Ley de Moore: una viva muy muerta

La Ley de Moore surgió hace ya décadas, y casi como un zombie se ha venido manteniendo o queriendo mantener en algunos casos. Sinceramente, visto lo que está sucediendo en la industria semiconductora últimamente no sé muy bien si llamarla una viva muy muerta o tal vez una muerta muy viva.

Lo cierto es que escuchas a los expertos y te llega información muy contradictoria. Están aquellos que dicen que está completamente desfasada, pero hay otros que se empeñan en decir que sigue vigente. Yo personalmente tengo mi propia opinión, pero creo que no soy una voz autorizada en la materia como para opinar demasiado…

¿Qué es la Ley de Moore?

Gordon Moore engendró su famosa Ley de Moore en 1965, mientras trabajaba en Fairchild Semiconductor. En esta ley se recogía que cada 18 meses, aproximadamente, se duplicaba el número de transistores integrados en un CI. Moore predijo también que estaría vigente por 2 décadas, pero en 1975 la tuvo que adaptar, ya que dejó de cumplirse. En esa nueva reforma se estimaba que la cantidad de transistores se duplicaban cada 24 meses.

Lo cierto es que la Ley de Moore no va a ser eterna. Se enfrenta al límite del silicio y a los nuevos empaquetados 3D. El propio G. Moore dijo que creía que caducaría sobre 2020. ¿Ha sido así? Veremos, pero lo que sí se es que la industria, especialmente algunas compañías, han hecho lo posible porque se siga cumpliendo.

Recuerdo unas declaraciones de Craig Barret de Intel: «En Intel trabajamos duro para asegurarnos de que la Ley de Moore continúe guiando a nuestra industria en el futuro. Ya hemos visualizado los próximos 10 a 15 años de adelantos en nuestros laboratorios de investigación.«. Lo que se ve que no vieron es el gran problema que tienen ahora con los procesos de fabricación…

De hecho, Tom Conte, un científico de Georgia Tech y ex-presidente de la IEEE, señaló que si se revisan los artículos originales de Moore no se hacía referencia al duplicado de los transistores en sí, sino que iba enfocado a la economía de esta industria. Es decir, la cantidad de dinero que se pagaba por cada transistor integrado a lo largo del tiempo.

II Ley de Moore (Ley de Rock)

En referencia a este aspecto más económico que técnico, deberías saber que hay otra ley conocida a veces como Segunda Ley de Moore, que que no la creó Gordon. Me refiero a la Ley de Rock, creada por Arthur Rock. Llegó en los 90s y hacía referencia al coste de una planta de fabricación de chips, pronosticando que los costes se duplicarían cada 4 años (+25% cada año).

Para aportar algunas cifras reales, recuerdo hace años que Intel presupuestó el gasto para actualizar cada una de sus fábricas para fabricar en un nodo más pequeño en unos 764.000.000€. Y la factoría de GlobalFoundries construida en Saratoga se presupuestó en 3.200.000.000€. En 2015, Samsung creó una nueva planta por 1.400.000.000$. Cifras muy distantes de los 1000 millones de dólares que costaban las fábricas de principios del siglo XXI.

Esta Ley de Rock se ha venido cumpliendo más o menos, y por ello han ido desapareciendo muchos modelos IDM para pasar a ser fabless, dejando cada vez a foundries de mayor tamaño que puedan fabricar para diversas empresas y sacar rentabilidad. Como es el caso de Global Foundries, TSMC, etc.

Dejo para otro artículo otras leyes interesantes como la de Amdahl y la regla de Pollack…

¿Viva o muerta?

La pregunta del siglo… Si echamos la vista atrás, el primer MOSFET que se creó tenía 20 micras, pronto pasó al luego se iría reduciendo hasta los 10 micrones, 0,8 micras, y así hasta llegar a los nanómetros, como por ejemplo, los 7nm actuales. A medida que se reducía el nodo se podía ir integrando mayor cantidad de transistores en en la superficie del chip y seguir respetando la Ley de Moore.

Pero ese ritmo no se podrá mantener por mucho más tiempo por el techo de la tecnología del silicio. Los roadmaps de ITRS han ido corrigiéndose con el tiempo, y no siempre han acertado. Los numerosos obstáculos que se ha ido encontrando la industria han tenido parte de la culpa, incluidos los costes.

Ciertamente duplicar la cantidad de transistores y miniaturizar su tamaño tiene un beneficio para la economía, la velocidad de conmutación del chip (por tanto la frecuencia), el consumo, y el rendimiento. Pero ¿y si se consiguiera mantener la tecnología del silicio sin seguir reduciendo los nodos cuando se llegue al límite?

Eso implicaría empaquetar dices e interconectarlos mediante nuevas técnicas para que se siga aumentando el rendimiento de estos chips a pesar de las limitaciones. La propia Intel, que co-fundó el propio Moore, ha tenido serios problemas y ha trazado una hoja de ruta que mantiene los 14 nm durante años.

Además, ahora el tamaño del nodo no se corresponde a tamaños del canal del transistor como sucedía anteriormente. Se pueden encontrar en la industria nodos de un mismo tamaño y con densidades de integración diversas. A veces se usa el nodo casi como un elemento de marketing más. Ten en cuenta que ahora los transistores presentan geometrías diferentes a los MOSFET planar, con estructuras como FinFET tridimensionales.

Cambios para enterrar a la Ley de Moore

Si atendemos a estos nuevos transistores tridimensionales y a los nuevos empaquetados 3D, se puede intuir que son dos importantes paladas de tierra sobre la tumba de la Ley de Moore. Compañías como AMD ya han comenzado a usar chiplets, y la propia Intel o TSMC, Samsung, entre otras, están también experimentando con empaquetados 2.5 y 3D que amontonan varios dados y los interconectan.

De esa forma, aunque se tengan X transistores en cada dado, se pueden empaquetar muchos más amontonando dados como se hace en las grandes ciudades con los rascacielos.

Y eso solo son algunas de las vías abiertas, ya que hay más alternativas con nuevas arquitecturas, materiales, etc. Además, la industria de la microelectrónica también se enfrenta a otros retos, como los medioambientales, y tendrán que solucionar algunos problemas actuales. Por tanto, no solo se dejará de cumplir la Ley de Moore, es probable que los chips de un futuro próximo sean bastante diferentes a los actuales…