El teléfono inteligente que llevas en la mano es mucho más rápido que las computadoras que hace décadas llenaban una habitación entera, y cuesta incomparablemente menos. Hoy parece natural que las computadoras sean cada año más pequeñas, rápidas y baratas, pero detrás de esta tendencia hay una predicción que la industria de los semiconductores lleva más de medio siglo tomando como objetivo. Es la «ley de Moore» (Moore’s Law).
En pocas palabras, la ley de Moore es una regla empírica según la cual «el número de transistores que caben en un chip se duplica aproximadamente cada 2 años». Surgió como una predicción basada en la observación del ritmo del progreso tecnológico y ha servido de calendario común para la industria. Su cumplimiento depende del avance de la tecnología, a diferencia de lo que ocurre con una ley natural.
Este artículo explica de forma sencilla cómo surgió la ley de Moore, qué significa exactamente, cómo cambió el mundo, en qué situación se encuentra hoy al topar con límites físicos y qué nuevas tecnologías abren el camino más allá de ella.
La ley de Moore, la predicción que guio medio siglo de avances en semiconductores
¿Qué es la ley de Moore?
La ley de Moore surgió de un artículo que Gordon E. Moore, por entonces responsable de investigación en la empresa de semiconductores Fairchild Semiconductor, publicó en 1965 en la revista Electronics. Moore observó que el número de componentes que cabían en un circuito integrado se había duplicado aproximadamente cada año y predijo que esa tendencia continuaría durante los 10 años siguientes.
En 1975, Moore revisó el ritmo de crecimiento y lo fijó en «el doble cada 2 años». Desde entonces, esa formulación se difundió ampliamente. Se atribuye al ingeniero Carver Mead la denominación «ley de Moore». En 1968, Moore fundó Intel junto con Robert Noyce, lo que lo encaminó a demostrar personalmente su predicción.
- Transistor (Transistor). Es un interruptor diminuto que activa o desactiva una señal eléctrica y constituye la unidad más básica del procesamiento informático.
- Circuito integrado (Integrated Circuit). Es un componente en el que se graban conjuntamente numerosos transistores y sus conexiones sobre una pieza de silicio del tamaño de una uña.
- Densidad de integración (Density). Indica cuántos transistores se han incorporado en una misma superficie.
El mundo que cambió la ley de Moore
Una duplicación cada 2 años puede parecer un ritmo modesto al principio, pero su efecto acumulado crea diferencias difíciles de imaginar. En 20 años, la cantidad inicial se multiplica por aproximadamente 1,000 y en 40 años, por unas 100 decenas de miles.
(1) Aumento explosivo del rendimiento (Performance)
En 1971, Intel lanzó su primer microprocesador, el 4004, que contenía unos 2,300 transistores. Los chips de alto rendimiento actuales contienen decenas de miles de millones de transistores, lo que les permite resolver en un instante cálculos igualmente complejos.
(2) Reducción del precio (Cost)
Cuantos más transistores se incorporan en una pieza de silicio del mismo tamaño, menor es el costo de cada transistor. Gracias a ello, las computadoras, que en su día solo utilizaban los centros de investigación y las grandes empresas, llegaron a los hogares y a nuestros bolsillos.
(3) Miniaturización de los dispositivos (Miniaturization)
A medida que se redujo el tamaño de los componentes, fueron apareciendo dispositivos cada vez más pequeños, como las computadoras personales, las portátiles, los teléfonos móviles y los relojes inteligentes.
(4) Hoja de ruta de la industria (Roadmap)
Las empresas de semiconductores tomaron la ley de Moore como objetivo para trazar sus planes de investigación y fijar sus calendarios de inversión. Hay quienes consideran que, al convertirse en un objetivo, la propia predicción impulsó a la industria a hacerla realidad.
La ley de Moore se acerca a sus límites físicos
La ley de Moore se ha mantenido durante más de medio siglo, aunque su ritmo empezó a desacelerarse visiblemente a mediados de la década de 2000. Al alcanzar los transistores un tamaño del orden de unas decenas de átomos, seguir reduciéndolo se volvió cada vez más difícil y costoso.
- Problemas de calentamiento (Heat). El escalado de Dennard (Dennard Scaling) establecía que al reducir el tamaño de los transistores también disminuía su consumo de energía. Hacia mediados de la década de 2000 dejó de cumplirse, y desde entonces resultó difícil disipar el calor que generaban los sucesivos aumentos de la velocidad de funcionamiento.
- Efecto túnel cuántico (Quantum Tunneling). Si la capa aislante se vuelve demasiado delgada, los electrones atraviesan la barrera y se escapan, lo que impide que el interruptor se apague correctamente.
- Aumento de los costos (Cost). Grabar circuitos más finos exige equipos sumamente caros, como los de litografía ultravioleta extrema (EUV). Esto ha elevado considerablemente el costo de construir una fábrica.
Por eso se generalizó el diseño multinúcleo (Multi-core), que coloca varios núcleos en paralelo como alternativa a aumentar la velocidad de un solo chip.
Tecnologías que abren el camino más allá de la ley de Moore
A medida que reducir el tamaño se vuelve más difícil, la industria busca otras vías para mejorar el rendimiento. Además de fabricar circuitos más pequeños, busca seguir avanzando mediante el apilamiento, la división de funciones y la especialización.
- Apilamiento en 3 dimensiones (3D Stacking). Los circuitos se apilan verticalmente en capas para alojar más elementos en la misma superficie que ocuparían en una disposición plana.
- Chiplet (Chiplet). Se agrupan chips pequeños, cada uno dedicado a una función, como alternativa a un único chip grande. Así se facilita tanto su fabricación como su combinación.
- Chip especializado (Specialized Chip). Los chips optimizados para una tarea concreta mejoran la eficiencia, como ocurre con las GPU o las NPU diseñadas para los cálculos de inteligencia artificial.
- Nuevos materiales y estructuras (New Materials). Se modifica la forma de los transistores o se investigan materiales que puedan sustituir al silicio para intentar aplazar la llegada a los límites físicos.
Más allá de Moore (More than Moore)
Se llama «Más allá de Moore» a la tendencia que busca ir más allá de la carrera por aumentar el número de transistores e incrementar el valor al integrar funciones diversas, como la detección mediante sensores, las comunicaciones y la gestión de la energía.
La ley de Moore nació como una predicción a partir de la observación de una sola persona, sin el carácter de una ley del universo. Durante medio siglo, muchísimas personas han hecho realidad aquella predicción. Gracias a ello, hoy podemos llevar en la mano una capacidad de cálculo difícil de imaginar una generación atrás.
Vale la pena recordar alguna vez la larga historia que encierran el teléfono inteligente y la computadora portátil que usamos hoy. Comprender que los pequeños avances, cuando se acumulan de forma sostenida, pueden cambiar el mundo es el primer paso para vislumbrar el futuro de la tecnología.
