¿Cómo se fabrica un procesador?
Los microprocesadores, también conocidos como procesadores, son la parte central y más compleja de un sistema informático. Estos se encargan de procesar todos los datos de un dispositivo, desde el sistema operativo hasta programas, utilizando operaciones aritméticas y lógicas con código binario. Por esta razón, se les conoce como el “cerebro” de un ordenador.
Un procesador suele tener forma cuadrada y su tamaño puede variar, desde los aproximadamente 3.75 cm de lado de los últimos Skylake de Intel para ordenadores de sobremesa, hasta los diminutos 0.87 cm de largo x 1.07 cm de alto del último Apple A9. En los últimos años, los tamaños de fabricación de los semiconductores han evolucionado significativamente, desde los 10.000 nm del Intel 4004 hasta los actuales 14 nm, y se espera alcanzar los 5 nm para el año 2020.
El complejo proceso de fabricación
Para una empresa normal resulta extremadamente difícil fabricar un procesador, ya que el proceso es sumamente complejo y requiere instalaciones con rigurosos controles de limpieza y robots de alta precisión. Cualquier pequeño error en el proceso de fabricación podría arruinar por completo el procesador. Afortunadamente, existen compañías especializadas en la fabricación de procesadores, como Intel, AMD, Samsung, Global Foundries y TSMC, esta última será responsable de fabricar el Apple A10 para el iPhone 7.
El origen: la arena
Todo comienza con un material muy abundante en la Tierra: la arena. Sin embargo, no se trata de la arena que encontramos en la playa, sino de una forma más pura compuesta principalmente de dióxido de silicio. Esta arena es calentada a altas temperaturas y sometida a diversos procesos químicos para obtener silicio puro. El resultado es un cilindro de silicio prácticamente puro.
Los cilindros de silicio se cortan en obleas, que luego son pulidas y tratadas con un químico fotosensible. A través de una luz ultravioleta proyectada sobre una plantilla, similar al proceso de revelado fotográfico analógico, se crea el circuito en la oblea con la forma del procesador diseñado por el fabricante. Este proceso puede repetirse cientos de veces en una misma oblea, que puede tener un diámetro aproximado de 90 cm y contener el dibujo de cientos de CPU.
Silicio y cobre, los elementos clave
Una vez teñidas, las obleas se sumergen en un disolvente que elimina los químicos, dejando solo el patrón grabado. Mediante una máquina, se graba el patrón en la oblea y se bombardea con iones, átomos cargados de energía, que se incrustan en el silicio y alteran su conductividad eléctrica, creando así los transistores. Gracias a esta propiedad del silicio de ser sensible a los iones, es ampliamente utilizado en la industria de los procesadores.
El Fascinante Proceso de Fabricación de los Procesadores
Los procesadores son componentes esenciales en cualquier dispositivo electrónico, desde computadoras y teléfonos inteligentes hasta electrodomésticos. Aunque los usamos a diario, pocos conocen el increíble proceso de fabricación que lleva a estos pequeños chips a convertirse en el cerebro de nuestros dispositivos.
Los Transistores: La Base del Procesador
Los transistores son componentes fundamentales en la fabricación de los procesadores. Estos actúan como pequeños interruptores, capaces de tomar valores de “sí o no”, representados por ceros y unos en código binario. Es gracias a los transistores que los procesadores pueden recibir instrucciones y procesar la información.
Para crear los transistores, se utiliza un proceso llamado teñido y grabado. Este proceso consiste en aplicar capas de materiales conductores y aislantes sobre una base de silicio. A través de técnicas de litografía y grabado, se crean los pequeños interruptores que formarán los transistores.
Conexión y Arquitectura del Procesador
Una vez creados los transistores, el siguiente paso es conectarlos entre sí. Para ello, se utilizan minúsculos cables de cobre. Estos cables se colocan mediante el mismo proceso de teñido y grabado utilizado en la fabricación de los transistores.
Es importante que los cables no tengan contactos entre sí, por lo que se utilizan capas aislantes para evitar cualquier interferencia. La disposición de los cables y transistores es lo que define la arquitectura del procesador. Hemos oído hablar de nombres comerciales como Skylake, Broadwell o Zen, que representan diferentes arquitecturas utilizadas por las compañías Intel y AMD.
Pruebas y Empaquetado
Una vez completado el circuito del procesador, este es sometido a pruebas exhaustivas para asegurar su correcto funcionamiento. Si el procesador supera las pruebas, se procede a empaquetarlo para su posterior instalación en dispositivos electrónicos.
El empaquetado consiste en colocar una carcasa de metal en la parte superior del procesador, que entra en contacto con el disipador de calor mediante el uso de pasta térmica. En la parte inferior, el procesador cuenta con un circuito que se conecta al socket de la placa base.
Es importante destacar que los procesadores solían tener pines integrados en su propio paquete, pero esta configuración fue cambiada para evitar daños y facilitar la instalación. Actualmente, los pines se encuentran en la placa base, por lo que solo es necesario colocar el chip en su lugar correspondiente.
El Futuro de los Procesadores
A medida que avanza la tecnología, se exploran nuevas fronteras en el campo de los procesadores. Se están llevando a cabo investigaciones en computación cuántica, donde los procesadores pueden tomar valores de 1 y 0 simultáneamente. Esto, junto con un mayor número de qubits, podría resultar en capacidades de procesamiento miles de veces superiores.
Aunque el silicio ha sido el protagonista en la fabricación de procesadores, es probable que en un futuro cercano sea reemplazado debido a los límites físicos que presenta. Ya sea a través de ordenadores cuánticos, grafeno u otros procesos basados en la luz, es posible que en menos de 10 años veamos nuevas tecnologías que se posicionen como sustitutos del silicio.