En el marco de su 2020 Technology Symposium TSMC anunció su última joyita: el proceso de fabricación N12e, la última y más refinada técnica para producir SoC (System on Chip) pequeños y energéticamente eficientes usando transistores 3D
La tercera dimensión y la regla de 3
En un día como hoy nació el célebre escritor Alejandro Dumas, autor de (entre otros) El Conde de Montecristo, Las dos Dianas y por supuesto Los Tres Mosqueteros. Los mosqueteros a la larga eran cuatro, pero lo importante es que en el inconsciente colectivo todo ocurre de tres en tres: la Santísima Trinidad, las tres Parcas, la espada de tres nombres del dios Suzano, la triple corona de la hípica, y por supuesto el team Eldrazi integrado por Emrakul, Krozilek y Ulamog.
Esto se explica, según yo porque
- Para todo hay una primera vez
- No hay primera sin segunda
- Donde caben dos caben tres
Por lo anterior, era cosa de tiempo hasta que alguien dijera: por qué usamos transistores planos cuando podrían ser tridimensionales? Porque donde caben 2 dimensiones caben tres.
Quién es TSMC?
Taiwan Semiconductor Manufactoring Company, más conocido como TSMC, o "te esemecé" como lo has leído en tu mente, es una empresa que se dedica a la manufactura y diseño de microchips.
La parte manufactura es indispensable para la industria, porque sin un proveedor de manufactura que reciba y concrete los planos de CPUs, GPUs y SoC de AMD, NVidia, Qualcomm, HiSilicon, etc, éstos tendrían que cargar sobre sus espaldas el costo fijo de una línea de montaje propia. Y cuando decimos sobre sus espaldas, queremos decir sobre la tuya, querido lector.
Además de la manufactura a contrata, TSMC se mantiene investigando nuevos procesos productivos para sacarle más jugo al limón, más punta al lápiz y más potencia de cómputo por nanómetro cuadrado, con lo cual ellos mismos van refinando su oferta y poniendo en el menú procesos cada vez más miniaturizados y térmicamente eficientes. Fue con ellos que AMD anunció en Octubre 2004 el primer Athlon 64 de 90nm (core Winchester). Hoy en día el grueso de la industria funciona con el proceso de 7nm, en el cual TSMC fue pionero, empezando antes que Samsung a incursionar en los chips de memoria.
TSMC (al igual que Samsung) fabrica algunos chips de 5nm pero no es el proceso estándar de la industria y quien sabe cuándo se masifique. Más vale que se apuren porque se decía que el 2022 la industria funcionaría con chips de 3nm.
Wow, 30x más pequeño en 20 años
De seguro para el 2024 ya habrá en circulación procesadores de 3nm. Tomésmosle el peso a esa cifra: es 30 veces menos que el estándar de 90nm del 2004. ¿Por qué tu CPU actual no se ve 30 veces más pequeño que el Athlon XP 1800+? Bueno, antes de contestar esa pregunta w... vale la pena señalar que estos chips son fabricados en láminas (a.k.a. obleas) por lo que la diferencia en superficie es cuadrática. Lo que antes cabía en un cuadrito de 90nm x 90nm ( 8.1 × 10^-15 m2) para entonces cabrá en 9 x 10^-18 m2. Eso es 900 veces más pequeño.
Por otro lado, la cantidad de transistores ahí dentro ha ido aumentando exponencialmente. Ese aumento de potencia de cómputo sumado a la miniaturización progresiva es lo que permite que en un notebook ultradelgado haya 4 núcleos corriendo a 3Ghz sin que se incendie, de manera que Google Chrome te pueda colgar no uno sino cuatro hilos, y no 2 sino 32 GB de RAM.
Por mucho que la miniaturización siga el ritmo que ha tenido desde que se promulgó la Ley de Moore, todo tiene un límite. Mal que mal no se puede cruzar el radio de Bohr (0.053nm) y, si hacemos caso a lo que dice Hank Pym, más allá existe un reino sicodélico.
Qué se hace entonces? ¿Cerramos Chrome? ¿Le compramos un coprocesador matemático? ¿Windows Suricata Mangosta Colilargo Edition? Todo eso, sí, pero además está el hecho que si hoy produces en láminas, tienes todavía la tercera dimensión para crecer
Mi tele tiene 3D
En realidad no, parece que la TV 3D para el hogar era medio aparatoso por el tema de los anteojos especiales. Como sea, los circuitos que hoy se hacen con impresión litográfica en un plano, también se pueden hacer en tres dimensiones. La dificultad de esto va más allá de poner una oblea encima de otra (eso ya se hace, next) pero la recompensa lo vale.
Los transistores 3D han existido desde hace mucho, mucho tiempo, y TSMC lleva varios años jugando con FinFets, pero es recién ahora que el aumento de rendimiento, así como los ahorros en tamaño y consumo se vuelve viable empujar esto en dirección a la producción masiva. En efecto, el proceso N12e (en comparación a su antecesor, el 22ULL) puede aumentar un 49% su frecuencia manteniendo el mismo consumo, y consume un 55% menos a igual frecuencia. La densidad lógica de los transistores, por último, es un 76% mayor.
En combinación con un voltaje de alimentación de 0.4V, esta tecnología posiblemente sea la combinación ideal para dispositivos IoT, los cuales deben ser pequeños y energéticamente eficientes. Se supone que pronto el mundo estará plagado de dispositivos IoT (más de lo que está ahora) y para llegar a ese punto no sirve tomar un procesador RISC tipo arduino (como el EspressIf ESP 8266) y recortarlo al máximo, si tendrás que alimentarlo con 3.6 o 5V y la batería -que se agotará al cabo de unos meses- tiene el tamaño de una moneda o una estampilla. Si el dispositivo aspira a no ser desechable hay que ponerle un conector microusb para recarga, o permitir cambiar la batería. Ambas cosas implican más costo, más piezas móviles, mayor tamaño.
A lo mejor falta para que el mundo esté literalmente plagado de IoT, pero pareciera que es más eficiente plagarlo de N12e que de arduinos.
El Origen del Logo
Don Ernesto TSMC, el dueño, pasó el lunes antes de almuerzo por el cubículo del diseñador, a quien pilló jugando Minecraft.
- ¿Qué es ese aplicativo? le preguntó.
-
Eeeh es un software de diseño 3D para matar transistores de la competencia, mire ahí va uno, lo mato, jajaja, que buena- Excelente. Mándeme el diseño del logo.
Y eso hizo.
Glosario
- CPU: Como un GPU pero para cómputo general
- GPU: Como un CPU pero para gráficos
- SoC: System on Chip. También indica los defectos de otro miembro del foro. Ej: yu soc
- IoT: Internet of Things. También sirve para devolver una pregunta. Ej: yo estoy bien, IoT?
Fuentes:
AnandTech
TSMC Blog
DigiTimes
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