El tamaño del nodo de proceso de un procesador siempre es algo que se discute con frecuencia en las especificaciones del chip. Pero, ¿qué es eso y por qué importa?
¿Qué significa “tamaño del proceso”?
En este contexto, «proceso» se usa para describir el proceso de fabricación en lugar del procesador de la computadora. Se trata de cómo se fabrica el chip, no de lo que puede hacer. El tamaño del nodo de proceso, medido en nanómetros, describe el tamaño del elemento más pequeño posible de un procesador.
Imagínelo así: si el diseño de un procesador es una imagen digital, el tamaño de un “píxel” sería el tamaño del proceso. Por ejemplo, en el proceso actual de Intel, el elemento más pequeño posible es de 14 nanómetros o 14 nm. Cuanto menor sea el proceso, mayor será la resolución que se puede obtener. Como resultado, los fabricantes pueden hacer transistores y otros componentes más pequeños. Esto significa que se pueden meter más transistores en un espacio físico más pequeño. Esto proporciona algunos beneficios importantes, así como un par de desventajas.
¿Por qué más pequeño es mejor?
Si reduce todas las partes de un transistor por igual, las propiedades eléctricas de ese transistor no cambiarán. Y cuantos más transistores pueda caber en un espacio determinado, mayor potencia de procesamiento tendrá. Esto se debe a los aumentos en el paralelismo computacional y los tamaños de caché. Entonces, si está tratando de acelerar un chip o agregar nuevas funciones, existe un fuerte incentivo para reducir el tamaño de sus transistores.
Los procesos más pequeños también tienen una capacitancia más baja, lo que permite que los transistores se enciendan y apaguen más rápidamente mientras usan menos energía. Y si estás tratando de hacer un mejor chip, eso es perfecto. Cuanto más rápido un transistor puede activarse y desactivarse, más rápido puede funcionar. Y los transistores que se encienden y apagan con menos energía son más eficientes, lo que reduce la energía operativa o el «consumo dinámico de energía» que requiere un procesador. Un chip con un consumo de energía dinámico más bajo agotará las baterías más lentamente, su funcionamiento costará menos y será más ecológico.
Los chips más pequeños también son menos costosos de fabricar. Los chips están hechos en obleas circulares de silicio, como la de arriba. Una sola oblea normalmente contendrá docenas de troqueles de procesador. Un tamaño de proceso más pequeño creará un tamaño de troquel más pequeño. Y si el tamaño del troquel es más pequeño, cabrán más troqueles en una sola oblea de silicio. Esto conduce a un aumento en la eficiencia de fabricación, reduciendo los costos de fabricación. El desarrollo de un nuevo proceso requiere una gran inversión, pero una vez que se recupera ese costo, los costos por troquel se reducen significativamente.
¿Cuál es la desventaja de un tamaño de proceso más pequeño?
Los transistores más pequeños son más difíciles de fabricar. A medida que los transistores se encogen, se vuelve cada vez más difícil fabricar chips que funcionen a la velocidad de reloj más alta posible. Algunos chips no podrán funcionar a la velocidad máxima, y estos chips serán «envasados» o etiquetados como chips con velocidades de reloj más bajas o cachés más pequeños. Los procesos más pequeños generalmente tienen más chips agrupados a velocidades de reloj más bajas, ya que hacer un chip «perfecto» es más desafiante. Los fabricantes tienen cuidado de eliminar tantos problemas como sea posible, pero a menudo todo se reduce a las variaciones inevitables del mundo analógico.
Los transistores más pequeños también tienen una mayor «fuga». La fuga es una medida de la cantidad de corriente que permite el paso de un transistor cuando está en la posición «apagado». Esto significa que a medida que aumenta la fuga, también aumenta el consumo de energía estática o la cantidad de energía que consume un transistor mientras está inactivo. Un chip con mayor fuga requiere más energía incluso cuando no está activo, lo que agota las baterías más rápido y funciona de manera menos eficiente.
Un proceso más pequeño podría tener un rendimiento más bajo, lo que daría como resultado menos chips completamente funcionales. Esto puede causar retrasos en la producción y escasez. Eso hace que sea más difícil recuperar la inversión requerida para desarrollar un nuevo proceso. Este elemento de riesgo subyace a cualquier nuevo proceso de fabricación, pero es especialmente cierto para un proceso tan preciso como la fabricación de semiconductores.
Por supuesto, los fabricantes intentan reducir o eliminar estos problemas cuando desarrollan un nuevo proceso, y con frecuencia tienen éxito. Es por eso que obtenemos chips que son más rápidos y eficientes incluso cuando el tamaño del proceso se reduce.
Conclusión
Reducir el tamaño del proceso es difícil, pero los beneficios crean un fuerte incentivo para que los fabricantes busquen procesos cada vez más pequeños. Y gracias a ese impulso, los consumidores obtienen chips más rápidos y eficientes cada dos años. Son estos avances los que hicieron posibles maravillas tecnológicas como los teléfonos inteligentes, y que permitirán la próxima generación de logros tecnológicos.