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Microprocesador

Este artículo trata sobre Microprocesador. Para otros usos de este término, véase Microprocesador (desambiguación).
Microprocesador
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Concepto:Microprocesador: Chip programable, circuito integrado electrónico que por sí solo constituye la unidad central de procesamiento de una computadora.

Microprocesador. Es un circuito electrónico que actúa como Unidad Central de Proceso (CPU) de una computadora. Llamados por muchos como el “cerebro”. Es un circuito microscópico constituido por millones de transistores integrados en una única pieza plana de poco espesor. El microprocesador (micro) se encarga de realizar todas las operaciones de cálculo y de controlar lo que pasa en la computadora recibiendo información y dando órdenes para que los demás elementos trabajen.

Historia del microprocesador

Han pasado muchos años desde que Intel diseñara el primer microprocesador, siendo la compañía pionera en el campo de la fabricación de estos productos. Un tiempo en el que todo ha cambiado enormemente, y en el que desde aquel 4004 hasta los actuales microprocesadores de múltiples núcleos, se ha visto pasar varias generaciones de microprocesadores que  han ayudado en el trabajo y la información diaria.

Primer Microprocesador el 4004

Algunas partes del micro

  • ALU. ("Aritmetic - Logic Unit") que traducido es unidad aritmética y lógica. Esta se encarga de realizar todas aquellas operaciones necesarias como cálculos de operaciones (multiplicaciones, divisiones, sumas, etc.) y comparaciones entre valores (mayor que, menor que, igual que, etc.).
  • Registros. Zonas de memoria especiales para almacenar información temporalmente.
  • Unidad de Control (U.C). se encarga de organizar y manejar todos los procesos tales como interpretar contenidos de las posiciones de la memoria RAM y memoria ROM, control de puertos, acceso a unidades de disco, ejecución de las instrucciones del software, entre otras.
  • Bus interno. Transportan información digital dentro del chip.
  • Memoria caché. Memoria ultrarrápida que ayuda al micro en operaciones con datos que maneja constantemente.
  • Encapsulado. Es el recubrimiento del chip para darle consistencia e impedir su deterioro. Esta envoltura puede ser de cerámica o plástico.

Fabricación

Los microprocesadores se fabrican empleando técnicas similares a las usadas para otros circuitos integrados, como chips de memoria. Generalmente, los microprocesadores tienen una estructura más compleja que otros chips, y su fabricación exige técnicas extremadamente precisas.

La fabricación económica de microprocesadores exige su producción masiva. Sobre la superficie de una oblea de silicio se crean simultáneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricación de microprocesadores consiste en una sucesión de deposición y eliminación de capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, hasta que después de cientos de pasos se llega a un complejo "bocadillo" que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Para el circuito electrónico sólo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01 mm, la décima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas.

La primera etapa en la producción de un microprocesador es la creación de un sustrato de silicio de enorme pureza, una "rodaja" de silicio en forma de una oblea redonda pulida hasta quedar lisa como un espejo. En la actualidad, las obleas más grandes empleadas en la industria tienen 200 mm de diámetro.

En la etapa de oxidación se coloca una capa eléctricamente no conductora, llamada dieléctrico. El tipo de dieléctrico más importante es el dióxido de silicio, que se "cultiva" exponiendo la oblea de silicio a una atmósfera de oxígeno en un horno a unos 1.000 ºC. El oxígeno se combina con el silicio para formar una delgada capa de óxido de unos 75 angstroms de espesor (un ángstrom es una diezmilmillonésima de metro). Casi todas las capas que se depositan sobre la oblea deben corresponder con la forma y disposición de los transistores y otros elementos electrónicos. Generalmente esto se logra mediante un proceso llamado fotolitografía, que equivale a convertir la oblea en un trozo de película fotográfica y proyectar sobre la misma una imagen del circuito deseado. Para ello se deposita sobre la superficie de la oblea una capa fotosensible cuyas propiedades cambian al ser expuesta a la luz. Los detalles del circuito pueden llegar a tener un número muy pequeño dentro de las micras.

Como la longitud de onda más corta de la luz visible es de unas 0,5 micras, es necesario emplear luz ultravioleta de baja longitud de onda para resolver los detalles más pequeños. Después de proyectar el circuito sobre la capa fotorresistente y revelar la misma, la oblea se graba: esto es, se elimina la parte de la oblea no protegida por la imagen grabada del circuito mediante productos químicos (un proceso conocido como grabado húmedo) o exponiéndola a un gas corrosivo llamado plasma en una cámara de vacío especial.

En el siguiente paso del proceso, la implantación iónica, se introducen en el silicio impurezas como boro o fósforo para alterar su conductividad. Esto se logra ionizando los átomos de boro o de fósforo (quitándoles uno o dos electrones) y lanzándolos contra la oblea a elevadas energías mediante un implantador iónico. Los iones quedan incrustados en la superficie de la oblea. En el último paso del proceso, las capas o películas de material empleadas para fabricar un microprocesador se depositan mediante el bombardeo atómico en un plasma, la evaporación (en la que el material se funde y posteriormente se evapora para cubrir la oblea) o la deposición de vapor químico, en la que el material se condensa a partir de un gas a baja presión o a presión atmosférica. En todos los casos, la película debe ser de gran pureza, y su espesor debe controlarse con una precisión de una fracción de micra.

Los detalles del micro son pequeños y precisos que una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos. Las salas empleadas para la fabricación de microprocesadores se denominan salas limpias, porque el aire de las mismas se somete a un filtrado exhaustivo y está prácticamente libre de polvo. Las salas limpias más puras de la actualidad se denominan de clase 1. La cifra indica el número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que puede haber en un pie cúbico de aire (0,028 metros cúbicos). Como comparación, un hogar normal sería de clase 1 millón.

El futuro de los microprocesadores

Los avances informáticos de los últimos años superan en cantidad y calidad a los que podrían haberse desarrollado en décadas enteras, y aunque esto es algo bastante encomendable a los ingenieros e investigadores que trabajan en esta disciplina, un ejecutivo de alto rango de Intel, Pat Gelsinger, hace impresionantes vaticinios para el futuro.

Intel a anunciado estar en condiciones de planificar su desarrollo hasta la creación de pequeños microprocesadores de 10 nm (nanómetros) en los próximos 10 años. ¿Qué significa esto?

La reducción del tamaño del microprocesador a través de técnicas propias de la nanotecnología reduce el consumo de energía, volviéndolo más eficiente, a la vez que aumenta significativamente el desempeño, la velocidad y el poder de procesamiento del núcleo del sistema. Un nanómetro equivale a una millonésima de milímetro.

Actualmente, Intel ha desarrollado un microprocesador de 45nm, el más pequeño hasta la fecha: un transistor de ese procesador puede encenderse y apagarse, enviando información en este proceso, alrededor de 300 mil millones de veces por segundo.

Con estos avances, se espera que toda la relación que tenemos con los ordenadores cambie notablemente, sobre todo en términos de la interfaz visual, que estos pequeños procesadores ayudarán a embellecer notablemente.

Futura refrigeración

Ni ventiladores, ni refrigeración líquida. El futuro de la disipación de calor para todo tipo de componentes electrónicos son la descarga de corona, viento iónico o aceleración de fluidos electrostáticos.

Consiste en aplicar una corriente de aire que empuje iones cercanos al microchip (o a aquello que queramos enfriar). Los iones empujan el calor hacia fuera haciendo que el componente reduzca su calor, y consecuentemente baje de temperatura. Yendo un poquito más allá, se podría llegar a construir un chip de refrigeración que constase de dos partes, un emisor que crea los iones y un colector que los aleja de las cercanías del componente, refrigerándolo.

Esta técnica ha sido probada por Alexander Mamishev, físico de la Universidad de Washington.

Microprocesadores

Véase también

Fuentes