La obsesión por lo microscópico

Como ya se expone en otro artículo dentro del presente especial, de los primeros procesadores a los que existen en la actualidad existe un abismo en cuanto a prestaciones. Y toda esta evolución ha estado marcada por una sutil obsesión que se basa en integrar, dentro de superficies microscópicas, millones de transistores que permitan procesar millones de instrucciones por segundo.

Pero, ¿cómo se estructura la fabricación de un chip moderno? ¿Cómo es posible tal proeza? Para clarificar en la medida de lo posible este punto, el presente artículo examina en profundidad cuál es el proceso de fabricación de un procesador. Asimismo, se expone la forma de fabricación más común en la actualidad y, por último, COMPUTERWORLD recaba la opinión de un experto acerca de las tendencias de futuro.

Del silicio al test final

El silicio forma la base sobre la que cualquier procesador está construido. Como primer paso en la fabricación del chip, el silicio es refinado hasta conseguir un nivel de pureza de 99,999999 por ciento; luego, es derretido y refundido en lingotes cristalinos para posteriormente cortarlo en finas obleas, que son pulidas hasta conseguir una lisura de espejo. Una de estas obleas puede generar más de 100 procesadores.

Cada procesador está formado por varias capas de diversos materiales que son combinadas para crear una unidad. A través de un proceso denominado Fotolitografía, los diseños de transistor y circuitos son transferidos a oblea, nivel a nivel. Cada nivel es fabricado a través de la utilización de una máscara, especie de dibujo plantilla que contiene estos diseños. Trabaja, pues, como un negativo fotográfico, porque de hecho lo que se produce es un proceso de impresión.

El proceso de exposición es el siguiente paso. Dependiendo de la capa metálica en concreto, varios materiales conductores o aislantes son depositados en la oblea. La máscara, por su parte, es sometida a un proceso de grabado a través de rayos ultravioleta que suavizan y reblandecen las áreas expuestas, áreas que son luego eliminadas a través de disolventes con lo que se forman estrías de material, que siguen el dibujo de la máscara sobre la base de silicio.

Y todo este proceso es seguido por cada nivel de metal. Es interesante destacar que ya hoy existen capas con una anchura similar a la de la célula de una bacteria.

Por último, y después de haber atravesado más de 250 etapas específicas, un dispositivo láser avanzado corta la oblea en unidades independientes, que son los procesadores propiamente dichos. Y éstos son colocados en lo que será su base definitiva, donde se encuentran los pins que les conectan al mundo exterior. Esta base, morfológicamente conocida a nivel popular, también se conoce como "chip" o microprocesador (los fabricantes de tarjetas con chip han sido más sibaritas, denominando a esta base "micromódulo").

El transistor, "átomo" del procesador

Aun hoy hay quienes piensan que el chip es el "corazón" de una CPU. Pues bien, ambas palabras tienen realmente idéntica acepción, si bien la segunda se utiliza también para señalar conjuntos de chips.

El transistor es en realidad el elemento que puede considerarse como núcleo de un procesador, o más bien como "átomo", ya que pueden ser varios millones de ellos los que se incluyen en un chip.

Cada procesador se rige por lo que se denomina "puerta", que actúa como interruptor para su parada o puesta en funcionamiento. La puerta permite que pueda ser representado en modo binario como un "0" o un "1".

Una configuración estándar

Pongamos por caso un microprocesador a 100 MHz, con tecnología de consumo de 3,3 voltios y basado en arquitectura BiCMOS. Supongamos que ocupa una superficie de 163 mm2, con 3,3 millones de procesadores en cuatro capas de metal y ha sido fabricado con tecnología de 0,6 micras.

Este chip sería un superset de segunda generación, equivalente por arquitectura a una CPU previamente implementada en tecnología de 0,8 micras, también BiCMOS (ver tabla adjunta). En cuanto a su estructura lógica, consiste en una unidad superescalar de tipo integer, junto a otra de coma flotante y caches de 8 Kb separadas para instrucciones y para datos.

La tecnología de 0,6 micras puede ser considerada un estándar actual. Puede decirse que, en este sentido, constituye la tercera generación después del paso por la historia de los primeros 486 (con tecnología de 1 micra) y de los modelos sucesores de la versión a 66 MHz (que funcionaban con tecnología de 0,8 micras). Desde que apareciera en el mercado la arquitectura DX4, la tecnología de 0,6 micras se ha instituido y se utiliza en procesadores como los Pentium a 60, 75, 90 y 100 MHz.

Así pues, la tecnología de 0,6 micras puede ser considerado incluso moderna, aun teniendo en cuenta que, por ejemplo, la versión de Pentium a 120 MHz utiliza ya tecnología de 0,35 micras.

He aquí algunas de sus principales ventajas:

 Está capacitada para explotar el metal de cuatro capas optimizando la distribución de consumo y frecuencia de reloj, así como para minimizar las areas "muertas".

 Esta distribución optimizada permite una reducción selectiva del trabajo de cada conjunto de circuitos cuando no es necesario, lo cual incluye la desconexión automática del equipo.

 Soporta diversas velocidades, tanto internas como externas, a través de mecanismos de síntesis de reloj y control de transferencia.