Qué son los nanómetros y por qué son tan importantes para los procesadores

Qué son los nanómetros y por qué son tan importantes para los procesadores
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Scott Lang está atrapado y se le ocurre una forma de escapar. De repente se enfunda su traje de Ant-Man, coloca una partícula Pym en su cinturón y aprieta el botón que le hace encoger como si no hubiera mañana. Hay un momento en el que es tan pequeño que su tamaño ya sólo puede medirse en nanómetros y aunque él sigue, nosotros nos detendremos ahí. Sin especulación ni fantasía, sin mundo cuántico ni viajes en el tiempo.

Porque los nanómetros son eso, una unidad de medida, y su nombre lleva tiempo siendo importante a la hora de describir el rendimiento de los procesadores, ya sean móviles o de escritorio. Y aunque pueda sonar extraño, más pequeño en este caso es igual a mejor pese a que siempre haya matices. Veamos qué son exactamente los nanómetros y cómo afectan al rendimiento de los procesadores.

A qué nos referimos cuando hablamos de nanómetros

Transistores de 2 nanómetros de IBM vistos a través de un microscopio electrónico
Transistores de 2 nanómetros de IBM vistos a través de un microscopio electrónico

La carrera de los nanómetros es una de las más importantes que se están llevando a cabo en el mundo de los procesadores además de otras como la inteligencia artificial o la frecuencia de reloj. La última generación de chips móviles, por ejemplo, está construida empleando procesos de cinco nanómetros y todo apunta a que a final de este mismo año daremos un nuevo paso adelante, descendiendo un nuevo peldaño hasta los cuatro nanómetros.

Porque cuando hablamos de nanómetros en un procesador nos referimos al tamaño de sus componentes más pequeños, a los transistores que componen la gran mayoría de su superficie. Para poder fabricarlos más pequeños cada vez es necesario desarrollar máquinas que sean capaces de llevar a cabo el proceso, y a su vez desarrollar técnicas que eviten los problemas lógicos de contar con componentes de este tamaño.

El tamaño de un transistor del Apple A14 Bionic equivale a 50 átomos de helio

Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro, un 10 elevado a -9, para que nos hagamos una idea. Para ser conscientes de su tamaño, en un milímetro caben un millón de nanómetros. Así de minúsculo es un nanómetro. Eso significa que los últimos transistores fabricados para, por ejemplo, el Snapdragon 888 o el Apple A14 Bionic, miden 5 veces ese tamaño. O sea, son 200.000 veces más pequeños que un milímetro. Una barbaridad.

Fabricar componentes tan pequeños no sólo requiere de maquinaria cada vez más avanzada sino que hace que nos enfrentemos a problemas como que un átomo de helio mide 0,1 nanómetros de tamaño. Así que un transistor del Snapdragon 888 mide el equivalente a 50 átomos de helio. Una auténtica barbaridad. Y el número sigue descendiendo generación tras generación hasta que no tengamos más remedio que recurrir, sí o sí, a la computación cuántica.

Así funciona un procesador, grosso modo

Procesador

Sin entrar en cuestiones excesivamente técnicas y que sólo comprenderían unos pocos (y yo no estaría entre ellos), un procesador es una compleja red de transistores enlazados de tal manera que son capaces de ejecutar complejísimas operaciones matemáticas. La electricidad recorre la superficie del procesador y los problemas se van ejecutando a toda velocidad, pues la electricidad es la madre de todo este asunto.

Todo esto es mucho más complejo pues en el procesador hay memorias para almacenar datos, unidades de control que coordinan cada componente y el famoso reloj interno que determina los GHz del procesador (cada hercio es una activación del procesador por segundo, un gigahercio son mil millones de activaciones por segundo). Pero en resumidas cuentas, así es cómo funciona y cómo está fabricado.

Si el transistor se activa, es un uno. Si no se activa, es un cero. Unos y ceros.

Hablamos de código binario en multitud de instancias tecnológicas y también sucede así en el mundo de los procesadores. La electricidad recorre los transistores ejecutando las operaciones y cuando la luz pasa por uno, éste se enciende y tenemos un uno, y cuando no pasa, éste se apaga y tenemos un cero. Y así, entre ceros y unos, el procesador va llevando a cabo cada una de sus operaciones.

Entender esto es clave para comprender la importancia de los nanómetros pues cuanto menor sea el transistor, más rápidamente pasará la energía por él y, por tanto, más rápidamente resolverá las ecuaciones planteadas por el algoritmo que tratamos de ejecutar en él. Así que ya tenemos la primera de las claves, al reducir los transistores reducimos también la distancia que recorre la luz mientras que el procesador funciona. Luego aumenta la potencia de procesado del mismo, y también se aprovecha para reducir el consumo.

600.000 millones de transistores para el Apple A12 de 2018
600.000 millones de transistores para el Apple A12 de 2018

Por otro lado, lograr fabricar transistores cada vez más pequeños permite que ocupen menos espacio y, por tanto, que podamos meter más transistores en la misma superficie, o bien que mantengamos el mismo número de transistores pero el procesador se haga más pequeño. Aunque esto último no ocurre prácticamente nunca y a cada nanómetro que se pierde en la fabricación, aumenta la densidad de cada procesador. Así que ya tenemos la segunda clave: transistores más pequeños equivalen a más transistores por procesador, y a una mayor capacidad para resolver ecuaciones. Es decir, más potencia de nuevo.

Así pues, llegamos a la conclusión de que reducir el tamaño de los transistores gracias a una nueva tecnología de fabricación permite aumentar su potencia bruta. Después hay mil y un factores más que deciden qué se hace con ese incremento en potencia y nos encontramos con chips más o menos eficientes a nivel energético o a nivel de ejecución de código, pero el resumen viene a ser ése: cuanto más pequeño, más potente. El mundo al revés.

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