La PlayStation 3 y los televisores Toshiba estrenarán 'chips' troceados

La frecuencia de 3 GHz en los microprocesadores para ordenador era un límite difícil de superar, porque se dispara el consumo de energía y apenas mejoran sus prestaciones. Los procesadores de los próximos años seguirán siendo más densos, pero más lentos. Su mayor capacidad de cálculo procederá de la división del núcleo en varios trozos y del rediseño 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 procederán de las mejoras de la arquitectura de los chips y sólo el resto de megahercios adicionales. Se trata de un cambio importante en una compañía que siempre había justificado, hasta la aparición del Centrino hace dos años, la mayor capacidad de sus procesadores en base a su frecuencia de trabajo más elevada. Intel desdeñó 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 inventó el circuito integrado en 1959, la industria ha conseguido duplicar su rendimiento cada año 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 año pasado. El tamaño de los transistores y de los chips seguirá reduciéndose como hasta ahora al menos hasta el año 2015, según atestigua el último informe de 2004 de ITRS. En cambio, la frecuencia de trabajo de los chips ha llegado a un tope.

La problemática quedó clara cuando Intel sacó hace un año el Pentium 4 con tecnología de 90 nanómetros y 125 millones de transistores y sólo era marginalmente superior al anterior Pentium 4 de 130 nanómetros y 55 millones de transistores. El consumo de energía, además, pasaba de unos 90 vatios a casi 120 para frecuencias altas. Los Pentium M para portátiles introducidos el mes pasado apenas superan los dos gigahercios. La causa principal es que hay una corriente de fuga cuando el transistor está desactivado y aumenta con la frecuencia. Con más transistores en el procesador y por encima de 3,5 GHz, el consumo de energía debido a las pérdidas se dispara y el chip se calienta a temperaturas de reactor nuclear.

Al hacerse el chip más denso, siempre se había mejorado el rendimiento porque los electrones recorrían menos distancia. Con la tecnología de 90 nanómetros, la integración ha sido perjudicial por las mayores fugas de energía que soporta el substrato del transistor.

Varios núcleos

Se está trabajando en la fabricación de transistores que consuman menos energía, pero los esfuerzos principales provienen del rediseño de la arquitectura del procesador para que sea más eficiente.

El diseño más radical es dividir el procesador en varias partes especializadas que estén en el mismo sustrato e interconectadas entre sí. IBM fue la primera en introducir por esta vía en 2001 el Power4 con dos núcleos y ha seguido haciéndolo con el procesador Power5.

La semana pasada IBM, Toshiba y Sony anunciaron un procesador de nueve núcleos cuyas primeras aplicaciones serán para la PlayStation 3 y los televisores digitales de Toshiba. Se llama Cell. IBM lo introducirá en los servidores de grandes prestaciones. La primera versión de este chip trabajará a más de 4 GHz. Cell podrá procesar 256.000 millones de cálculos 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 cámaras digitales de vídeo y para los televisores de alta definición.

AMD mostró en agosto pasado su Opteron con dos núcleos que prevé colocar en el mercado a mediados de año. Sun lo hará con su futuro procesador para servidores. Intel ha anunciado que su próximo Pentium tendrá varios núcleos.

Con la proliferación de portátiles, la reducción del consumo del procesador ha pasado a ser fundamental. Los Pentium II y Pentium III consumían entre 20 y 40 vatios, cantidad que se ha duplicado con los primeros Pentium 4 y triplicado con los últimos. Para limitar el consumo, Intel ha introducido tecnologías de proceso en paralelo, como Hyperthreading, más memoria interna en el procesador y sistemas para bajar la velocidad cuando el ordenador va con batería.

El uso de varios núcleos en un procesador también tiene graves inconvenientes. El problema se traslada entonces al sistema de interconexión, que está limitado por la resistencia y capacitancia de los conectores, sean aluminio, cobre u otro metal de mejores propiedades. Otra vía son semiconductores distintos del silicio, como el germanio o indio o compuestos como SiGe o InP.

La industria prosigue su frenético ritmo de integración. Intel ha mostrado la próxima tecnología de fabricación de chips con reglas de diseño de 65 nanómetros, comercialmente viable en 2007, y se está trabajando en la de 45 nanómetros para 2010. El informe del ITRS de diciembre detalla los procesos hasta el 2018, cuando se deberían fabricar chips de 22 nanómetros.

Menos ruido

Los fabricantes de ordenadores también han acordado distribuir internamente los componentes de una manera más eficiente para que los equipos sean menos ruidosos, más compactos y tengan las conexiones internas y externas en el mismo sitio para uniformizar el diseño y que sirvan los productos de distintos suministradores.

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

Existen tres formatos, por si se quieren fabricar PC más o menos compactos y con más o menos ranuras para discos duros y lectores ópticos. Esta uniformidad interna y externa hará que todos sean en esencia iguales en su construcción. Lo que importará será, como siempre, el procesador y la tarjeta gráfica, la capacidad de la memoria y del disco duro y los aparatos de lectura.