jueves, 2 de febrero de 2017

Espacio, tiempo y semiconductores – IdeasYCiencia

La industria de semiconductores está inmersa hace décadas en una carrera hacía la miniaturización transistores e interconexiones. A día de hoy, a mediados de 2015, Intel fabrica ya chips a 14 nm en varias de sus plantas. El resto de la industria sigue en los nodos de 20 a 28 nm.

14 nm vs 22 nm 640Transistor de 14 nm y su antecesor de 22 nm. Intel.

14 nm = 0 , 000 000 014 m. 14 mil millonésimas de metro, el tamaño mínimo resoluble en uno de los chips Broadwell-Y de Intel de la serie Core.

Broadwell-Y 14nm 640Dies de chips de 14 nm Intel Broadwell-Y

Nanómetros, Gigahertzs y la velocidad de la luz

La velocidad de los electrones que se mueven dentro de uno de los procesadores que utilizamos a diario es muy inferior a c, la velocidad de la luz, ya que son partículas con masa (a diferencia de los fotones) y además se mueven a través de un medio sólido metálico (cobre) que opone resistencia a su paso (Ley de Ohm).

La velocidad de la luz es aproximadamente de 300 000 km/s = 300 000 000 m/s

1 GHz = 1 000 000 000 ciclos / s.

1 ciclo de reloj en una CPU que funciona a 1 GHz equivale a 1 ns (1 nanosegundo).

¿Qué distancia recorre la luz en 1 ns?

En 1 ns a velocidad = c, la luz recorre solamente unos 30 cm.

Core i7

En un procesador Intel Core i7 4790K @ 4.4GHz, con un ciclo de trabajo de 0,227 ns, la luz recorre unos 6,8 cm por ciclo.

Estas cifras nos dan una idea de lo extremadamente rápidos que son los sistemas actuales y lo cerca que ya nos encontramos de los límites de la física en cuanto a frecuencias.

Transistores, átomos y moléculas

Un transistor de 14nm ya se acerca a tamaños atómicos, su tamaño es de 0,000 000 014 m.

Una molécula pequeña, sencilla, como por ejemplo el agua tiene los átomos de Hidrógeno a 0.9584 A de distancia del oxígeno, es decir 0,09584 nm. Podemos decir que mide sobre unos 0,2 nm.

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Una molécula más compleja como la hemoglobina ya supera el nanómetro de tamaño y el ADN ronda los 10 nm.

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Estructura interna de una molécula de pentaceno, de 1,4 nanómetros de longitud. Abajo, modelo de la misma (los átomos grises son de carbono y los blancos de hidrógeno). / IBM

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Carlos Yus Valero – informaticapremium informaticapremium-logo-150px[3]