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La Ley de Moore: El pasado y el futuro

Cofundador de Intel, Gordon Moore.
Intel, Gordon Moore

[22/05/2015] Cuando se está poniendo el más reciente smartwatch o está comiéndose con los ojos un iPhone, probablemente no esté pensando en la Ley de Moore, que por 50 años ha sido usada como base de diseño para hacer que las computadoras sean más chicas, baratas y rápidas.

Sin la Ley de Moore es muy probable que los nuevos tipos de computadoras, como los Hololens de Microsoft -un wearable con el que los usuarios pueden interactuar con imágenes flotantes-, no hubieran podido ser desarrolladas. Por décadas, la Ley de Moore ha sido una estrella guía para el desarrollo de los dispositivos electrónicos modernos, aunque en años recientes su relevancia ha sido un tema de debate.

La Ley de Moore no es una teoría científica, sino una serie de observaciones y predicciones hechas por el cofundador de Intel, Gordon Moore, en un artículo [haga clic aquí para descargar] publicado por primera vez el 19 de abril de 1965 en Electronics Magazine, que fueron posteriormente modificadas.

Su predicción central sostiene que la densidad de los transistores, o el número de transistores en un área dada, se duplicaría cada dos años, lo que daría lugar al doble de desempeño. En líneas generales, eso significa que en 18 a 24 meses, podría comprar una computadora que es significativamente más rápida de lo que tiene en este momento, por la misma cantidad de dinero.

La industria tecnológica originalmente interpretó esto como que fabricar chips se haría cada vez más barato gracias a las economías de escala: al duplicarse la densidad del transistor, los chips se encojen, el procesamiento se acelera y el costo por procesador cae. En las últimas cinco décadas, el mundo tecnológico ha basado sus planes de productos y sus estrategias de fabricación en torno a este concepto, lo cual la ha llevado a dispositivos más pequeños, baratos y rápidos.

Los avances en la fabricación también han hecho que los chips sean más energéticamente eficientes, lo cual ha ayudado a aprovechar más la batería de nuestros dispositivos.

Sin la Ley de Moore, "no creo que hubiéramos podido tener un teléfono inteligente en la palma de la mano, afirma Randhir Thakur, vicepresidente ejecutivo y gerente general del Silicon Systems Group de Applied Materials.

Sin embargo, los ingenieros han predicho que la Ley de Moore morirá en la próxima década debido a los retos físicos y económicos. Las computadoras convencionales podrían ser reemplazadas por computadoras cuánticas y sistemas con chips similares a un cerebro o neuronales, que funcionan diferente a los procesadores actuales. El silicio también podría ser reemplazado por chips fabricados usando nuevos materiales, como grafeno o nanotubos de carbono.

Intel aplicó las observaciones de Moore primero a los productos de memoria, logrando como beneficio un costo más bajo por bit. Después aplicó la Ley de Moore a los circuitos integrados y al primer chip de Intel en 1971, el 4004, que tuvo 2.300 transistores. Los últimos chips de Intel tienen miles de millones de transistores, son 3.500 veces más rápidos y 90 mil veces más eficientes energéticamente.

Desde entonces, la Ley de Moore ha sido lo suficientemente flexible como para adaptarse a los cambios en la computación. Fue la fuerza detrás de la impresionante mejora en el desempeño de la computadora en los años 90, y en la reducción en el consumo de energía en la última década, afirmó Mark Bohr, senior fellow de Intel.

"El tipo de desempeño que tuvimos en las desktops hace 15 años es equiparado con el de las laptops y teléfonos inteligentes en nuestras manos hoy, señaló Bohr.

La Ley de Moore está siendo usada como un principio guía en el desarrollo de los wearables, dispositivos de la Internet de las Cosas y hasta robots que pueden reconocer objetos y tomar decisiones. También afecta a un rango diverso de productos como autos, dispositivos de salud y electrodomésticos, que ahora dependen más de los circuitos integrados para tener funcionalidades, añadió Bohr.

Los ingenieros están de acuerdo en que la Ley de Moore podría encontrarse en sus últimas fases ya que los chips se están reduciendo hasta llegar a la escala de los átomos, e incluso Intel presenta problemas en mantener el ritmo. Gordon Moore ha revisado la Ley de Moore durante los últimos 50 años y en múltiples ocasiones ha expresado dudas sobre su longevidad. En una entrevista reciente con IEEE Spectrum, Moore dijo que mantener el ritmo era "cada vez más difícil.

Las innovaciones de Intel han mantenido a la Ley de Moore vigente, siendo el avance tecnológico más reciente el FinFET, en donde los transistores son colocados uno encima de otro para que así se puedan empacar más características en los chips. Intel ha gastado miles de millones de dólares estableciendo nuevas fábricas, y las innovaciones como el silicio rígido, el high-k metal gate y el FinFET han ayudado a darle a la Ley de Moore una mayor longevidad.

"Debido a que Intel trabaja duro en ello, todos los días surgen nuevas aplicaciones intensivas en cómputo, señaló Xian-He Sun, profesor distinguido de ciencias de la computación en el Illinois Institute of Technology de Chicago.

Pero se está volviendo difícil grabar un número creciente de características en chips cada vez más pequeños, los cuales son cada vez más susceptibles a una amplia gama de errores y defectos. Se requiere más atención en el diseño y fabricación de los chips, y se necesita utilizar más procesos y personal para evitar los errores.

Además, dada la investigación que se está realizando en nuevos materiales y tecnologías, el silicio podría estar de salida, un cambio que fundamentalmente podría transformar la Ley de Moore. Hay bastante interés respecto a la familia de los llamados materiales III-V -compuestos basados en elementos de las terceras y quintas columnas de la tabla periódica- como arseniuro de galio o arseniuro de galio indio.

"La Ley de Moore está transformándose en algo que tiene que ver con nuevos materiales, afirmó Alex Lidow, un veterano de la industria de los semiconductores y CEO de Efficient Power Conversion (EPC).

EPC está haciendo posible el reemplazo del silicio, el nitruro de galio (GAN), que es un mejor conductor de electrones, dándole ventajas de desempeño y eficiencia energética frente al silicio, anotó Lidow. GAN ya se está usando para conversión de energía y comunicaciones inalámbricas, y podría llegar hasta los chips digitales algún día, aunque Lidow no pudo proveer una línea de tiempo.

"Por primera vez en 60 años existen candidatos válidos para lograr un material superior en lugar de lograr una menor cantidad de características, indicó Lidow.

La economía de la fabricación de chips más pequeños y rápidos también está por derrumbarse. Se está volviendo más caro crear fábricas avanzadas, y las ganancias por fabricar esos chips se están reduciendo. Importantes herramientas como las litografías EUV (ultravioleta extremo), que transfiere patrones de circuitos a los sustratos, harían que fuese posible reducir los chips a tamaños inclusive más pequeños, pero no están disponibles aún.

"El semiconductor siempre se ha enfrentado a retos, que han reducido la velocidad. Ahora nos enfrentamos a una pared, señaló Jim McGregor, analista principal analista de Tirias Research.

Los expertos no pueden predecir donde estará la Ley de Moore dentro de unos años, pero con el tiempo va a desaparecer ya que se va a perder el sentido práctico de la física y economía implicadas en hacer chips más pequeños. Sin embargo, el legado de la Ley de Moore continuará como un modelo para reducir los precios de los componentes, lo que nos lleva a dispositivos y computadoras más baratos, anotó McGregor.

El artículo de Moore en 1965 marcó el comienzo de una era de cambio tecnológico cada vez mayor. "Hemos puesto servidores del tamaño de una habitación en un chip móvil. Es increíble lo que hemos hecho en ese periodo de tiempo, finalizó McGregor.

Agam Shah, IDG News Service