Cronología de los microprocesadores

Los primeros chips que podrían considerarse microprocesadores fueron diseñados y fabricados a finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, incluido el MP944 utilizado en el CADC del Grumman F-14 . ^{[ 1 ]} El Intel 4004 de 1971 es ampliamente considerado como el primer microprocesador comercial. ^{[ 2 ]}

A principios de la década de 1970, los diseñadores utilizaban principalmente transistores MOSFET con lógica pMOS , pasando a la lógica nMOS a mediados de la misma década. El nMOS de modo de agotamiento tenía la ventaja de poder funcionar con una única tensión, normalmente +5 V, lo que simplificaba los requisitos de alimentación y permitía su fácil interconexión con la amplia variedad de dispositivos de lógica transistor-transistor (TTL) de +5 V. El nMOS tenía la desventaja de ser más susceptible al ruido electrónico generado por pequeñas impurezas en el material de silicio subyacente, y no fue hasta mediados de la década de 1970 que estas, en particular el sodio, se eliminaron con éxito hasta los niveles requeridos. En ese momento, alrededor de 1975, el nMOS rápidamente dominó el mercado. ^{[ 3 ]}

Esto coincidió con la introducción de nuevos sistemas de enmascaramiento de semiconductores , en particular el sistema Micralign de Perkin-Elmer . Micralign proyectaba una imagen de la máscara sobre la oblea de silicio, sin tocarla directamente, lo que eliminó los problemas anteriores en los que la máscara se desprendía de la superficie y arrastraba consigo parte de la fotorresina , dañando los chips de esa porción de la oblea. ^{[ 4 ]} Al reducir el número de chips defectuosos, de aproximadamente el 70 % al 10 %, el coste de diseños complejos como los primeros microprocesadores disminuyó en la misma proporción. Los sistemas basados ​​en alineadores de contacto costaban alrededor de 300 dólares por unidad, mientras que el MOS 6502 , diseñado específicamente para aprovechar estas mejoras, costaba solo 25 dólares. ^{[ 5 ]}

Durante este periodo también se experimentó considerablemente con diferentes longitudes de palabra . Al principio, eran comunes los procesadores de 4 bits , como el Intel 4004, simplemente porque no era rentable fabricar una longitud de palabra mayor en el espacio disponible en las pequeñas obleas de la época, especialmente cuando la mayoría serían defectuosas. A medida que mejoró el rendimiento, aumentó el tamaño de las obleas y se siguió reduciendo el tamaño de las características, surgieron diseños de 8 bits más complejos, como el Intel 8080 y el 6502. Los procesadores de 16 bits aparecieron pronto, pero eran caros; hacia finales de la década, los diseños de 16 bits de bajo coste, como el Zilog Z8000, se estaban volviendo comunes. También se produjeron algunas longitudes de palabra inusuales, incluidas las de 12 y 20 bits , que a menudo coincidían con un diseño que se había implementado previamente en un formato multichip en una minicomputadora . Estas habían desaparecido en gran medida hacia finales de la década, a medida que las minicomputadoras pasaron a formatos de 32 bits .

A medida que la Ley de Moore impulsaba a la industria hacia diseños de chips más complejos, la esperada migración generalizada de los diseños de 8 bits de la década de 1970 a los de 16 bits casi no se produjo; en su lugar, surgieron nuevos diseños de 32 bits, como el Motorola 68000 y el National Semiconductor NS32000 , que ofrecían un rendimiento mucho mayor. El único uso generalizado de sistemas de 16 bits se dio en el IBM PC , que había seleccionado el Intel 8088 en 1979, antes de que los nuevos diseños hubieran madurado.

Otro cambio fue la adopción de las compuertas CMOS como método principal para construir CPU complejas. La tecnología CMOS estaba disponible desde principios de la década de 1970; RCA introdujo el procesador COSMAC, que utilizaba CMOS, en 1975. ^{[ 43 ]} Mientras que los sistemas anteriores utilizaban un solo transistor como base para cada "compuerta", CMOS empleaba un diseño de dos caras, lo que esencialmente duplicaba su costo de fabricación. Su ventaja radicaba en que su lógica no se basaba en el voltaje de un transistor comparado con el sustrato de silicio, sino en la diferencia de voltajes entre ambas caras, detectable a niveles de potencia mucho más bajos. A medida que la complejidad de los procesadores seguía aumentando, la disipación de potencia se convirtió en una preocupación importante y los chips eran propensos al sobrecalentamiento; CMOS redujo considerablemente este problema y rápidamente dominó el mercado. ^{[ 44 ]} Esto se vio favorecido por la adopción de CMOS por parte de las empresas japonesas, mientras que las empresas estadounidenses seguían utilizando nMOS, lo que supuso un gran avance para la industria japonesa durante la década de 1980. ^{[ 45 ]}

Las técnicas de fabricación de semiconductores continuaron mejorando. El Micralign, que había "creado la industria moderna de circuitos integrados", quedó obsoleto a principios de la década de 1980. Fue reemplazado por los nuevos sistemas de fotolitografía , que utilizaban aumentos elevados y fuentes de luz extremadamente potentes para copiar una máscara grande en la oblea a tamaños cada vez más pequeños. Esta tecnología permitió a la industria superar el límite anterior de 1 micrón.

Los ordenadores domésticos clave a principios de la década utilizaban principalmente procesadores desarrollados en la década de 1970. Las versiones del 6502, lanzadas por primera vez en 1975, impulsaron los ordenadores Commodore 64 , Apple II , BBC Micro y Atari de 8 bits . El Zilog Z80 de 8 bits (1976) es el núcleo del ZX Spectrum , los sistemas MSX y muchos otros. El IBM PC basado en el 8086, lanzado en 1981, inició la transición a los 16 bits, pero pronto fue superado por el Macintosh de 16/32 bits basado en el 68000 , y posteriormente por el Atari ST y el Amiga . Los compatibles con IBM PC pasaron a los 32 bits con la introducción del Intel 80386 a finales de 1985, aunque los sistemas basados ​​en el 386 eran considerablemente caros en aquel momento.

Además del aumento constante de la longitud de las palabras, los microprocesadores comenzaron a incorporar unidades funcionales adicionales que antes eran componentes externos opcionales. A mediados de la década, las unidades de gestión de memoria (MMU) se hicieron comunes, apareciendo por primera vez en diseños como el Intel 80286 y el Motorola 68030. A finales de la década, se añadieron las unidades de punto flotante (FPU), que aparecieron por primera vez en el Intel 486 de 1989 y, al año siguiente, en el Motorola 68040 .

Otro cambio que comenzó durante la década de 1980 involucró la filosofía de diseño general con la aparición de la computadora con conjunto de instrucciones reducido , o RISC. Aunque el concepto fue desarrollado por primera vez por IBM en la década de 1970, la compañía no introdujo sistemas potentes basados ​​en él, principalmente por temor a canibalizar sus ventas de sistemas mainframe más grandes . La introducción en el mercado fue impulsada por compañías más pequeñas como MIPS Technologies , SPARC y ARM . Estas compañías no tenían acceso a la fabricación de alta gama como Intel y Motorola, pero pudieron introducir chips que eran altamente competitivos con esas compañías con una fracción de la complejidad. Para finales de la década, todos los principales proveedores estaban introduciendo su propio diseño RISC, como el IBM POWER , el Intel i860 y el Motorola 88000 .

El microprocesador de 32 bits dominó el mercado de consumo en la década de 1990. La velocidad de reloj de los procesadores aumentó más de diez veces entre 1990 y 1999, y los procesadores de 64 bits comenzaron a aparecer más adelante en la década. En la década de 1990, los microprocesadores ya no utilizaban la misma velocidad de reloj para el procesador y la RAM . Los procesadores comenzaron a tener una velocidad de reloj del bus frontal (FSB) utilizada para la comunicación con la RAM y otros componentes. Normalmente, el propio procesador funcionaba a una velocidad de reloj que era un múltiplo de la velocidad del FSB. El Pentium III de Intel, por ejemplo, tenía una velocidad de reloj interna de 450-600  MHz y una velocidad de FSB de 100-133  MHz. Aquí solo se muestra la velocidad de reloj interna del procesador.

Los procesadores de 64 bits se popularizaron en la década de 2000. Las velocidades de reloj de los microprocesadores alcanzaron un límite debido a la barrera de disipación de calor . En lugar de implementar sistemas de refrigeración costosos y poco prácticos, los fabricantes recurrieron a la computación paralela en forma de procesador multinúcleo . El overclocking tuvo sus orígenes en la década de 1990, pero alcanzó su máximo esplendor en la década de 2000. Los sistemas de refrigeración comerciales diseñados para procesadores con overclocking se hicieron comunes, y también surgió la PC para juegos . Durante esa década, el número de transistores aumentó aproximadamente en un orden de magnitud, una tendencia que continuó desde décadas anteriores. Los tamaños de proceso se redujeron aproximadamente a la cuarta parte, de 180 nm a 45 nm.  

Surge una nueva tendencia: el módulo multichip compuesto por varios chiplets . Se trata de múltiples chips monolíticos en un solo paquete. Esto permite una mayor integración con chips más pequeños y fáciles de fabricar.

• Ley de Moore
• Número de transistores por chip, cronología
• Cronología de instrucciones por segundo : cronología del rendimiento arquitectónico de los chips. 
• Modelo tictac y su sucesor:
  • Modelo de optimización de arquitectura de procesos

Referencias

Notas

• sandpile.org para obtener información sobre procesadores x86
• Ogdin, Jerry (enero de 1975). "Cuadro de mando de microprocesadores". Boletín informativo de Euromicro . 1 (2): 43– 77. doi : 10.1016/0303-1268(75)90008-5 .