La última tecnología informática que tienes que ver para creer

La Ley de Moore, la verdad de que la cantidad de poder de cómputo en bruto disponible por un dólar tiende a duplicarse aproximadamente cada dieciocho meses, ha sido parte de la ciencia informática desde 1965, cuando Gordon Moore observó la tendencia por primera vez y escribió un artículo sobre ella. En ese momento, el “Ley” poco era una broma 49 años después, nadie se ríe..

En este momento, los chips de computadora se hacen utilizando un método de fabricación inmensamente refinado, pero muy antiguo. Las láminas de cristales de silicio muy puros están recubiertas con varias sustancias, grabadas con rayos láser de alta precisión, grabadas con ácido, bombardeadas con impurezas de alta energía y galvanizadas.

Se producen más de veinte capas de este proceso, construyendo componentes a nanoescala con una precisión que, francamente, es alucinante. Desafortunadamente, estas tendencias no pueden continuar para siempre..

Nos acercamos rápidamente al punto en el que los transistores que estamos grabando serán tan pequeños que los efectos cuánticos exóticos evitarán el funcionamiento básico de la máquina. Por lo general, se acepta que los últimos avances en tecnología de computadoras llegarán a los límites fundamentales del silicio alrededor de 2020, cuando las computadoras son unas dieciséis veces más rápidas de lo que son hoy. Por lo tanto, para que la tendencia general de la Ley de Moore continúe, tendremos que separarnos del silicio como lo hicimos con los tubos de vacío, y comenzar a construir chips utilizando nuevas tecnologías que tienen más espacio para el crecimiento..

4. Chips neuromórficos

A medida que el mercado de la electrónica avanza hacia tecnologías más inteligentes que se adaptan a los usuarios y automatizan más el trabajo intelectual, muchos de los problemas que las computadoras necesitan resolver se centran en el aprendizaje automático y la optimización. Una poderosa tecnología utilizada para resolver tales problemas son las "redes neuronales".

Las redes neuronales reflejan la estructura del cerebro: tienen nodos que representan neuronas y conexiones ponderadas entre los nodos que representan sinapsis. La información fluye a través de la red, manipulada por los pesos, para resolver problemas. Las reglas simples dictan cómo cambian los pesos entre las neuronas, y estos cambios pueden explotarse para producir un aprendizaje y un comportamiento inteligente. Este tipo de aprendizaje es computacionalmente costoso cuando es simulado por una computadora convencional.

Los chips neuromórficos intentan abordar esto mediante el uso de hardware dedicado específicamente diseñado para simular el comportamiento y el entrenamiento de las neuronas. De esta manera, se puede lograr una enorme aceleración, al usar neuronas que se comportan más como las neuronas reales en el cerebro..

IBM y DARPA han estado a la vanguardia en la investigación de chips neuromórficos a través de un proyecto llamado SyNAPSE, que mencionamos antes: No lo creerá: Investigación futura de DARPA en computadoras avanzadas No lo creerá: Investigación futura de DARPA en computadoras avanzadas DARPA es una de las partes más fascinantes y secretas del gobierno de los Estados Unidos. Los siguientes son algunos de los proyectos más avanzados de DARPA que prometen transformar el mundo de la tecnología. Lee mas . Synapse tiene el objetivo final de construir un sistema equivalente a un cerebro humano completo, implementado en hardware que no sea más grande que un cerebro humano real. A más corto plazo, IBM planea incluir chips neuromórficos en sus sistemas Watson, para acelerar la resolución de ciertos subproblemas en el algoritmo que depende de las redes neuronales..

El sistema actual de IBM implementa un lenguaje de programación para hardware neuromórfico que permite a los programadores usar fragmentos pre-entrenados de una red neuronal (llamados 'corelets') y enlazarlos para construir máquinas robustas de resolución de problemas. Es probable que no tenga chips neuromórficos en su computadora durante mucho tiempo, pero es casi seguro que usará servicios web que utilizan servidores con chips neuromórficos en tan solo unos años..

3. Micron Hybrid Memory Cube

Uno de los principales cuellos de botella para el diseño actual de la computadora es el tiempo que lleva recuperar los datos de la memoria en los que el procesador necesita trabajar. El tiempo necesario para hablar con los registros ultrarrápidos dentro de un procesador es considerablemente más corto que el tiempo necesario para recuperar datos de la RAM, que a su vez es mucho más rápido que recuperar datos del pesado y pesado disco duro..

El resultado es que, con frecuencia, se deja al procesador simplemente esperando largos períodos de tiempo para que lleguen los datos, de modo que pueda realizar la siguiente ronda de cálculos. La memoria caché del procesador es aproximadamente diez veces más rápida que la memoria RAM, y la memoria RAM es aproximadamente cien mil veces más rápida que el disco duro. Dicho de otra manera, si hablar con la memoria caché del procesador es como caminar a la casa del vecino para obtener información, entonces hablar con la memoria RAM es como caminar un par de millas hasta la tienda para obtener la misma información: obtenerla del disco duro es como caminando hacia la luna.

La tecnología Micron puede romper la industria de la progresión regular de la tecnología de memoria DDR convencional, reemplazándola con su propia tecnología, que apila los módulos de RAM en cubos y utiliza cables de mayor ancho de banda para que sea más rápido hablar con esos cubos. Los cubos se construyen directamente en la placa base al lado del procesador (en lugar de insertarse en ranuras como el ram convencional). La arquitectura híbrida de cubos de memoria ofrece cinco veces más ancho de banda al procesador que el ram DDR4 que sale este año, y utiliza un 70% menos de energía. Se espera que la tecnología llegue al mercado de las supercomputadoras a principios del próximo año, y al mercado de consumo unos años más tarde..

2. Almacenamiento de Memristor

Un enfoque diferente para resolver el problema de la memoria es diseñar una memoria de computadora que tenga la ventaja de tener más de un tipo de memoria. En general, las compensaciones con la memoria se reducen al costo, la velocidad de acceso y la volatilidad (la volatilidad es la propiedad de necesitar un suministro constante de energía para mantener los datos almacenados). Los discos duros son muy lentos, pero baratos y no volátiles.

Ram es volátil, pero rápido y barato. El caché y los registros son volátiles y muy caros, pero también muy rápidos. La mejor tecnología de ambos mundos es una que es no volátil, de acceso rápido y de creación económica. En teoría, los memristores ofrecen una manera de hacer eso..

Los memristores son similares a las resistencias (dispositivos que reducen el flujo de corriente a través de un circuito), con la captura que tienen en la memoria. Correr la corriente a través de ellos de una manera, y su resistencia aumenta. Correr la corriente a través del otro camino, y su resistencia disminuye. El resultado es que puede construir celdas de memoria de estilo RAM de alta velocidad y económicas que no son volátiles y pueden fabricarse a bajo costo.

Esto plantea la posibilidad de bloques RAM tan grandes como los discos duros que almacenan todo el sistema operativo y el sistema de archivos de la computadora (como un enorme disco RAM no volátil, ¿qué es un disco RAM y cómo puede configurar uno qué es un RAM?) Disco, y cómo puede configurar uno Los discos duros de estado sólido no son el primer almacenamiento no mecánico que aparece en las PC de los consumidores. La memoria RAM se ha utilizado durante décadas, sino principalmente como una solución de almacenamiento a corto plazo. RAM lo hace ... Leer más), a todos los cuales se puede acceder a la velocidad de RAM. No más disco duro. No más caminando a la luna..

HP ha diseñado una computadora que utiliza tecnología de memristor y un diseño de núcleo especializado, que utiliza fotónica (comunicación basada en la luz) para acelerar las redes entre elementos computacionales. Este dispositivo (llamado “La máquina”) es capaz de realizar un procesamiento complejo en cientos de terrabytes de datos en una fracción de segundo. La memoria del memristor es 64-128 veces más densa que la RAM convencional, lo que significa que la huella física del dispositivo es muy pequeña, y todo el shebang consume mucha menos energía que las salas de servidores a las que reemplazaría. HP espera llevar al mercado las computadoras basadas en The Machine en los próximos dos o tres años.

1. Procesadores de grafeno

El grafeno es un material hecho de celosías fuertemente unidas de átomos de carbono (similar a los nanotubos de carbono). Tiene una serie de propiedades notables, que incluyen una fuerza física inmensa y una superconductividad cercana. Existen docenas de aplicaciones potenciales para el grafeno, desde elevadores espaciales a armaduras corporales y baterías mejores, pero la que es relevante para este artículo es su posible papel en las arquitecturas de computadoras..

Otra forma de hacer que las computadoras sean más rápidas, en lugar de reducir el tamaño del transistor, es simplemente hacer que esos transistores funcionen más rápido. Desafortunadamente, debido a que el silicio no es un muy buen conductor, una cantidad significativa de la energía que se envía a través del procesador se convierte en calor. Si intenta aumentar la velocidad de los procesadores de silicio a más de nueve gigahertz, el calor interfiere con el funcionamiento del procesador. Los 9 gigahertios requieren esfuerzos de enfriamiento extraordinarios (en algunos casos con nitrógeno líquido). La mayoría de los chips de consumo se ejecutan mucho más lentamente. (Para obtener más información sobre el funcionamiento de los procesadores de computadora convencionales, lea nuestro artículo ¿Qué es una CPU y Qué hace? ¿Qué es una CPU y Qué hace? Las siglas de cómputo son confusas. ¿Qué es una CPU? ¿procesador de cuatro o cuatro núcleos? ¿Qué hay de AMD o Intel? ¡Estamos aquí para ayudar a explicar la diferencia! Lea más sobre el tema).

El grafeno, en contraste, es un excelente conductor. En teoría, un transistor de grafeno puede funcionar hasta 500 GHz sin ningún problema de calor, y puede grabarlo de la misma manera que graba el silicio. IBM ya ha grabado chips de grafeno analógico simple, utilizando técnicas tradicionales de litografía de chip. Hasta hace poco, el problema ha sido doble: primero, que es muy difícil fabricar grafeno en grandes cantidades y, segundo, que no tenemos una buena manera de crear transistores de grafeno que bloqueen completamente el flujo de corriente en su 'off ' estado.

El primer problema se resolvió cuando el gigante de la electrónica Samsung anunció que su brazo de investigación había descubierto una forma de producir en masa cristales de grafeno enteros con gran pureza. El segundo problema es más complicado. El problema es que, si bien la conductividad extrema del grafeno lo hace atractivo desde una perspectiva de calor, también es molesto cuando se quieren hacer transistores, dispositivos que intentan dejar de conducir miles de millones de veces por segundo. El grafeno, a diferencia del silicio, carece de un "intervalo de banda": una tasa de flujo de corriente tan baja que hace que el material caiga a conductividad cero. Por suerte, parece que hay algunas opciones en ese frente.

Samsung ha desarrollado un transistor que utiliza las propiedades de una interfaz de silicio-grafeno para producir las propiedades deseadas, y ha construido una serie de circuitos lógicos básicos con él. Si bien no es una computadora de grafeno puro, este esquema preservaría muchos de los efectos beneficiosos del grafeno. Otra opción puede ser el uso de "resistencia negativa" para construir un tipo diferente de transistor que podría usarse para construir puertas lógicas que operen a una potencia más alta, pero con menos elementos..

De las tecnologías discutidas en este artículo, el grafeno es el más alejado de la realidad comercial. La tecnología puede tardar hasta una década en ser lo suficientemente madura como para reemplazar realmente el silicio por completo. Sin embargo, a largo plazo, es muy probable que el grafeno (o una variante del material) sea la columna vertebral de la plataforma informática del futuro..

Los próximos diez años

Nuestra civilización y gran parte de nuestra economía han llegado a depender de la Ley de Moore de manera profunda, y enormes instituciones están invirtiendo enormes cantidades de dinero para tratar de prevenir su fin. Una serie de mejoras menores (como las arquitecturas de chips 3D y la computación tolerante a errores) ayudarán a mantener la Ley de Moore más allá de su horizonte teórico de seis años, pero ese tipo de cosas no pueden durar para siempre.

En algún momento de la próxima década, tendremos que dar el salto a una nueva tecnología, y el dinero inteligente está en el grafeno. Ese cambio va a sacudir seriamente el status quo de la industria de la computación, y hará y perderá muchas fortunas. Incluso el grafeno no es, por supuesto, una solución permanente. Es muy probable que en algunas décadas nos encontremos de nuevo aquí, debatiendo qué nueva tecnología asumirá, ahora que hemos llegado a los límites del grafeno..

¿Qué dirección crees que tomará la última tecnología informática?? ¿Cuál de estas tecnologías crees que tiene la mejor oportunidad de llevar la electrónica y las computadoras al siguiente nivel??

Créditos de imagen: Mano femenina en guantes ESD Vía Shutterstock

Explorar más sobre: ​​CPU.