¿Qué es la ley de Moore y por qué está muriendo?

Si ha estado prestando atención a los medios tecnológicos durante la última década, probablemente habrá oído hablar de la Ley de Moore y cómo aparentemente está muriendo. Desafortunadamente, es difícil describir qué es la Ley de Moore y cómo está muriendo exactamente en una noticia estándar. Aquí encontrará todo lo que necesita saber sobre la Ley de Moore, lo que significa para los procesadores, por qué la gente dice que está muriendo y cómo las empresas están encontrando soluciones.

Una ley descriptiva de cómo ha funcionado la industria de los chips durante décadas

La Ley de Moore fue acuñada por el cofundador de Intel, Gordon Moore, en 1965 y predice que cada dos años, el número de transistores (básicamente el componente más pequeño de un procesador) se duplicará. Entonces, si estás construyendo el chip más grande posible en un año, deberías poder fabricar un chip que tenga el doble de transistores dos años después. Si la industria puede fabricar un procesador con un millón de transistores en un año, dentro de dos años debería ser posible fabricar un chip con dos millones de transistores.

Esto tiene que ver en gran medida con la forma en que se fabrican los chips mediante algo llamado nodo de proceso. Se supone que cada nuevo proceso es más denso que el anterior, y es por eso que la industria ha podido cumplir las proyecciones de la Ley de Moore durante décadas. Quizás se pregunte por qué es necesaria la densidad para seguir aumentando los transistores; ¿Por qué no hacer un chip más grande cada año? Bueno, un solo chip sólo puede tener un tamaño limitado. Los chips más grandes jamás fabricados en gran volumen tienen como máximo 800 mm2, que caben fácilmente en la palma de la mano. Por lo tanto, es necesaria una mayor densidad para introducir más transistores en un chip.

Durante la mayor parte de la historia de la informática, las empresas de fabricación (coloquialmente llamadas fabs) pudieron lanzar nuevos nodos de proceso cada uno o dos años y mantener la Ley de Moore funcionando. Además, los nuevos nodos también mejoraron la frecuencia (a veces llamada simplemente rendimiento) y la eficiencia energética, por lo que utilizar el proceso más reciente o el segundo más reciente era generalmente lo que querían las empresas, a menos que estuvieran haciendo algo básico. La Ley de Moore fue simplemente algo incuestionable que sucedió y se dio por sentado.

Cómo está muriendo la ley de Moore

La industria esperaba que la gran cantidad de nuevos nodos cada año continuara para siempre, pero todo se vino abajo en el siglo XXI. Una señal preocupante fue el fin del escalamiento de Dennard, que predijo que los transistores más compactos podrían alcanzar velocidades de reloj más altas, pero eso dejó de ser cierto alrededor de la marca de 65 nm a mediados de la década de 2000. En tamaños tan pequeños, los transistores mostraban un comportamiento nuevo que ningún físico podría haber previsto.

Pero el fin del escalamiento de Dennard no fue nada comparado con la crisis que casi todas las fábricas del mundo enfrentaron en torno a los 32 nm a principios de la década de 2010. Reducir los transistores por debajo de los 32 nm fue extremadamente difícil y, durante años, Intel fue la única empresa que logró realizar la transición al nodo de 22 nm, la siguiente actualización completa después de los 32 nm. No fue hasta mediados de la década de 2010 que los competidores de Intel pudieron ponerse al día, pero para entonces la industria había cambiado sustancialmente.

El gráfico anterior ilustra la cantidad de empresas a lo largo de los años que pudieron crear nodos líderes en la industria en un año y una generación determinados. Esta cifra había ido disminuyendo durante años, pero pareció estabilizarse entre finales de la década de 2000 y principios de la de 2010. Luego, cuando las empresas empezaron a darse cuenta de lo difícil que sería avanzar más allá de los 32 nm, tiraron la toalla. Catorce fábricas de vanguardia llegaron al nodo de 45 nm, pero solo seis de ellas llegaron al nodo de 16 nm. Hoy en día, sólo tres de esas fábricas siguen a la vanguardia: Intel, Samsung y TSMC. Muchos, sin embargo, esperan que Samsung o Intel eventualmente se unan a las filas de los caídos.

Incluso las empresas que pueden desarrollar estos nuevos nodos no pueden igualar las ganancias de generación en generación de los nodos más antiguos. Cada vez es más difícil hacer que los chips sean más densos; El nodo de 3 nm de TSMC en realidad no logró reducir el caché, lo cual es desastroso. Y si bien el aumento de la densidad disminuye con cada generación, la producción se vuelve más cara, lo que provoca que El costo por transistor se ha estancado desde los 32 nm, lo que hace más difícil vender procesadores a precios más bajos. precios. Las mejoras en el rendimiento y la eficiencia tampoco son tan buenas como solían ser.

Todo esto en conjunto es lo que significa la muerte de la Ley de Moore para las personas. No se trata sólo de no duplicar los transistores cada dos años; se trata de aumentar los precios, chocar contra muros en el rendimiento y no poder aumentar la eficiencia tan fácilmente como antes. Este es un problema existencial para toda la industria informática.

Cómo las empresas están cumpliendo las expectativas de la Ley de Moore incluso cuando está agonizando

Si bien la muerte de la Ley de Moore es innegablemente un problema creciente, cada año trae consigo innovación de actores clave, muchos de los cuales están encontrando formas de evitar por completo los problemas de fabricación que han afectado a la industria durante años. Si bien la Ley de Moore habla de transistores, el espíritu de la Ley de Moore puede mantenerse vivo simplemente cumpliendo con las normas tradicionales. mejoras de rendimiento de generación en generación, y la industria tiene muchas herramientas a su disposición, herramientas que ni siquiera existían. una década atrás.

La tecnología de chiplets de AMD e Intel (que Intel llama mosaicos) no sólo ha demostrado cumplir con las expectativas de rendimiento de la Ley de Moore, sino también con las expectativas de transistores. Si bien es cierto que un solo chip solo puede tener un tamaño limitado, en teoría se podrían agregar muchísimos chips a un solo procesador. Un chiplet es esencialmente un pequeño chip que se combina con otros chiplets para formar un procesador completo. La adopción de chiplets por parte de AMD en 2019 permitió a la empresa duplicar la cantidad de núcleos que ofrecía en computadoras de escritorio y servidores.

Además, los chiplets pueden especializarse, y aquí es donde la tecnología realmente brilla frente a la moribunda Ley de Moore. Dado que el caché no se está reduciendo realmente en los nodos más nuevos, ¿por qué no colocar todo el caché en chiplets utilizando nodos más antiguos y más baratos y los núcleos de procesador en chiplets con el nodo más reciente? Eso es lo que AMD ha estado haciendo con su Caché V 3D y su memoria caché muere (o MCD) en GPU RX 7000 de alta gama como la RX 7900 XTX. Algunos de los mejores CPU y mejores GPU de AMD no sería posible sin chiplets.

Nvidia, por su parte, ha proclamado con orgullo la muerte de la Ley de Moore y lo ha apostado todo por la IA. Al acelerar las cargas de trabajo a través de núcleos Tensor con capacidad de IA, el rendimiento puede fácilmente duplicarse o más, por lo que Nvidia no ha tocado los chiplets en absoluto. Sin embargo, la IA es ciertamente una solución que requiere más software. DLSS, la tecnología de mejora de resolución impulsada por IA de Nvidia, requiere esfuerzo tanto de los desarrolladores de juegos como de Nvidia para implementarla en los juegos, y DLSS tampoco es perfecto.

La única otra opción además de estas dos es simplemente mejorar la arquitectura de los procesadores y obtener más rendimiento con la misma cantidad de transistores. Este camino ha sido históricamente muy difícil de recorrer para las empresas, y si bien las nuevas generaciones de Los procesadores aportan mejoras arquitectónicas, la mejora del rendimiento suele ser de un solo dígito. porcentajes. De todos modos, podría ser necesario que los diseñadores de chips se centren más en las actualizaciones arquitectónicas de ahora en adelante porque esto no es sólo una fase.