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Pregunta a eliax: ¿Qué son los "nm" en chips y cómo me afectan en la vida diaria?
eliax id: 8258 josé elías en nov 14, 2010 a las 12:12 AM (00:12 horas)
MicroprocesadoreliaxRecientemente Intel, Samsung y Toshiba anunciaron la formación de una alianza para crear un proceso de fabricación de chips con tecnología de "10nm", y creo que este es un excelente momento para explicar el tema ese de los "nm" en este contexto.

Si eres un técnico que tiene una idea de lo que es este número, recomiendo de todas maneras seguir leyendo por si acaso, pues hay más aquí de lo que aparenta, como aprendí yo cuando empecé a diseñar mi propio microprocesador al estilo VLSI en mis días universitarios. Así que he aquí una explicación didáctica para todos en el formato de "Pregunta a eliax".

Si han visto alguna vez una fotografía ampliada de un chip, notarán que estos están fabricados con innumerables pequeñas lineas o trazos, pareciendo uno de estos chips una ciudad con calles y avenidas en miniatura.

El ancho de esas "calles" (que son las que llevan las señales eléctricas de un lugar del chip a otro) se miden en "nm," o "nanómetros", en donde 1nm es igual a una mil-millonésima parte de un metro, por lo que hablamos de crear lineas de 10 mil-millonésimas de un metro de ancho.

Para que tengan una idea de que tan pequeño es eso, el punto sobre esta letra "i", visto en un monitor estándar de hoy día (digamos, uno de 19 pulgadas y con resolución de 1280x 1024 pixeles), mide de ancho (a groso modo) aproximadamente 1 millón de nanómetros. Por lo que hablamos de que en este puntito cabrían de lado a lado 100,000 lineas eléctricas, todas corriendo paralelas las unas a las otras.

Sepan sin embargo que hoy día ya poseemos tecnología para fabricar chips de 30nm, y aunque no aparente mucho bajar de 30nm a 10nm, en realidad es un gran salto, porque en la misma área cuadrada que cabe un solo chip de 30n, caben a groso modo 9 chips de 10nm, y eso tiene grandes repercusiones...

Para empezar, eso significa que en el mismo espacio que se fabricaba antes 1 chip, ahora se pueden fabricar 9, lo que significa que el costo de fabricación se reduce al menos 9 veces (y en realidad, se reduce mucho más por otro tema relacionado a las impurezas que ahora causarían menos estragos, por lo que hablamos de al menos 10 veces más barato).

Sin embargo, eso no es todo. Ahora, debido a que las distancias son más cortas dentro del chip, eso significa que las señales llegan más rápidamente, lo que significa también un gran aumento en rendimiento, y de paso, debido a que ahora los electrones recorren menos camino, eso significa que el chip también consume menos energía y de paso se calienta menos.

Esto entonces permite fabricar no solo chips más baratos, sino que más rápidos y eficientes energéticamente.

Pero aparte de eso ahora podemos, si lo deseamos, fabricar chips del mismo tamaño que antes, pero llenarlos de múltiples núcleos, lo que significa que por el mismo precio que uno antes fabricaría un chip con 2 núcleos, ahora podría fabricar uno con 18 núcleos (o uno con 9 núcleos a mitad del precio de antes).

Así que como ven, aunque a primera vista esos "nanómetros" aparentan ser solo simples números, en realidad estos quizás sean entre los números más importantes a la hora de determinar el tamaño, precio y rendimiento de los dispositivos electrónicos que compramos todos los días.

Una nota final que debo mencionar es que existe un límite de qué tan finas podemos trazar esas líneas, pues si seguimos como vamos llegaremos al punto en donde una de estas lineas será del grosor de uno o dos átomos, y cuando eso suceda será bastante difícil fabricar chips con procesos actuales.

Debido a eso es que se hace tanta investigación sobre computación cuántica, computación molecular, computación óptica, etc, pues sabemos que estamos llegando a un límite (o al menos, eso aparenta), y debemos buscar la manera de seguir incrementando el poder de nuestras máquinas exponencialmente.

Sin embargo, no se preocupen, que como podrán leer en los artículos previos en eliax relacionados a este (que aparecen al final de este artículo), tenemos muchas tecnologías promisorias en camino...

autor: josé elías

Comentarios

  • seria muy bueno que la tecnologia sea mas barata, pero por lo que he visto, mientras mas capacidad, mas caro se pone todo
    lo otro es que si llegaremos en un punto que los chips que usamos actualmente tienen un limite de que tan eficiente pueden utilizar la electricidad, pero estoy seguro de que cuando eso pase, ya tendremos otro tipo de chip que no se vea limitado por las leyes de la fisica.

    • Hola Ferrogan,

      Cuando dices "mientras mas capacidad, mas caro se pone todo", eso es solo una ilusión.

      Hoy día una Netbook de US$300 dólares es muchísimo más poderosa que una con un procesador Intel 486 de US$3,000 dólares de hace unos años atrás.

      Lo que sucede es que en cada determinado momento, es lógico que existan distintas soluciones para distintos segmentos (Atom para bajo costo, i7 para alto poder, etc).

      • Lo que pasa es que al principio todo es más caro supongo por la "inversión en investigación", pero después se normalizan las cosas y los países primermundistas mandan toda su "tecnología" a países tercermundistas para venderlos a precios a los que estaban en su país, pero eso es otro tema...

  • Lo de que gasten menos energía, generen menos calor, tengan más potencia lo entiendo, pero no he entendido cómo se supone que serán más baratas ? osea mi entendimiento es que será el mismo precio pero mucho más potentes, porque no es como si se fuera a poner el mismo número de transistores para decir, ok tiene el mismo número de transistores, pero como serán chicos gastaremos menos en material bruto, no es así, lo que hacen es rellenar a más no poder los agujeros con todavía más transistores, entonces cómo va eso de que serían más baratos de hacer ?

    • Serán más baratas por algo sencillo: El espacio que ocupan en los "wafers" de fabricación (esos discos que parecen discos compactos gigantes de donde se cortan los chips).

      Si antes cabían 10 en uno de esos discos, ahora cabrían 90, y como el costo de fabricación es exactamente idéntico (ya que un disco cuesta lo mismo, lo que cambia es cuantas lineas más caben en el disco), eso significa que ahora el precio de fabricación de 1 chip es 9 veces más barato.

    • El hecho de que existan procesadors i7 que cuesten 300$ y otros que cuesten 1000$ es por un motivo muy sencillo, que voy a tratar de explicar.

      Cuando una empresa como intel hace procesadores, no todos salen iguales, unos tienen un 0.01% de impurezas mas, otro tiene una distribucion mas linea de las capas, etc.

      Por tanto de todos esos procesadores que fabrica no todos podran usarse para ir a 3,3ghz, algunos solo podran ir a 2,8ghz otros admitiran 3.0ghz, que basicamente suelen ser las principales diferencias de precio.

      La pregunta es ¿Como sabe cual si vale y cual no? Pues los prueba, coge esos procesadores, hace pruebas en cpus durante varios dias y determina cuales son validos para que a medida que se aumenta su FSB (front side bus) se mantienen totalmente estables sin necesidad de modificar su voltaje de alimentacion.

      Todo eso, es trabajo manual y ya sabemos la regla, Trabajo manual especializado = CARO

      No todas las tecnologias ocurre igual, los atom no son testados, a cambio su velocidad de trabajo se determina por diseño con un "amplio" margen, para evitar cuelgues.

  • creo que previamente presentaste este video que va como anillo al dedo con esta entrada:

    http://www.youtube.com/watch?v=-GQmtITMdas

  • El reto tecnologico que implica usar tecnologia de 1nm no es tanto el metodo de fabricacion sino como solucionar el problema de que los trainsistores cuanto mas pequeños son, el tiempo de puerta de apertura y cierre se dispara exponencialmente.

    Ciertamente el tiempo de retardo entre transistores se reduce, pero lo otro aumenta, lo jodido es conseguir una nueva tecnologia de transistores en los que ese tiempo de retardo NO se dispare.

  • Se puede saber cuantos nm es ese limite teórico en el que ya las callecitas no podrán ser mas pequeñas con este estilo de fabricación? Vamos por 30 nm, pero hasta cuantos nm es el limite? Pa saber en cuanto tiempo mas o menos alcanzaremos ese milestone.

    • El limite podría ser unos 5 nm, por decirte un numero, pero a esas distancias aplican las leyes de la física cuántica así que podría variar, te digo ese numero porque normalmente la distancia entre átomos ronda los 0.4 nm y se necesitan cierta cantidad de átomos para garantizar la conducción. espero te haya sido útil mi respuesta

      • Ya cuando estemos en esas ligas mayores donde bajemos de los 10 nm creo que se tendrá que utilizar en vez de silicio el "Grafeno", soporta métodos más rudos de fabricación y aumentará por mucho la potencia del chip.

    • yo opino que a largo plazo se va superar ese limite de nanometros, de hecho pienso que no hay limite (estoy loco?) pues cada vez siempre se dice que hay limites pero al cabo de un tiempo los estamos superando, asi que te apuesto a que el tamaño de esas "callecitas" va seguir disminuyendo a quien sabe que tamaño, la siguiente escala de los nanometros son los picometros (eso lo dije en otro comentario pero se borro :(

      • En realidad, por ahora nos falta mucho por alcanzar algún límite.

        Cuando digo en el artículo del límite actual, me refiero al límite con los procesos de fabricación actuales (específicamente, litografía), pero como pueden leer en los artículos anteriores de eliax, ya estamos avanzando en llegar a medidas mucho menores que incluso un átomo, pudiendo por ejemplo almacenar datos en un solo electrón.

        Y obviamente, sabemos que electrones, protones y neutrones están compuestos de otras sustancias (cuarks, gluons, etc), y que esos a su vez posiblemente sean representaciones de cuerdas (como en Teoría de Cuerdas), por lo que por el momento las posibilidades son prácticamente infinitas... :)

  • creia que el proseso de manufactura se referia al tamaño de los transsistores y no al de las lineas. o es que se aplica a todo los componemts del chip?

  • Bueno, a esperar a la computación cuántica entonces :)

  • Creo que para dejar mas claro lo del mas barata seria algo asi.

    El precio del modelo punta de la empresa simpre sera mas o menos el mismo, pero si la computadora que hoy usas es la que la nasa usaba hace 5 años. antes solo la nasa podria pagarlo, ahora tu puedes, y la nasa tien algo mas caro, que tu tendras cuando baje de precio

  • me parece que lo que comentan aqui es aplicable solo al proceso de fabricacion. la empresa tendra menos costo de operacion, gastara menos materia prima y podra decir que es amigable con el ambiente, o cosas por el estilo.

    pero el precio del ship esta dominado por la comercializacion o mercadeo de cada producto, y en mercadeo menos costo de produccion no es igual a menos costo al consumidor final. siento comentar que siempre dependeremos de la politica de mercadeo y no del proceso de produccion.

    • Eso que dices es bastante cierto.

      Acá solo hablo del costo de fabricación desde el punto de vista del fabricante, no del precio final al consumidor, pues como bien notas, los costos de mercadeos permanecen constantes, así como los costos de transporte, etc.

      Sin embargo, al final del proceso el consumidor sí ve una mejora en los precios y/o rendimientos de las nuevas generaciones de productos.

  • Sobre esta reducción del tamaño de los procesadores, siguiendo la ley de Moore, me parece bastante interesante la limitación del nivel atómico, sin embargo,me pregunto como solucionaran el problema de los aislantes de dichos procesadores. Por otra parte, dentro de los estudios que realizo actualmente he leído que existe bastante interés de parte de estas empresas para la fabricación de microprocesadores a partir de nanotubos de carbono (hojas de grafeno enrrolladas como tubos de diámetro nanométrico)quisiera saber si tienes algún tipo de información sobre esto

    • Edwin,

      La idea es dejar de pensar en insuladores, conductores, y otros factores del proceso de fabricación tradicional, y como aludí en el artículo investigar nuevas maneras de hacer computación, utilizando por el ejemplo el "spin" ("giro") de los electrones, o moléculas, o incluso luz.

      • "insulador" se oye muy mal en español, espero que nunca la añadan al diccionario.

        ¿Llegará algún día en el cual sepamos que hay un limite de miniaturización?

  • Oye Eliax, crees que algún día cercano la electronica será tan perfecta que por ejemplo ningún monitor, ninguna TV, ninguna MAC, ningun estereo doméstico tendrá que ir a servicio técnico porque nunca fallarán ?

    • En un futuro primero veremos dispositivos diseñados con tecnologías que admiten fallos como parte natural de su funcionamiento, después veremos una generación de dispositivos que se auto-arreglan ellos mismos, pero a largo plazo nada de eso será necesario ya que podremos recrear cualquier cosa de la materia misma en cualquier momento, como expresado en este artículo en eliax: http://eliax.com/index.cfm?post_id=7223

  • Lo de los costes de fabricación depende de varios factores. Uno de ellos es el silicio que no es barato, otro es la dificultad de construcción. Por ejemplo, un pentium 4 a 3Ghz tenia un rendimiento en el Passmark (RENDIMIENTO REAL DE UN PROCESADOR) de 421 y el peor i3 que hay ahora mimo trabaja a 1.2Ghz, mucho menos, sin embargo rinde en la misma prueba 1200, y un i7 995 rinde la friolera de 11825 y funciona a 3.6Ghz. Un procesador lo único que hace es sumar, y desplazar, es lo único que sabe hacer, así que si quiere multiplicar tiene que sumar y desplazar las veces que sean necesarias(en princio, peroe so se pude mejorar). Un sumador elemental es barato, fácil de fabricar pero lento. Según mejoramos estos sumadores la cosa se complica muchísimo y ya no hablar de si queremos hacer operaciones en coma flotante. Hay es donde reside gran parte del coste. Que construir ardware que sea mas eficiente(que por donde optan ahora mismo los desarrolladores, ya que el tamaño como dicen llega a su fin y lo de subir los Ghz no sale rentable por temas de disipación) es mucho mas caro, y se necesitan mucho mas transistores, algunos de los últimos procesadores ya contienen, si no me equivoco, unos 800 Millones de transistores... impresionante, y todos esos transistores están unidos entre si. Por supuesto también lo novedoso se paga y todas las empresas suelen hacer lo mismo, nada mas sacar el producto lo ponen mas caro puesto que hay gente que lo compra y luego cuando los forofos lo tienen bajan el precio para que lo compre la gente común.

    • Pablo,

      Silicio es el material más abundante y barato del mundo, se obtiene directamente de la arena, y precisamente por eso se eligió silicio, debido a su bajo costo y propiedades conductoras.

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"Vaya! Impresionante! No veo el dia en que cuando vaya de compras en un supermercado diga: "Hey! Esto lo vi hace x años en Eliax... :D"

por "-*Amber*-" en nov 22, 2011


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