de la red de silicio
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La dimensión mínima de la puerta de semiconductores del transistor está limitada no solo por las tecnologías que logran el tamaño de elemento más pequeño posible, sino también por el tamaño de la red cristalina de silicio. Su dimensión es de 0,5 nanómetros, pero definitivamente el elemento no puede ser del mismo tamaño que la red cristalina y estar cerca de él. Se puede concluir que el tamaño mínimo posible del obturador puede ser de aproximadamente 1 nanómetro, pero esto no tiene sentido, ya que los obturadores tan juntos no pueden funcionar junto con otros, lo que provocará un mal funcionamiento. Es difícil predecir qué tecnologías se utilizarán en el futuro, pero, por ejemplo, un tamaño de obturador de 4 a 5 nanómetros puede considerarse limitante, pero solo para el silicio.
La Ley de Moore y el mercado moderno de procesadores.
El mercado de procesadores lleva mucho tiempo estancado. El desarrollo de nuevas tecnologías no solo se está desacelerando, sino que estas tecnologías tampoco generan un aumento evidente de la productividad. Sin embargo, no notamos ningún problema, los nuevos procesadores son aún más potentes y mejores que los antiguos. Cuando el rendimiento central alcanza su punto máximo, el multinúcleo y el subprocesamiento múltiple vienen al rescate. La estrategia de popularizar sistemas multinúcleo es una estrategia de desarrollo bastante prometedora. Es adherido por AMD. La promoción de multinúcleo es necesaria porque, lejos de todos los programas y aplicaciones, admite una gran cantidad de núcleos. Algunos incluso necesitan un subproceso de alto rendimiento, que tendrá un rendimiento más débil en un procesador de múltiples núcleos que en un procesador con menos de 8 subprocesos (con una frecuencia y un proceso de fabricación similares). Pero necesitas cambiar eso. Un procesador multinúcleo es mucho más multitarea cuando el programa usa bastantes recursos de procesador, pero al mismo tiempo ocupa un hilo. Un procesador multinúcleo obviamente funcionará mejor y estará menos sobrecargado. Solo podemos esperar.