Thursday, October 09, 2008

El Futuro de los Semiconductores

En ocasiones tengo amigos que me preguntan por donde va a ir el futuro de los semiconductores. Normalmente, se refieren en realidad a los procesadores (como si la electrónica digital fuera todo lo que se hace en semiconductores), y aunque no me considero ningún experto, si que tengo mis ideas, si bien reconozco que no dejan de ser especulaciones.

En los próximos 8 o 10 años, no va a haber un gran cambio en la tecnología. Intel ha empezado a comercializar procesadores en tecnología de 45nm, ya se fabrican memorias en 32nm, a nivel de investigación se han fabricado transistores con 22nm, y hace poco más de un mes el presidente de Intel dijo que creían que podrían romper la barrera de los 16nm y llegar a los 10nm. Es una afirmación importante, ya que hasta ahora se había defendido que no se seguiría más allá de los 16nm, y eso puede dar un par de años más de vida a la tecnología actual. La razón por la que se habla de límites, es porque en esos tamaños nos damos de bruces con efectos cuánticos. Pensad que los átomos de silicio están separados entre sí 0.5nm, con lo que el canal del transistor se reduce a una veintena de átomos. En esos casos donde caiga los átomos del dopante cambia por completo las características del transistor. Y no solo eso, el principal problema es que el óxido que actúa de aislante se reduce a apenas 2 o 3 capas de átomos, con lo que los efectos de tunelaje cuántico hacen que tenga muy poco de aislante.

En cualquiera de los casos, todo esto no hace más que decir que la ley de Moore se cumplirá al menos durante otra década, pero notad que hay un cambio importante respecto a la década de los 90, que ya hemos empezado a notar en esta década, y es que la expansión de la capacidad de procesado va a ser a lo ancho, y no en velocidad. De hecho, me apostaría cualquier cosa ahora mismo a que antes del 2015 no veremos ningún procesador de Intel funcionando a 4GHz de reloj. Eso quiere decir que la pelota va a estar en el campo de los programadores. De momento, necesitamos YA programadores que se centren en el uso de algoritmos paralelizables, ya que de poco sirve tener más y más núcleos con más y más hilos si al final solo tienes un par de aplicaciones usándolos y el resto están de manos cruzadas. Para el futuro queda que los informáticos desarrollen compiladores capaces de transformar código de alto nivel en algo que funcione en paralelo sin que el programador tenga que preocuparse por ello.

Este movimiento de paralelizar el código es especialmente importante porque en mi opinión no solo la próxima década irán aumentando el número de núcleos e hilos, sino también en la siguiente. Creo que una vez que se alcancen los límites de crecimiento en horizontal, se pasará a crecer en vertical, mediante procesadores en 3D donde haya varias capas de transistores interconectadas. Ahora mismo ya se han creado a nivel de investigación procesadores en 3D, con lo que cabe esperar que esta tecnología se incorpore en los próximos años al mercado.

Esta semana ha habido un movimiento muy importante que va a marcar por completo los próximos años en la industria de los semiconductores. AMD se ha escindido, ha creado una empresa de fabricación llamada "The Foundry Company" y se han quedado solo con el diseño. Es una noticia terrible, ya que supone tirar la toalla en cuanto a competir con Intel en rendimiento. La razón por la que hay pocas empresas que desarrollen procesadores para el mercado de consumo y de servidores es porque para competir en rendimiento la inversión en nuevas procesos es brutal, y la escisión muestra que AMD no puede soportar ese ritmo de inversión en sus fábricas. La importancia de la decisión viene porque Intel pierde mucha de la presión que pudiera tener para sacar nuevos procesadores y desarrollar nuevos procesos de fabricación.

El otro cambio que creo que veremos en los procesadores, será la reducción progresiva de la capacidad de overclocking. Principalmente por dos razones, por un lado, los problemas térmicos van a hacer que cualquier procesador que uno quiera acelerar necesite un sistema de refrigeración quasi-profesional, y por otro, la reducción de el espesor del óxido va a hacer que apenas se pueda subir el voltaje del procesador. Por ejemplo, Intel en los Nehalem de 45nm ya ha dicho que se dañaran si se alimentan con más de 1.65V.

También es especialmente interesante la batalla de las GPU. Nvidia se ha encarado directamente con Intel, en lo que a mí me parece una jugada muy arriesgada, y en breve tendrá que hacer frente no solo a Larrabee, sino a las que le sigan. Es evidente que a corto plazo Intel no puede sacar a Nvidia del mercado de GPUs de alto rendimiento para gaming, pero puede empezar comiéndosela desde abajo e ir subiendo. Hasta esta semana pensaba que AMD/ATI finalmente iba a poder plantar cara a Nvidia, pero después de la escisión, sencillamente no tengo muy clara cuál es la estrategia de AMD, y empiezo a dudar de que el nuevo CEO la tenga clara (aunque dificilmente lo puede hacer peor que el anterior).

Fuera del mundo de los procesadores, también hay avances muy interesantes. Por un lado, tecnologías tradicionalmente usadas para radiofrecuencia como SiGe, ya se están utilizando para circuitos analógicos de alta velocidad, permitiendo rendimientos increíbles en la gama más alta. Mientras, de cara al consumidor, empresas como Broadcom o Marvell usando TSMC para crear System-On-Chip están haciendo que cualquier producto electrónico se reduzca a un solo chip. Y ese va a ser el camino cada vez más, permitiendo reducir tamaños y consumos. Por otro lado, los MEMs ya han llegado de lleno al mercado de consumo, y con ello se están abaratando a gran velocidad, así que cada vez vamos a ver más y más productos con acelerómetros y giroscopios. Por último, puede ser muy interesante ver el desarrollo de circuitos en System-on-Foil, donde realizan circuitos imprimiéndolos sobre un plástico, consiguiendo así que sean flexibles y muy baratos, ideales para muchas aplicaciones de consumo.

El negocio de los semiconductores es muy interesante. Es uno de esos pocos mercados donde la empresa todavía puede obtener beneficios brutos por encima del 90% y netos por encima del 20%. Aparte de las empresas de software, no hay ninguna otra industria que pueda presumir de tener esos porcentajes de beneficio, ni de crecer al 10% anual desde hace ya dos décadas. Desde luego es mucho dinero, y conforme la electrónica va penetrando no solo en cada aspecto de nuestras vidas, sino también en los nuevos mercados (China supera los 500 millones de teléfonos móviles, y India está por esas cifras), habrá bastante más dinero. No solo eso, sino que de cara a los países desarrollados tiene la ventaja de que todo el valor esta en el diseño (fijaos que mientras que el margen bruto es del 90% en muchos casos, el neto suele estar entorno al 20%), con lo que es más sencillo competir con mercados laborales con salarios más bajos, pero menos cualificados. Estoy deseando ver como evoluciona durante la próxima década y ver en qué casos tenía razón y que factores no eran posibles de predecir en la actualidad.

9 comments:

JohnSpartan said...

Me he quedado con una duda, ¿cuál es la alternativa al silicio?

PD: muy buen artículo

luis said...

III+V?

trader said...

estos dias estamos viviendo un capitulo importante y trascendente de la historia.
queremos un post politico-economico
!!YAAA!!!

Anonymous said...

si, muy interesante, y totalmente de acuerdo con lo que domino mas... si, la industria de los compiladores siempre fue 5 annos (o mas) por detras del hardware. Es curioso, porque la industria del hardware es la que mas inversion requiere para llevar a cabo proyectos, sin embargo, la inversion en este campo es poco mas que pagar a los tios pensantes... al final todo se puede recrear en un ordenador... con presupuestos bastante mas reducidos que trabajar a casi escalas atomicas.

Por otra parte seria interesante ver el tema financiero, de donde saca Intel la pasta para financiar los nuevos proyectos de investigacion? Porque como la pida prestada la lleva clara en los proximos 2 annos, con la que esta cayendo...

pinar said...

Te lo han meneado http://meneame.net/story/futuro-de-los-semiconductores

También sería interesante conocer tu opinión del futuro de los semiconductores, pero más allá del campo de las CPU, o al menos de las CPU potentes. Quiero decir, chips de bajo rendimiento, pero bajo consumo, para dispositivos móviles de todo tipo. Creo que trabajas en la industria adecuada para ello.

Saludos

Anonymous said...

Casi completamente de acuerdo, aunque como diría Moore, el futuro no se puede predecir.

Creo que esto sonaría mejor en inglés:
"Para el futuro queda que los informáticos desarrollen compiladores capaces de transformar código de alto nivel en algo que funcione en paralelo sin que el programador tenga que preocuparse por ello."

Agustin said...

La estrategía de AMD de separar diseño y producción a mi me parece muy acertada, de hecho en el último párrafo tu mismo lo dices: "No solo eso, sino que de cara a los países desarrollados tiene la ventaja de que todo el valor esta en el diseño (fijaos que mientras que el margen bruto es del 90% en muchos casos, el neto suele estar entorno al 20%), con lo que es más sencillo competir con mercados laborales con salarios más bajos, pero menos cualificados."

Esta estrategía de solo diseñar y no producir (se puede subcontratar muy barato en Asia) la siguen la mayoría de pequeñas empresas de diseño de integrados, como DS2.

El mayor margen está en el diseño y no en la producción.

Pablo said...

Agustin,

Ser en una fabless es una estrategia perfecta para empresas que hacen ASICs como DS2; o SoC como Marvell o Bradcom, pero no es una estrategia valida cuando uno pretende competir en chips de alto rendimiento de proposito general, como pueden ser procesadores, o incluso circuitos analogicos de alto rendimiento.

En esos casos, no basta con el diseño, necesitas tener detrás la tecnologia para que si en dos años Intel saca procesadores de 32nm, tú también puedas. De hecho, aparte del desastre estrátegico que supuso en anterior CEO con su flip-flopping entre ir a por multi-core y ir a por procesadores con nucleos especializados, uno de los problemas de AMD para competir con Intel en los quad-core fue precisamente la tecnologia. Mientras que Intel tomo el camino fácil haciendo los quad-core con dos dies dual-cores, AMD pretendió integrarlo todo, lo que se suponía que le daría ventaja. El problema es que los rendimientos en fábrica eran desastrosos, y fue por eso por lo que han acabado sacando triple-core, que no son más que quad-core en los que uno de los nucleos ha salido dañado y lo han desactivado.

Anonymous said...

Es un buen enlace (en ingés) sobre la tecnología que cambiará el modelo actual del silicio: http://web.mit.edu/tpalacios/Research.htm
Predecir el futuro es muy arriesgado e inapropiado en la mayoría de los casos, porque el futuro y el pasado coexisten e interactuan entre sí por mas paradójico que creáis que esto puede ser.