MTE explica: ¿Qué es el tamaño del proceso de un procesador y por qué es importante?

El tamaño del nodo de proceso de un procesador es siempre algo que se comenta 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 utiliza 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 que los transistores y otros componentes sean más pequeños. Esto significa que se pueden colocar 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 encoge 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 dado, 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 con menos energía. Y si está tratando de hacer un mejor chip, es perfecto. Cuanto más rápido se encienda y apague un transistor, más rápido funcionará. Y los transistores que se encienden y apagan con menos energía son más eficientes, reduciendo la potencia operativa o el «consumo dinámico de energía» que requiere un procesador. Un chip con menor consumo de energía dinámica agotará las baterías más lentamente, su funcionamiento será más económico y será más ecológico.

Los chips más pequeños también son menos costosos de hacer. Los chips se fabrican en obleas circulares de silicio, como la de arriba. Una sola oblea normalmente contendrá docenas de procesadores. Un tamaño de proceso más pequeño creará un tamaño de dado más pequeño. Y si el tamaño de la matriz es menor, caben más matrices en una sola oblea de silicio. Esto conduce a un aumento de la eficiencia de fabricación, reduciendo los costes de fabricación. El desarrollo de un nuevo proceso requiere una inversión importante, pero una vez que se recupera ese costo, los costos por dado 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, cada vez es más difícil fabricar chips que funcionen a la mayor velocidad de reloj posible. Algunos chips no podrán funcionar a la máxima velocidad y estos chips serán «agrupados» o etiquetados como chips con velocidades de reloj más bajas o cachés más pequeños. Los procesos más pequeños generalmente tienen más chips almacenados 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 se reduce a las inevitables variaciones del mundo analógico.

Los transistores más pequeños también tienen una mayor «fuga». La fuga es una medida de cuánta corriente deja pasar un transistor cuando está en la posición «apagado». Esto significa que a medida que aumenta la fuga, también lo hace 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 con menos eficiencia.

Un proceso más pequeño puede tener un rendimiento menor, lo que resulta en menos chips completamente funcionales. Esto puede provocar retrasos en la producción y escasez. Eso hace que sea más difícil recuperar la inversión necesaria para desarrollar un nuevo proceso. Este elemento de riesgo subyace en cualquier proceso de fabricación nuevo, 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 persigan 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.

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