Moore dijo que el número de transistores por unidad de superficie en circuitos integrados se duplicaría cada dos años. Esta simple frase ha tenido una gran influencia en la mayoría de los avances de la era digital, desde el PC hasta las supercomputadoras. Siempre que se habla de la evolución de los ordenadores aparece la famosa Ley de Moore.
Los microprocesadores llevan décadas mejorando nuestras vidas. Estos pequeños chips, no solo están presentes en los ordenadores, sino en todo tipo de equipos electrónicos, desde un coche de última generación hasta un electrodoméstico, como la lavadora, o el control de la calefacción. Una particularidad que tienen los microprocesadores es que constantemente están saliendo modelos nuevos que mejoran los anteriores. Esto supone que los dispositivos que los usan pueden hacer más cosas y de forma más rápida. Por tanto, las grandes novedades tecnológicas están muy relacionadas con el avance de los microprocesadores.
Quién es Gordon Moore
Gordon Earle Moore nació en 1929 en San Francisco (Estados Unidos). Estudió la carrera de Química y en 1954 obtuvo su doctorado en el Instituto de Tecnología de California. Empezó a trabajar en el laboratorio de semiconductores del físico William Shockley. Junto a John Bardeen y Walter Houser, Shockley recibiría el premio Nobel en Física en 1956 por sus trabajos de investigación sobre los semiconductores. Shockley fundaría la Shockley Semiconductor Laboratory, primera compañía de semiconductores instalada en Silicon Valley.
A pesar de ello, tanto Moore como otros siete compañeros abandonarían a Shockley en 1957 para formar parte de la empresa que había creado recientemente Sherman Fairchield: Fairchield Semiconductor. A Moore lo harían Director de Investigación y Desarrollo de esta empresa en 1965. Por este motivo, la revista Electronics lo entrevistó y, a una de las pregunta Moore respondió con la reflexión que luego se convertiría en la Ley Moore. La entrevista se publicaría el 19 de abril de 1965 y en ella Morre decía literalmente: ‘el número de transistores por pulgada cuadrada en los circuitos integrados se ha duplicado cada año desde que se inventó el circuito integrado’. Además añadiría que esta tendencia seguiría durante, al menos, los siguientes diez años.
Diez años más tarde corrigió su observación y dijo que la duplicación del número de transistores se daría cada dos años, no cada año. Esta corrección es la que ha quedado como definitiva en la conocida Ley Moore.
Junto con el empresario Robert Noyce, Moore fundo en 1968 la empresa NM Electronics (por Noyce y Moore). No obstante, poco después le cambiaron el nombre por Intel Corporation (por Integrated Electronics). Moore fue nombrado presidente de Intel en 1979 y ocupó este cargo hasta 1987. Por cierto, el cofundador Robert Noyce, no solo era el inventor del primer circuito integrado de silicio (lo patentó en julio de 1959), sino que también era cofundador de Fairchild Semiconductor.
El trabajo de Gordon Moore como científico y empresario ha sido merecedor de múltiples reconocimientos.
La Ley de Moore
Desde el punto de vista de la fabricación, los circuitos integrados, incluidos los microprocesadores, no son más que un conjunto de transistores puestos en un chip. Uno de los puntos importante de la evolución de la tecnología de fabricación consiste en conseguir meter un mayor número de transistores en una misma superficie. Moore se dio cuenta de que la cadencia de integración de transistores en los circuitos integrados seguía un cierto patrón. Así que en 1965, cuando era Director de los laboratorios Fairchild Semiconductor dijo que el número de transistores que se logran integrar en los chips se duplicaría cada año. Diez años más tarde, en 1975, modificaría sus conclusiones anteriores y su ley quedaría establecida como: ‘El número de transistores por unidad de superficie en circuitos integrados se duplicará cada dos año’.
El proceso de fabricación de los circuitos integrados, conocido como litografía, se mide por el tamaño que ocupa un transistor. Como son tan pequeños, la unidad de medida que se utiliza es el nanómetros (un nanómetro equivale a 0,000001 milímetros). Esto quiere decir que una litografía de 14 nm supone que cada transistor mide 0,000014 mm. Otra forma de medir este mismo concepto es por los millones de transistores por milímetro cuadrado o MTr/mm2.
Qué relación hay entre la Ley de Moore y la potencia de cálculo de los microprocesadores
Cuando se enunció la Ley de Moore original no existían todavía los microprocesadores (el primero es de 1971). No obstante, como la ley hace referencia a los circuitos integrados en su conjunto, se le puede aplicar también a éstos. No obstante, la Ley de Moore solo habla de la evolución de la densidad de transistores por unidad de superficie, no de la potencia de los microprocesadores.
El factor que más influye en la potencia de cálculo de los microprocesadores no es el número de transistores que integra, sino cómo están organizados internamente estos transistores. Esto es lo que se conoce como arquitectura del microprocesador. Por tanto, duplicar la densidad no significa necesariamente duplicar la potencia de cálculo.
En los primeros años hubo una clara relación entre ambos valores. No obstante, llegó un momento en el que la Ley de Moore se seguía cumpliendo en relación con la duplicación de la densidad de transistores, mientras que la duplicación de la potencia de cálculo (conocido como escalado de Dennard) se quedó frenada.
Qué importancia tiene la Ley de Moore
Como el paso del tiempo confirmaba que la Ley de Moore era válida, se convirtió en un objetivo que estaba presente en toda la industria de los semiconductores. Las empresas involucradas no sabían muy bien qué iba a hacer la competencia, pero la Ley de Moore se convirtió en un faro que dirigía su estrategia futura. Esto es, la Ley de Moore ha tenido una clara influencia en la planificación a largo plazo de la investigación y desarrollo de nuevos dispositivos.
Como esta ley ha influido, indirectamente, en el desarrollo de nuevos modelos de semiconductores, frecuentemente se afirma que la Ley de Moore es responsable de la mayoría de los avances en la era digital, desde el PC hasta supercomputadoras.
Un ejecutivo de Intel, Markus Weingartner, llegó a decir en 2016 en una entrevista a la revista Wired que ‘La Ley de Moore es una ley de economía, no de física‘. De hecho, completó su comentario diciendo que ‘Esta simple regla ha impulsado todos los avances en la revolución tecnológica durante más de medio siglo y aún define los límites de la expansión de la tecnología actual. Esta ley ha permitido planificar conceptos, como la inteligencia artificial o los vehículos autónomos, para poder hacerlos realidad‘.
¿Ha dejado de cumplirse la Ley de Moore?
La Ley de Moore ha demostrado ser correcta durante las últimas cinco décadas, si embargo, parece que finalmente podría estar llegando a su final. Según un informe reciente de la ITRS (asociación que incluye los grandes del sector, incluido Intel y Samsung), la fabricación de transistores llegará un momento en el que no se puedan hacer más pequeños. No está claro si la motivación será por una cuestión física o de rentabilidad de la inversión necesaria pero, a partir de ese momento la Ley de Moore habrá llegado a su fin.
A pesar de lo anterior, lo cierto es que, los fabricantes siempre han encontrado formas, cada vez más innovadoras, de meter más transistores en sus chips. No obstante, sí parece que en los últimos años se está produciendo una cierta desaceleración del aumento de la densidad de integración de transistores en un semiconductor.
El propio Moore dijo en una entrevista de 2007 que ‘el hecho de que los materiales estén hechos de átomos es la limitación fundamental … así que uno de estos días vamos a tener que dejar de hacer las cosas más pequeñas‘. El diámetro de un átomo varía entre 0,1 y 0,5 nanómetros. Intel construyó en 2014 el primer microprocesador con transistores de tan sólo 14 nanómetros (nm). Puede parecer pequeño, pero AMD hizo lo propio en 2019 con chips de 7 nm. Para continuar en la carrera, los fabricantes TSMC y Samsung empezaron la fabricación de chips a 5 nm en 2020.
Para que se continuase cumpliendo la ley de Moore, la tecnología de 3 nm debería aparecer a lo largo de 2022 y la de 1 nm en 2024. Todo apunta a que este será el límite de la tecnología litográfica actual de semiconductores de silicio. A partir de ese año debiera haber un cambio tecnológico que permitiera continuar con la miniaturización. Se habla de utilizar grafeno, siliceno o nanotubos de silicio.
Los expertos estiman que la Ley de Moore terminará en algún momento de esta década de 2020. Parece que pronto los científicos tendrán que encontrar otra manera de hacer más potentes a los ordenadores. Quizás nos espera una revolución en el procesado inteligente de la unidad de control o un gran avance de la física cuántica. El futuro nos lo dirá.