La PlayStation 3 y los televisores Toshiba estrenar¨¢n 'chips' troceados

La frecuencia de 3 GHz en los microprocesadores para ordenador era un l¨ªmite dif¨ªcil de superar, porque se dispara el consumo de energ¨ªa y apenas mejoran sus prestaciones. Los procesadores de los pr¨®ximos a?os seguir¨¢n siendo m¨¢s densos, pero m¨¢s lentos. Su mayor capacidad de c¨¢lculo proceder¨¢ de la divisi¨®n del n¨²cleo en varios trozos y del redise?o del conjunto.

Pat Gelsinger, de Intel, dijo en una reciente conferencia que, a partir de ahora, el 70% de las ganancias de rendimiento de los procesadores proceder¨¢n de las mejoras de la arquitectura de los chips y s¨®lo el resto de megahercios adicionales. Se trata de un cambio importante en una compa?¨ªa que siempre hab¨ªa justificado, hasta la aparici¨®n del Centrino hace dos a?os, la mayor capacidad de sus procesadores en base a su frecuencia de trabajo m¨¢s elevada. Intel desde?¨® los intentos de AMD de promocionar en 2000 el rendimiento de su procesador Athlon por causas distintas de la velocidad del reloj interno de los chips.

Desde que se invent¨® el circuito integrado en 1959, la industria ha conseguido duplicar su rendimiento cada a?o y medio. Este hecho, observado por Gordon Moore y que ha dado pie a la llamada ley de Moore, se ha cumplido con regularidad hasta el a?o pasado. El tama?o de los transistores y de los chips seguir¨¢ reduci¨¦ndose como hasta ahora al menos hasta el a?o 2015, seg¨²n atestigua el ¨²ltimo informe de 2004 de ITRS. En cambio, la frecuencia de trabajo de los chips ha llegado a un tope.

La problem¨¢tica qued¨® clara cuando Intel sac¨® hace un a?o el Pentium 4 con tecnolog¨ªa de 90 nan¨®metros y 125 millones de transistores y s¨®lo era marginalmente superior al anterior Pentium 4 de 130 nan¨®metros y 55 millones de transistores. El consumo de energ¨ªa, adem¨¢s, pasaba de unos 90 vatios a casi 120 para frecuencias altas. Los Pentium M para port¨¢tiles introducidos el mes pasado apenas superan los dos gigahercios. La causa principal es que hay una corriente de fuga cuando el transistor est¨¢ desactivado y aumenta con la frecuencia. Con m¨¢s transistores en el procesador y por encima de 3,5 GHz, el consumo de energ¨ªa debido a las p¨¦rdidas se dispara y el chip se calienta a temperaturas de reactor nuclear.

Al hacerse el chip m¨¢s denso, siempre se hab¨ªa mejorado el rendimiento porque los electrones recorr¨ªan menos distancia. Con la tecnolog¨ªa de 90 nan¨®metros, la integraci¨®n ha sido perjudicial por las mayores fugas de energ¨ªa que soporta el substrato del transistor.

Varios n¨²cleos

Se est¨¢ trabajando en la fabricaci¨®n de transistores que consuman menos energ¨ªa, pero los esfuerzos principales provienen del redise?o de la arquitectura del procesador para que sea m¨¢s eficiente.

El dise?o m¨¢s radical es dividir el procesador en varias partes especializadas que est¨¦n en el mismo sustrato e interconectadas entre s¨ª. IBM fue la primera en introducir por esta v¨ªa en 2001 el Power4 con dos n¨²cleos y ha seguido haci¨¦ndolo con el procesador Power5.

La semana pasada IBM, Toshiba y Sony anunciaron un procesador de nueve n¨²cleos cuyas primeras aplicaciones ser¨¢n para la PlayStation 3 y los televisores digitales de Toshiba. Se llama Cell. IBM lo introducir¨¢ en los servidores de grandes prestaciones. La primera versi¨®n de este chip trabajar¨¢ a m¨¢s de 4 GHz. Cell podr¨¢ procesar 256.000 millones de c¨¢lculos por segundo (256 gigaflops). Una cuarta parte del la capacidad de trabajo de un discreto superordenador. Su potencia es ideal para mover el complejo mundo de los videojuegos en tres dimensiones, para las c¨¢maras digitales de v¨ªdeo y para los televisores de alta definici¨®n.

AMD mostr¨® en agosto pasado su Opteron con dos n¨²cleos que prev¨¦ colocar en el mercado a mediados de a?o. Sun lo har¨¢ con su futuro procesador para servidores. Intel ha anunciado que su pr¨®ximo Pentium tendr¨¢ varios n¨²cleos.

Con la proliferaci¨®n de port¨¢tiles, la reducci¨®n del consumo del procesador ha pasado a ser fundamental. Los Pentium II y Pentium III consum¨ªan entre 20 y 40 vatios, cantidad que se ha duplicado con los primeros Pentium 4 y triplicado con los ¨²ltimos. Para limitar el consumo, Intel ha introducido tecnolog¨ªas de proceso en paralelo, como Hyperthreading, m¨¢s memoria interna en el procesador y sistemas para bajar la velocidad cuando el ordenador va con bater¨ªa.

El uso de varios n¨²cleos en un procesador tambi¨¦n tiene graves inconvenientes. El problema se traslada entonces al sistema de interconexi¨®n, que est¨¢ limitado por la resistencia y capacitancia de los conectores, sean aluminio, cobre u otro metal de mejores propiedades. Otra v¨ªa son semiconductores distintos del silicio, como el germanio o indio o compuestos como SiGe o InP.

La industria prosigue su fren¨¦tico ritmo de integraci¨®n. Intel ha mostrado la pr¨®xima tecnolog¨ªa de fabricaci¨®n de chips con reglas de dise?o de 65 nan¨®metros, comercialmente viable en 2007, y se est¨¢ trabajando en la de 45 nan¨®metros para 2010. El informe del ITRS de diciembre detalla los procesos hasta el 2018, cuando se deber¨ªan fabricar chips de 22 nan¨®metros.

Menos ruido

Los fabricantes de ordenadores tambi¨¦n han acordado distribuir internamente los componentes de una manera m¨¢s eficiente para que los equipos sean menos ruidosos, m¨¢s compactos y tengan las conexiones internas y externas en el mismo sitio para uniformizar el dise?o y que sirvan los productos de distintos suministradores.

Se trata de la norma de fabricaci¨®n de ordenadores de sobremesa BTX, aprobada y respaldada por todos los fabricantes hace unos meses y que sustituir¨¢ a la actual ATX. Shuttle ya comercializa un ordenador ajustado a la nueva normativa.

Existen tres formatos, por si se quieren fabricar PC m¨¢s o menos compactos y con m¨¢s o menos ranuras para discos duros y lectores ¨®pticos. Esta uniformidad interna y externa har¨¢ que todos sean en esencia iguales en su construcci¨®n. Lo que importar¨¢ ser¨¢, como siempre, el procesador y la tarjeta gr¨¢fica, la capacidad de la memoria y del disco duro y los aparatos de lectura.