La informática cumple esta brutalidad de axioma, y adelanta que es una barbaridad obteniendo cada año que pasa procesadores más potentes, memorias más grandes y anchos de banda más amplios. No nos sorprende que en unos pocos años nuestro ordenador personal, donde invertimos comprando la tecnología más puntera, se haya quedado obsoleto. El Pentium III era hace pocos años el no va más, los 8 gigas de disco duro un espacio poco menos que infinito, y los 500 Mhz una velocidad mareante. Pero hoy, al compararlo con los equipos a la venta, comprobamos como nuestro entonces bólido es ahora uno del montón.
Y no es la primera vez que pasa algo parecido. Ya cuando hubo que cambiar el 486 o Pentium había ocurrido algo similar. El equipo nuevo era varias veces más rápido que el anterior. Parece que la evolución de los ordenadores personales haya tenido este ritmo frenético desde siempre. ¿Se da cuenta la gente de esto? ¿Es que esta escalada de velocidad no tiene límite? ¿A qué velocidad crece la potencia de los ordenadores personales?
La "Ley de Moore" es la que rige esta frenética evolución. Dice así: cada 18 meses la potencia de los ordenadores se duplica. Este dato puede parecer sorprendente, pero el caso es que la Ley de Moore lleva cumpliéndose desde hace cuatro décadas. El 19 de abril de 2005 cumplirá 40 años en vigor.
Un tipo llamado Moore
La persona cuyo nombre lleva la Ley de Moore se llama Gordon. Nació en 1929 en el pequeño pueblo de Pescadero, en California. Químico de carrera, hizo el doctorado en Física y Química, y no fue hasta que empezó a trabajar que se encontró con los circuitos integrados. Trabajó a las órdenes del premio nobel de física William Shockley en sus laboratorios. A los pocos años, ocho trabajadores incluido Moore abandonaron la compañía cansados de las extravagancias de su jefe y fundaron una compañía de semiconductores llamada Fairchild.
Gordon Moore
En el momento de escribir el artículo que originó su ley, Moore era Director de los laboratorios de Fairchild. Fue más tarde, junto a uno de sus compañeros en Shockley y en Fairchild, que se llamaba Robert Noyce, cuando creó Intel, en el verano de 1968.
Hoy, Intel es el primer fabricante mundial de microprocesadores. Moore fue sucesivamente Vicepresidente, Presidente, CEO, y más tarde Director Honorario, hasta que se jubiló con 72 años. En el año de su jubilación, figuraba en el puesto 60 de la lista Forbes de las personas más ricas del mundo.
Lo que en realidad dijo Moore...
Era 1965. La revista Electronics Magazine cumplía 35 años, y le pidieron a Moore un artículo en el que predijera como sería la electrónica del futuro próximo, en unos 10 años. Moore se fijó en los circuitos integrados, que tenían por entonces 4 años de vida, y en su evolución hasta entonces. Observó que el número de transitores y resistencias estaba doblándose cada año. Así que eso mismo fue lo que predijo: "El número de componentes de un circuito integrado seguirá doblándose cada año, y en 1975 serán mil veces más complejos que en 1965". En aquel momento el circuito integrado más complejo tenía 64 componentes, así que estaba aventurando que en el 75 tendría que haber un mínimo de 64.000. Todo el mérito de Moore consistió en decir que en 10 años ocurriría más o menos lo mismo que estaba ocurriendo entonces. Y en acertar.
El artículo que Moore escribió se titula: "Meter más comoponentes en los circuitos integrados", y la traducción del párrafo concreto donde hace su predicción es la siguiente: "La complejidad de los componentes se ha multiplicado aproximadamente por 2 cada año. A corto plazo, se puede esperar que esta tasa se mantenga, o incluso que aumente. A largo plazo, la tasa de aumento es un poco más incierta, aunque no hay razón para creer que no permanecerá constante por lo menos durante 10 años. Esto significa que para 1975, el número de componentes en cada circuito integrado de mínimo coste será de 65000. Creo que un circuito tan grande puede construirse en una sola oblea."
Moore explica cómo llegó a esa conclusión: "Habíamos duplicado más o menos cada año desde el primer transistor - llamo a ese momento el Año Cero, en 1959, con un sólo transistor. Habíamos subido a 64 en seis años, así que dije "Ahá, se está duplicando cada año. Vale, pues va a seguir así durante 10 años más". Así que extrapolé un factor de incremento de mil veces en la complejidad de los circuitos, no esperando ninguna precisión, pero queriendo remarcar la idea de la forma en que los transistores se iban a usar... En esos 10 años seguimos duplicando cada año con bastante exactitud."
Junto a ese concepto, que más tarde sería bautizado como su ley, aunque científicamente es una predicción, Moore lanzaba algunas otras ideas que más tarde se cumplirían: "Los circuitos integrados llevarán a maravillas tales como ordenadores personales, o por lo menos terminales conectadas a un ordenador central, controles automáticos para los coches, y equipamiento de comunicaciones portátil personal".
Y el número de componentes siguió, más o menos, el camino que Moore había previsto. El primer microprocesador de Intel, el 4004 (1971) tenía 2.250 transistores; en 2002, el Pentium 4 tenía más de 50 millones.
| Procesador |
Año |
Nº de Transistores |
Tecnología (micras) |
4004 |
1971 |
2.250 |
10 |
| 8008 |
1972 |
3.500 |
10 |
8080 |
1974 |
6.000 |
6 |
| 8086 |
1978 |
29.000 |
3 |
286 |
1982 |
134.000 |
1.5 |
| 386 |
1985 |
275.000 |
1 |
486DX |
1989 |
1.200.000 |
0.8 |
| Pentium |
1993 |
3.100.000 |
0.8 |
Pentium II |
1997 |
7.500.000 |
0.35 |
| Pentium III |
1999 |
28.000.000 |
0.18 |
Pentium4 |
2002 |
55.000.000 |
0.13 |
...y lo que se interpretó despues
La acepción de la Ley de Moore ha cambiado con el tiempo. El artículo original decía que el número de componentes por chip que se podían colocar se duplicaría cada año. Pero esto no tenía aún nada que ver con los ordenadores actuales, porque el microprocesador todavía no se había inventado. Y no se había creado porque la compañía que lo creó todavía no existía: Intel nació en el 68 y la ley es del 65, cuando Moore todavía trabajaba en Fairchild.
En 1975, en una reunión del IEEE (Institue of Electrical and Electronic Engineering), justo despues de comprobar el resultado de su predicción, Moore pensó que el ritmo se ralentizaría, y decidió modificar el tiempo de duplicación, fijándolo en 2 años.
En los años 80, las resistencias se dejaron de contabilizar
en el número de componentes, y la Ley de Moore se comenzó a
conocer como la duplicación del número de transistores en un
chip cada 18 meses. Lo curioso del caso es que Moore nunca dijo 18 meses.
Fueron sus compañeros en Intel quienes introdujeron esa cifra, al tener
en cuenta que además del número de transistores, se aumentaba
la frecuencia de reloj.
Al inicio de los 90, se entendía por Ley de Moore el duplicar la potencia
de un microprocesador cada 18 meses.
A finales de los 90, la interpretación económica tomó más fuerza. En 1968 con un dólar se podía comprar un transistor. En esos años se podían comprar más de 50 millones. Este dato favoreció la interpretación de que dado un coste fijo, la potencia de computación que se podía comprar con esa cantidad era el doble cada 18 meses. O dicho de otra forma, el coste de un ordenador disminuyendo a la mitad cada año y medio.
Una profecía autocumplida
Resulta sorprendente que la predicción de Moore, hecha cuando el microchip apenas tenía unos pocos años, se haya mantenido acertada durante décadas. Para encontrar la causa de este comportamiento, analizaremos cómo se comporta el mercado del semiconductor.
En el diseño de una nueva CPU, desde su inicio hasta que empieza a fabricarse en serie, pasan entre 2 y 5 años. Hay mucha presión para cumplir los plazos, y retrasarse unas semanas puede marcar la diferencia entre un gran éxito o enormes pérdidas.
El duplicar el rendimiento cada 18 meses es un indicador del
gran progreso tecnológico experimentado en el sector en los últimos
años. Pero si lo expresamos en escalas de tiempo más breves,
la Ley de Moore implica mejorar el rendimiento en más de un 1% cada
semana. En un mercado tan agresivo como el de los procesadores, retrasarse
sólo 2 ó
3 meses en el lanzamiento de un producto significa que será entre un
10% y un 15% más lento que sus competidores directos, y por tanto será
prácticamente imposible venderlo.
La Ley de Moore pasa entonces a ser una profecía autocumplida, incluso una obligación. Si un fabricante no evoluciona al ritmo que marca Moore, no podrá vender sus productos. Las empresas saben que si no se mueven así de rápido, se quedan atrás, así que invierten para ir al menos a la misma velocidad.
El propio Moore cuenta como es posible que la industria y el mercado del semiconductor soporten un ritmo de crecimiento tan acelarado, y claramente distinto de otras tecnologías: "Creo que hemos estado aprovechando un fallo de la Ley de Murphy. En realidad, lo que más nos ha impulsado ha sido que, haciendo los componentes más pequeños, todo mejora y a la vez es más barato. Es como vender fincas metidas en una oblea de silicio. Cuanto más partes podamos meter en un centímetro cuadrado, más barata sale cada parte. Así, podemos mejorar nuestra tecnología todo lo rápido que queramos. Al ser un mercado muy elástico, que puede consumir electrónica más rápido cuanto más barata es, la industria continúa creciendo y nosotros invirtiendo."
¿Tiene esta ley fecha de caducidad?
Según el propio Moore, su predicción seguirá teniendo validez en el año 2011. Eso significa que manejaremos chips de 10 gigahertzios, con tecnología de 0.07 micras, y mil millones de transistores.
A partir de ahí podría magnificarse uno de los problemas de la Ley de Moore, el suministro de potencia eléctrica, ya que mil millones de transistores requieren un buen número de kilowatios/hora para funcionar. Este es uno de los grandes problemas de la evolución de la electrónica, en particular para equipos portátiles.
El coste de los equipamientos es otro de los problemas. Las cifras se disparan, aunque mientras se puedan amortizar las inversiones seguramente se mantenga la evolución, habrá un momento en que las cantidades sean tan astronómicas que empiecen a marcar un límite al desarrollo de los microchips, más que cualquier otro problema físico.
En una planta de producción actual, cada máquina para fabricar chips cuesta entre 3 y 5 millones de dólares. El coste total de equipamiento de una fábrica supera los 4.000 millones de dólares. Y por ahora, la industria crece a un ritmo capaz de soportar estas inversiones. Además, hay que tener en cuenta que cada máquina tiene una vida útil de apenas seis años. Intel, según Moore, amortiza sus equipos en cuatro años, lo que significa que hay que sacarle un beneficio a cada planta de producción de 1.000 millones de dólares cada año.
El problema físico consiste en que se está trabajando con tamaños menores de una millonésima de metro: cada vez es más difícil manejar esos componentes y a veces no se comportan como deben.
Es posible que en unos años se pierda la capacidad de hacer los transistores más pequeños, y haya que buscar otras formas de aumentar la comlejidad, quizá agrandando los chips para poder meter más componentes dentro. Una de las vías de investigación actuales es la nanotecnología. Se trataría de ensamblar moléculas o átomos de forma que produzcan un comportamiento similar a un transistor, y a partir de ahí construir "nanochips". Esta tecnología aún está en una fase muy primaria de investigación, aunque esporádicamente se producen noticias respecto a los avances conseguidos.
La refrigeración es otra cuestión interesante. Si el reloj va más rápido, el calor sube, y el voltaje tiene que disminuir. Sin embargo, es muy difícil construir componentes electrónicos que trabajen por debajo de 1 voltio. Además, operar a un voltio de tensión para un dispositivo de 50 watios, supone tener 50 amperios rondando alrededor, que necesitarán grandes cables de cobre desde el chip para suministrar corriente. Es necesaria mucha y muy buena ingeniería para manejar la electricidad, la velocidad del reloj, y a la vez incrementar la complejidad de los procesadores.
Hay otro límite que imponen las propias matemáticas. Sin tener en cuanta los límites físicos, si el crecimiento es como hasta ahora, exponencial, hay un límite superior que teóricamente se va a alcanzar dentro de unas cuantas generaciones.
Pero hoy en día no es necesario recurrir a la bola de cristal para saber si acabará la Ley de Moore. Basta con acercarse a la industria del semiconductor, y ver qué investiga. Lo que esté en sus laboratorios en la actualidad estará en nuestros ordenadores dentro de 5 años. Los fabricantes invierten mucho dinero en trazar sus planes y planificar lo que investigarán y producirán en los próximos años.
Seguramente la Ley de Moore no desaparezca de golpe sino gradualmente. Y la industria tecnológica estará sobre aviso. Las asociaciones de fabricantes realizan cada año estudios y predicciones, llamadas "hojas de ruta", en las que explican lo que esperan que ocurra en un futuro cercano. Aunque estas predicciones no son siempre acertadas: en 1994 predijeron que para el año 2003 la frecuencia de los relojes serían de 600Mhz, cuando en la realidad se ha superado la barrera del gigahertzio.
Tiene que haber un momento de estabilidad para los procesadores. Si otra industria contemporánea, como la aeronaútica, hubiese seguido la evolución que tuvo en sus primeros 60 años, ahora los aviones llevarían a más de diez mil pasajeros. Antes o despues, la carrera por mejorar la velocidad o la capacidad dejará paso a otros elementos, como por ejemplo, la eficiencia energética.
Cómo se comporta el hardware
La RAM es protagonista de otra versión de la Ley de Moore, según la cual la capacidad de memoria se incrementa al mismo ritmo que la potencia de proceso. Sin embargo, la velocidad de la memoria no ha aumentado tan rápido como la de la CPU, provocando una gran dependencia de la caché en los actuales ordenadores.
¿Y que ocurre con la memoria secundaria? En los últimos 10 años el rendimiento de los discos duros no ha aumentando tan velozmente como para duplicarse, pero el número de megas que se pueden comprar con un dólar ha aumentado a un ritmo mucho mayor que el de los semiconductores.
Veamos el software. Tomando como ejemplo el Word de Microsoft, y comparando una versión antigua, como Word 97, con una seis años posterior, Word 2003, el programa tendría que estar funcionando 16 veces más rápido. Si en la realidad no ocurre así, y la velocidad de los dos programas es más o menos similar, ¿no podría entonces costar el programa nuevo 16 veces menos que el antiguo?
Sin embargo, si contamos el número de líneas de código de los programas, podremos ver lo siguiente: Basic tenía 4000 líneas de código en 1975; en la actualidad supera el medio millón. La primera versión de Word tomó 27000 líneas de código, y ahora va por los 2 millones. Quizá la velocidad o el precio del software no cambien rápidamente, pero el tamaño y complejidad sí que ha aumentado en una gran proporción. De hecho, por esa razón existe un mercado para procesadores más potentes, los programas siempre han consumido recursos tan rápido o más que los fabricantes de chips los han puesto a sus disposición.
En general, Moore predice para el hardware otros 20 años por lo menos de similar crecimiento, lo que implica un factor de crecimiento de aproximadamente un millón. Ese factor reduce un año a 30 segundos. Dentro de 20 años, un ordenador hará en 30 segundos lo que ahora le lleva un año. Así que, para problemas computacionales particularmente grandes, no tiene ningún sentido empezar ahora. Mejor esperar, y hacerlo todo en 30 segundos dentro de 20 años.
Lo que se puede aprender de todo esto
A la hora de buscar una moraleja para esta historia, podemos fijarnos en los conocimientos que tenemos que tener los informáticos para estar al día en un mundo que evoluciona tan rápidamente.
La generación de informáticos de 1997, algunos de cuyos miembros están ahora finalizando la ingeniería técnica, comenzaron aprendiendo Programación con una herramienta como el TurboPascal 7.0. En la actualidad, el entorno de programación con el que se manejan los nuevos informáticos es Java y JBuilder. Hace siete años la novedad era el formato MP3, y ahora se descargan películas enteras desde Internet. La media de edad de los planes de estudios de la EUITIO es de 10 años.
Pero al igual que crece continuamente la potencia tecnológica, es necesario que los informáticos reciclemos continuamente nuestros conocimientos. Quizá no doblándolos cada 18 meses, porque tampoco aprendemos tan rápido como las máquinas, pero si teniendo en cuenta que para que lo que sabemos no resulte inútil en unos años, es necesario reciclarse continuamente. No dejar de aprender.