Los microprocesadores, o simplemente procesadores, son la parte central de un sistema informático, y la parte más compleja del mismo. Una CPU se encarga de procesar todos los datos de un dispositivo, desde el sistema operativo, hasta programas, utilizando para ello operaciones aritméticas y lógicas con código binario. Es por ello que se le conoce como el “cerebro” de un ordenador.
Un procesador suele tener una forma cuadrada, y tiene unos 3.75 cm de lado en cada uno de ellos si hablamos de los últimos Skylake de Intel en un ordenador de sobremesa, o tan pequeños como el último Apple A9, con 0.87 cm de largo x 1.07 cm de alto. Hace poco hablamos sobre cómo habían evolucionado los tamaños de fabricación de los semiconductores desde que se creó el Intel 4004 de 10.000 nm, hasta los 14 nm actuales y los 5 nm que alcanzaremos en 2020.
Pero, ¿en qué consiste el proceso de fabricación de estos procesadores?
Para una empresa normal es realmente difícil fabricar un procesador, pues el proceso de fabricación es realmente complejo, y requiere de instalaciones sometidas a rigurosos controles de limpieza y robots de alta precisión, debido a que un minúsculo error en el proceso de fabricación podría echar a perder el procesador entero. Por suerte, hay compañías dedicadas a fabricarlos que tienen todas las instalaciones necesarias, como Intel, AMD, Samsung, Global Foundries o TSMC. Esta última será la encargada de fabricar el Apple A10 del iPhone 7.
Arena, pero pura
Todo empieza con un componente muy abundante en la Tierra. La arena. No es la arena que encontramos en la playa, sino una más pura formada en su mayor parte por dióxido de silicio, que es calentada a miles de grados de temperatura y sometida a diversos procesos químicos con el fin de obtener silicio puro. El resultado es un cilindro de silicio prácticamente puro.
Este cilindro se corta en obleas, que son posteriormente pulidas y a las que se le aplica un químico fotosensible. Mediante una luz ultravioleta que es proyectada a través de una plantilla, mediante un proceso similar al revelado fotográfico analógico de carreta, se proyecta el circuito en la oblea con la forma del procesador que el fabricante ha diseñado. Este proceso se puede repetir cientos de veces en la misma oblea, pues estas pueden tener un tamaño aproximado de unos 90 cm de diámetro, y pueden llegar a contener el dibujo tintado de cientos de CPU.
Silicio y cobre, la clave
Una vez teñidas, las obleas son sumergidas en un disolvente que deja sólo el patrón sin ningún químico. Una máquina deja grabado el patrón en la oblea, y procede a bombardear con iones, que son átomos cargados de energía que se incrustan en el silicio, cambiando la manera en la que conducen la electricidad y creando así los transistores. Es por esta propiedad del silicio, que lo hace sensible a los iones, que es utilizado en la industria.
Los transistores resultantes de este proceso son los que actúan como pequeños interruptores, que pueden tomar valores de “sí o no”, o, mejor dicho, entre ceros y unos, permitiendo que un procesador reciba instrucciones en código binario, y éste las procese. Esta es la base de los procesadores actuales.
Volviendo al proceso de fabricación, el siguiente paso es conectar esos transistores entre sí. Para ello, se utilizan pequeñísimos cables de cobre con el mismo proceso con el que se crean los transistores de teñido y grabado. Para evitar que tengan contactos entre sí, este proceso se realiza mediante capas. La manera en la que estos cables y transistores quedan dispuestos es lo que se conoce como arquitectura, cuyos nombres comerciales todos hemos oído en el caso de Skylake o Broadwell con Intel, o Zen en el caso de AMD.
Pruebas y empaquetado
El circuito resultando es testeado, y si funciona correctamente, son empaquetados de manera que en la parte superior quede carcasa de metal, que es la que hace contacto con el disipador mediante la utilización de pasta térmica, y un circuito inferior que hace contacto con el socket de la placa base.
Antiguamente, los pinchos estaban situados en el propio paquete de la CPU, pero para evitar que se doblaran y sufrimientos innecesarios, estos fueron cambiados y ahora van integrados en la placa base. Sólo hay que dejar caer el chip para que este encaje.
De cara al futuro, se está investigando en ordenador cuánticos, que en lugar de usar bits que pueden tomar valor 1 o 0, mientras que en la computación cuántica los procesadores pueden tomar ambos valores a la vez, que junto a un número superior de qubits, se pueden obtener capacidades de procesamiento miles de veces mayores.
El silicio tiene unos límites físicos, que probablemente sean los que pongan el techo a la Ley de Moore, pues cada vez estamos más cerca de alcanzar el límite de lo pequeños que pueden resultar los transistores. Ya sea por ordenadores cuánticos, o grafeno, o procesos basados en luz, en el futuro es muy probable que el silicio acabe siendo sustituido en un tiempo no superior a 10 años.
