HISTORIA DE LOS MICROPROCESADORES
El primer "PC" o Personal Computer fue inventado por IBM en 1.981 (a decir verdad, ya existían ordenadores personales antes, pero el modelo de IBM tuvo gran éxito, entre otras cosas porque era fácil de copiar). En su interior había un micro denominado 8088, de una empresa no muy conocida (en serio!!) llamada Intel.
Las prestaciones de dicho chip resultan risibles hoy en día: un chip de 8 bits trabajando a 4,77 MHz (sí, 4 coma 77), aunque bastante razonables para una época en la que el chip de moda era el Z80 de Zilog, el motor de aquellos entrañables Spectrum que hicieron furor en aquellos tiempos, gracias sobre todo a juegos increíbles, con más gracia y arte que muchos actuales para Pentium MMX.
El 8088 era una versión de prestaciones reducidas del 8086, que marcó la coletilla "86" para los siguientes chips Intel: el 80186 (que se usó principalmente para controlar periféricos), el 80286 (de cifras aterradoras, 16 bits y hasta 20 MHz) y por fin, en 1.987, el primer micro de 32 bits, el 80386 o simplemente 386.
Al ser de 32 bits (ya comentaremos qué significa esto de los bits) permitía idear software más moderno, con funcionalidades como multitarea real, es decir, disponer de más de un programa trabajando a la vez. A partir de entonces todos los chips compatibles Intel han sido de 32 bits, incluso el flamante Pentium II.
Ocupémonos ahora de eso de compatibles Intel. El mundo PC no es todo el mundo de la informática personal; existen por ejemplo los Atari o los Apple, que desde el principio confiaron en otra empresa llamada Motorola. Sin embargo, el software de esos ordenadores no es compatible con el tipo de instrucciones de la familia 80x86 de Intel; esos micros, pese a ser en ocasiones mejores que los Intel, sencillamente no entienden las órdenes utilizadas en los micros Intel, por lo que se dice que no son compatibles Intel.
Aunque sí existen chips compatibles Intel de otras empresas, entre las que destacan AMD y Cyrix. Estas empresas comenzaron copiando flagrantemente a Intel, hasta hacerle a veces mucho daño (con productos como el 386 de AMD, que llegaba a 40 MHz frente a 33 MHz del de Intel, o bien en el mercado 486). Posteriormente perdieron el carro de Intel, especialmente el publicitario, y hoy en día resurgen con ideas nuevas, buenas y propias, no adoptadas como antes.
Volviendo a la historia, un día llegó el 486, que era un 386 con un coprocesador matemático incorporado y una memoria caché integrada, lo que le hacía más rápido; desde entonces todos los chips tienen ambos en su interior.
Luego vino el Pentium, un nombre inventado para evitar que surgieran 586s marca AMD o Cyrix, ya que no era posible patentar un número pero sí un nombre, lo que aprovecharon para sacar fuertes campañas de publicidad del "Intel Inside" (Intel dentro), hasta llegar a los técnicos informáticos de colores que anunciaban los Pentium MMX y los Pentium II.
MICROPROCESADORES ANTIGUOS
Tal como está el mundo, podríamos decir que cualquiera que tenga más de un mes en el mercado. De todas formas, aquí vamos a suponer antiguo a todo micro que no sea un Pentium o similar (K5, K6, 6x86, Celeron...), los cuales se estudian en la siguiente página.
8086, 8088, 286
Les juntamos por ser todos prehistóricos y de rendimiento similar. Los ordenadores con los dos primeros eran en ocasiones conocidos como ordenadores XT, mientras que los que tenían un 286 (80286 para los puristas) se conocían como AT. En España se vendieron muchos ordenadores con estos micros por la firma Amstrad, por ejemplo.
Ninguno era de 32 bits, sino de 8 ó 16, bien en el bus interno o el externo. Esto significa que los datos iban por caminos (buses) que eran de 8 ó 16 bits, bien por dentro del chip o cuando salían al exterior, por ejemplo para ir a la memoria. Este número reducido de bits (un bit es la unidad mínima de información en electrónica) limita sus posibilidades en gran medida.
Un chip de estas características tiene como entorno preferente y casi único el DOS, aunque puede hacerse correr Windows 3.1 sobre un 286 a 16 ó 20 MHz si las aplicaciones que vamos a utilizar no son nada exigentes; personalmente, he usado el procesador de textos AmiPro 1.2 en Windows 3.1 en un 286 y sólo era cuestión de tomármelo con calma (mucha calma cuando le mandaba imprimir, eso sí).
Sin embargo, si tiene un ordenador así, no lo tire; puede usarlo para escribir textos (con algún WordPerfect antiguo), para jugar a juegos antiguos pero adictivos (como el Tetris, Prince of Persia, y otros clásicos), o incluso para navegar por Internet, sobre todo si el monitor es VGA y tiene un módem "viejo" (por ejemplo un 14.400). Si quiere saber algo sobre cómo reciclar esa vieja gloria, pulse aquí.
386, 386 SX
Estos chips ya son más modernos, aunque aún del Neolítico informático. Su ventaja es que son de 32 bits; o mejor dicho, el 386 es de 32 bits; el 386 SX es de 32 bits internamente, pero de 16 en el bus externo, lo que le hace hasta un 25% más lento que el original, conocido como DX.
Lo curioso es que el original, el 386, sea el más potente. La versión SX fue sacada al mercado por Intel siguiendo una táctica comercial típica en esta empresa: dejar adelantos tecnológicos en reserva, manteniendo los precios altos, mientras se sacan versiones reducidas (las "SX"
La cuestión es que ambos pueden usar software de 32 bits, aunque si lo que quiere usar es Windows 95 ¡ni se le ocurra pensar en un 386! Suponiendo que tenga suficiente memoria RAM, disco, etc., prepárese para esperar horas para cualquier tontería.
Su ámbito natural es DOS y Windows 3.x, donde pueden manejar aplicaciones bastante profesionales como Microsoft Word sin demasiados problemas, e incluso navegar por Internet de forma razonablemente rápida. Si lo que quiere es multitarea y software de 32 bits en un 386, piense en los sistemas operativos OS/2 o Linux (¡este último es gratis!).
486, 486 SX, DX, DX2 y DX4
La historia se repite, aunque esta vez entra en el campo del absurdo de la mano del márketing "Intel Inside". El 486 es el original, y su nombre completo es 80486 DX; consiste en:
un corazón 386 actualizado, depurado y afinado;
un coprocesador matemático para coma flotante integrado;
una memoria caché (de 8 Kb en el DX original de Intel).
Es de notar que la puesta a punto del núcleo 386 y sobre todo la memoria caché lo hacen mucho más rápido, casi el doble, que un 386 a su misma velocidad de reloj (mismos MHz); hasta aquí el original. Veamos las variantes:
486 SX: un DX sin coprocesador matemático. ¿Que cómo se hace eso? Sencillo: se hacen todos como DX y se quema el coprocesador, tras lo cual en vez de "DX" se escribe "SX" sobre el chip. Dantesco, ¿verdad? Pero la teoría dice que si lo haces y lo vendes más barato, sacas dinero de alguna forma. Lo dicho, alucinante.
486 DX2: o el "2x1": un 486 "completo" que va internamente el doble de rápido que externamente (es decir, al doble de MHz). Así, un 486 DX2-66 va a 66 MHz en su interior y a 33 MHz en sus comunicaciones con la placa (memoria, caché secundaria...). Buena idea, Intel.
486 DX4: o cómo hacer que 3x1=4. El mismo truco que antes, pero multiplicando por 3 en vez de por 2 (DX4-100 significa 33x3=99 ó, más o menos, 100). ¿Que por qué no se llama DX3? Márketing, chicos, márketing. El 4 es más bonito y grande...
En este terreno Cyrix y AMD hicieron de todo, desde micros "light" que eran 386 potenciados (por ejemplo, con sólo 1 Kb de caché en vez de 8) hasta chips muy buenos como el que usé para empezar a escribir esto: un AMD DX4-120 (40 MHz por 3), que rinde casi (casi) como un Pentium 75, o incluso uno a 133 MHz (33 MHz por 4 y con 16 Kb de caché!!).
Por cierto, tanto "por" acaba por generar un cuello de botella, ya que hacer pasar 100 ó 133 MHz por un hueco para 33 es complicado, lo que hace que más que "x3" acabe siendo algo así como "x2,75" (que tampoco está mal). Además, genera calor, por lo que debe usarse un disipador de cobre y un ventilador sobre el chip.
En un 486 se puede hacer de todo, sobre todo si supera los 66 MHz y tenemos suficiente RAM.
Fabricacion paso a paso.
1. El CPU proviene de la arena. Todos sabemos que la mayor parte de los semiconductores están hechos de silicio. Como la arena tiene un 25% de silicio -que es el elemento químico más abundante después del oxígeno- es el lugar más lógico donde encontrarlo. Aparece en forma de dióxido de silicio (SiO2).
2. Después de separar el silicio de la arena, aquel se purifica en varios pasos hasta llegar a lo que se conoce como "silicio de calidad electrónica". La pureza es tal que este tipo de silicio puede tener un máximo de un átomo de impureza por cada mil millones de átomos de silicio. En la imagen se ve como se forma un gran cristal a partir del silicio purificado. Al resultado se lo llama "lingote" (Ingot).
3. Un lingote de mono-cristal pesa unos 100 KG y tiene una pureza del 99,9999%
4. El lingote pasa a la etapa del rebanado, donde se forman discos de silicio individuales llamados "wafers" (Sí, de acá salen los famosos wafers!). Existen diversos tamaños de lingotes, aunque los CPUs de hoy usualmente se hacen de wafers de 30 cm.
5. Una vez cortados, se pulen los wafers hasta que obtienen superficies perfectas, lisas como un espejo. Intel no produce sus propios lingotes o wafers (los compra a terceros). Los primeros chips tenían un diametro de 5 cm.
6. El líquido azul es un acabado fotosensible, parecido a los que usan en fotografía (analógica, claro). El wafer rota para que el revestimiento se distribuya uniformemente y para que sea muy fino.
7. Se expone el acabado a luz ultravioleta, de forma similar a la que se expone un rollo de fotos a la luz cuando se presiona el disparador. Las áreas expuestas a esta luz se hacen solubles y esto se hace mediante filtros similares a los stencils que se usan en el arte callejero. De esta forma se crean los diferentes circuitos y se superponen varias capas, una arriba de la otra. Una lente (en el medio) reduce este "stencil" y logra que los circuitos impresos en el wafer sean 4 veces más chicos que el circuito en el filtro-stencil.
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8. En la imagen de abajo vemos como se vería un transistor. Los actuales en un procesador moderno son tan pequeños que podrían entrar 30 millones de ellos en lo que ocupa la cabeza de un alfiler.
9. Después de la exposición a la luz ultravioleta, se disuelven las áreas que no fueron expuestas con un solvente. Ahí se ve el patrón marcado por el stencil.
10. La capa de material fotosensible protege las partes del wafer que no deben ser grabadas, el resto se va con unos químicos.
11. Después del grabado, se quita el material fotosensible y queda visible la forma deseada.
12. Se aplica más material fotosensible (en azul) y se vuelve a exponer a la luz ultravioleta. Se remueve el sobrante nuevamente y se llega a un paso llamado "ion doping" (dopaje de iones). En este paso se exponen particulas de iones al wafer, de modo que el silicio cambie sus propiedades químicas para que el el CPU pueda controlar el flujo eléctrico.
13. Mediante la implantacion de iones, las áreas expuestas del wafer de silicio son bombardeadas con iones, y esto se hace a altas velocidades. Un campo electrico los acelera hasta unos 300.000 km/hora.
14. Después de la implantación de iones, se quita el material fotosensible y el material expuesto al dopaje (en verde) ahora tiene atomos ajenos.
15. Al transistor le falta poco. Se grabaron tres hoyos en la capa de aislamiento (en color magenta) por encima del transistor. Estos hoyos se van a llenar con cobre para crear las conexiones a otros transistores.
16. Se ponen los wafers en una solución de sulfato de cobre. Los iones de cobre se depositan en el transistor mediante un proceso llamado "electroplating" (Galvanoplastia). Los iones de cobre viajan desde la terminal positiva (ánodo) a la terminal negativa (cátodo).
17. Los iones de cobre se depositan en forma de fina capa sobre la superficie del wafer.
18. Se pule el exceso dejando una capa de cobre muy fina.
19. Se crean muchas capas para que surgan las interconexiones entre los transistores, como si fuesen finos cables. Estas interconexiones están determinadas según la arquitectura del procesador. Pueden llegar a existir más de 20 capas de este tipo de conexionado.
20. Ya se pueden probar los wafers. Un equipo prueba cada uno de los chips con datos y compara la respuesta que recibe de ellos con la respuesta correcta.
21. Si los tests confirman que cierto wafer tiene un buen porcentaje de procesadores funcionales, el wafer se corta en pedazos llamados "dies".
22. Los dies que pasaron las pruebas pasan a la siguiente etapa. Los dies malos se descartan.
23. Este es un die individual, que provino del paso anterior. En este caso se trata del die de un Core i7 (pero no aclaran de cual...)
24. Se ensamblan el die, el sustrato y el heat spreader (Difusor térmico integrado o IHS) para crear un procesador terminado. El sustrato verde conecta al motherboard con el die. El heat spreader es donde vamos a colocar el disipador.
25. Un microprocesador es súmamente complejo y toma cientos de pasos (Solo vimos los más importantes)
26. En la etapa final se prueba al procesador.
27. De acuerdo al resultado de las pruebas, se van a agrupar a los procesadores que posean las mismas capacidades. Esto se llama "binning" y determina la frecuencia máxima de un procesador.
28. ¡Fin! El procesador se pone en una caja o en una bandeja (tray) y sale a la venta o a los OEMs.
26. En la etapa final se prueba al procesador.
27. De acuerdo al resultado de las pruebas, se van a agrupar a los procesadores que posean las mismas capacidades. Esto se llama "binning" y determina la frecuencia máxima de un procesador.
28. ¡Fin! El procesador se pone en una caja o en una bandeja (tray) y sale a la venta o a los OEMs.
