La nueva tecnología de chips de IBM muestra el siguiente gran paso en la ley de Moore



Traducido del artículo original publicado por Jason Dorrier el 9 de mayo de 2021 en SingularityHub: https://singularityhub.com/2021/05/09/ibms-next-generation-chip-tech-shows-off-next-step-in-moores-law/

Cada vez más, la vida moderna depende de la habilidad con la que transportamos electrones a través de los laberintos a nanoescala grabados en los chips de las computadoras. Estos procesadores ya no son solo para computadoras portátiles, se usan en su automóvil, su termostato, su refrigerador y microondas.

Y la pandemia ha revelado cuán profundamente dependemos de ellos.

Una escasez global de chips de computadora, claro que provocada por problemas en la cadena de suministro y la demanda vacilante, está afectando actualmente a los fabricantes de dispositivos, y también a los fabricantes de automóviles, aspiradoras y estufas.

Claramente, estamos atrapados.

Tal vez no sea sorprendente que cuando las empresas anuncian mejoras en los chips de computadora, con mayor rapidez y eficiencia, al mundo le interesa. Esta semana, le tocó el turno de IBM de aparecer en los titulares.

La compañía, que alguna vez fue sinónimo de todo lo relacionado con la informática, anunció una demostración de un proceso de fabricación de chips de 2 nanómetros (nm).

En un comunicado de prensa, IBM dijo que el nuevo proceso generaría unos 50 mil millones de transistores en un chip del tamaño de una uña. También generaría chips que serían un 75 por ciento más eficientes o un 45 por ciento más rápidos que los chips actuales de 7 nm.

A primera vista, parecería que IBM se adelantó mucho en la carrera por la alta tecnología de chips. Los últimos chips de Intel utilizan un proceso de 10nm y los de TSMC utilizan un proceso de 7nm. Y la compañía ha hecho un progreso muy bueno y notable aquí. Pero comparar fichas es complicado. Por lo tanto, vale la pena analizar un poco más las noticias para comprender mejor el panorama general.

Nanómetro con nanómetro es manzanas con naranjas

El progreso en los chips de computadora se ha medido durante mucho tiempo en escalas de nanómetros. Cada reducción produce cada vez más componentes, en particular transistores, empaquetados en la misma área. Y hubo un tiempo, en décadas pasadas, cuando la nomenclatura nanométrica realmente coincidía con el tamaño de ciertos elementos del chip. Pero ese tiempo llegó a su fin. A medida que avanzó la tecnología de chips, las medidas de los componentes de los chips se desvincularon de la convención de nomenclatura de cada generación.

Cuando hace poco más de una década los chips dieron el último gran salto a FinFET, un diseño de transistor 3D con forma de aleta, la medida en nanómetros prácticamente careció de sentido. No se relacionó con ninguna dimensión del chip. Actualmente existe un debate sobre qué nueva medida, o combinación de medidas, refleja mejor el progreso. Y aunque esto también está resultando bastante complicado, una especificación que proponen los expertos es la densidad de transistores por milímetro cuadrado.

Para ver por qué la antigua nomenclatura es confusa, compare los chips de 10nm de Intel con los chips de 7nm de TSMC. Los dos en realidad tienen densidades de transistores más o menos equivalentes. Intel tiene una densidad de 100 millones de transistores por milímetro, con lo que supera a los 91 millones por milímetro cuadrado de TSMC. (Visite este sitio para ver una tabla práctica que compara el proceso y la densidad de transistores de los chips.)

IBM no indicó explícitamente la densidad de transistores. Pero después de aclarar exactamente a qué tamaño de "uña" se referían —los representantes de la compañía dijeron que eran unos 150 milímetros cuadrados—, una publicación en AnandTech calculó que el nuevo proceso de IBM produciría unos 333 millones de transistores por milímetro cuadrado. Lo que, de hecho, está más allá de cualquier cosa en producción. Dicho esto, un chip de 3nm que TSMC está fabricando para Apple dice que podría contener casi 300 millones de transistores por milímetro cuadrado y entrar en producción el próximo año (2022).

Nanohojas: ¿El siguiente paso en la ley de Moore?

La noticia más significativa, aunque menos anunciada aquí, es el diseño de los transistores en sí. La nueva tecnología de IBM, denominada transistores de nanohoja o compuertas alrededor, es la sucesora tan esperada de los transistores FinFET actuales. La compañía ha estado trabajando en esta tecnología desde 2017.

Los transistores FinFET consisten en un canal en forma de aleta rodeado en tres lados por una "puerta" que controla el flujo de electrones. Pero los transistores de nanoplata (compuertas alrededor) de IBM tienen en su lugar canales en capas. Las capas están apiladas una encima de la otra y están rodeadas por compuertas. Este último elemento es la pieza más crítica. Los transistores de compuertas alrededor brindan un mejor control de la corriente a través del canal, evitan fugas y aumentan la eficiencia.

Transistores de nanohojas fabricados con el nuevo proceso de 2nm de IBM. Crédito de la imagen: IBM

“Es una tecnología tremendamente emocionante”, dijo Jesús del Alamo, profesor del MIT que se especializa en tecnologías novedosas de transistores, a Wired. "Es un diseño completamente nuevo que impulsa los diseños para el futuro". Y aunque IBM puede ser el primero en mostrar tecnología a este nivel, es probable que no sea el último. Samsung y TSMC probablemente seguirán su ejemplo.

Es demasiado pronto para hacer comparaciones serias de rendimiento entre los chips de producción actuales y los chips futuros que utilicen los nuevos transistores de IBM, pero lo seguro es que ofrecerán notables mejoras. Dan Hutcheson, director ejecutivo de la empresa de análisis VLSI Research, dijo a Wired que las mejoras de rendimiento estimadas de IBM en realidad parecían conservadoras y calificó el trabajo como un "hito para la industria".

Chips de próxima generación

¿Cuándo podría comprar un dispositivo con uno de estos chips? Probablemente no por ahora.

Aunque IBM todavía diseña chips, vendió su negocio de fabricación de chips en 2014. Esta nueva tecnología proviene de sus instalaciones de investigación en Albany, Nueva York y es un prototipo, no un chip listo para producción. En los próximos años, IBM completará el proceso, momento en el que puede abrirse camino en los chips de producción mediante acuerdos de licencia con socios como Intel y Samsung.

La industria no se ha detenido. Hay una especie de renacimiento en la industria de los chips en este momento.

Ya no se trata solo de gastar miles de millones para extraer algunos pocos puntos adicionales de rendimiento de los chips tradicionales. Hay energía e innovación que revitalizan el sector y provocan una explosión cámbrica de curiosos diseños para fines específicos, como la inteligencia artificial. Y gran parte de esto se lleva a cabo fuera de las grandes empresas.

Por primera vez en años, el capital de riesgo está llegando a las nuevas empresas; de hecho, más de $ 12 mil millones se destinaron a más de 400 empresas de chips solo en 2020.

Así, incluso en medio de la sequía de chips de este año, parece que el monzón se está acumulando. ¡Nos seguimos leyendo!

Crédito de la imagen: IBM

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