Cronología del microprocesador

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 Grumman F-14 CADC . ^[1] El 4004 de Intel de 1971 es ampliamente considerado como el primer microprocesador comercial. ^[2]

Los diseñadores utilizaron predominantemente transistores MOSFET con lógica pMOS a principios de la década de 1970, y luego cambiaron a la lógica nMOS después de mediados de esa década. El nMOS tenía la ventaja de que podía funcionar con un solo voltaje, típicamente +5 V, lo que simplificaba los requisitos de la fuente de alimentación y permitía que se interconectara fácilmente con la amplia variedad de dispositivos de lógica transistor-transistor (TTL) de +5 V. El nMOS tenía la desventaja de que era 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 se apoderó del 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 nunca directamente, lo que eliminaba los problemas anteriores cuando la máscara se despegaba de la superficie y se llevaba parte de la fotorresistencia junto con ella, arruinando los chips en esa parte de la oblea. ^[4] Al reducir el número de chips defectuosos, de aproximadamente el 70% al 10%, el costo de diseños complejos como los primeros microprocesadores se redujo en la misma cantidad. Los sistemas basados ​​en alineadores de contactos cuestan del orden de $300 en cantidades de una sola unidad; el MOS 6502 , diseñado específicamente para aprovechar estas mejoras, cuesta solo $25. ^[5]

Este período también vio una experimentación considerable con varias longitudes de palabra . Al principio, los procesadores de 4 bits eran comunes, como el Intel 4004, simplemente porque hacer una longitud de palabra más amplia no se podía lograr de manera rentable en el espacio disponible en las pequeñas obleas de la época, especialmente cuando la mayoría sería defectuosa. A medida que los rendimientos mejoraron, los tamaños de las obleas crecieron y el tamaño de las características continuó reduciéndose, surgieron diseños de 8 bits más complejos como el Intel 8080 y 6502. Los procesadores de 16 bits surgieron temprano, pero eran caros; para el final de la década, los diseños de 16 bits de bajo costo 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 de múltiples chips en una minicomputadora . Estos habían desaparecido en gran medida a fines de la década cuando las minicomputadoras pasaron a formatos de 32 bits .

A medida que la Ley de Moore siguió impulsando la industria hacia diseños de chips más complejos, el esperado cambio generalizado de los diseños de 8 bits de la década de 1970 a los diseños 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 mucho más rendimiento. El único uso generalizado de los sistemas de 16 bits fue en el IBM PC , que había seleccionado el Intel 8088 en 1979 antes de que los nuevos diseños hubieran madurado.

Otro cambio fue el paso a las puertas CMOS como el método principal para construir CPU complejas. CMOS había estado disponible desde principios de la década de 1970; RCA introdujo el procesador COSMAC usando CMOS en 1975. ^[37] Mientras que los sistemas anteriores usaban un solo transistor como base para cada "puerta", CMOS usaba un diseño de dos lados, lo que esencialmente hacía que su construcción fuera el doble de costosa. Su ventaja era 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 los dos lados, que era detectable a niveles de potencia mucho más bajos. ^{[ cita requerida ]} A medida que la complejidad del procesador siguió creciendo, la disipación de energía se había convertido en una preocupación importante y los chips eran propensos al sobrecalentamiento; CMOS redujo en gran medida este problema y rápidamente se apoderó del mercado. ^[38] Esto fue ayudado por la adopción de CMOS por parte de empresas japonesas mientras que las empresas estadounidenses permanecieron en nMOS, lo que le dio a la industria japonesa un gran avance durante la década de 1980. ^[39]

Las técnicas de fabricación de semiconductores siguieron mejorando. El Micralign, que había "creado la industria moderna de circuitos integrados", quedó obsoleto a principios de los años 80. Fue reemplazado por los nuevos steppers , que utilizaban grandes aumentos y fuentes de luz extremadamente potentes para permitir copiar una gran máscara en la oblea en tamaños cada vez más pequeños. Esta tecnología permitió a la industria superar el antiguo límite de 1 micrón.

Los principales ordenadores domésticos de principios de la década utilizan predominantemente procesadores desarrollados en los años 70. Las versiones del 6502, lanzadas por primera vez en 1975, impulsaron los ordenadores de 8 bits Commodore 64 , Apple II , BBC Micro y Atari. El Zilog Z80 de 8 bits (1976) es el núcleo de los sistemas ZX Spectrum , MSX y muchos otros. El IBM PC basado en 8086, lanzado en 1981, inició la transición a los 16 bits, pero pronto fue superado por el Macintosh de 16/32 bits basado en 68000 , luego por el Atari ST y el Amiga . Los IBM PC compatibles pasaron a los 32 bits con la introducción del Intel 80386 a finales de 1985, aunque los sistemas basados ​​en 386 eran considerablemente caros en ese momento.

Además de las longitudes de palabra cada vez mayores, los microprocesadores comenzaron a agregar unidades funcionales adicionales que anteriormente habían sido partes externas opcionales. A mediados de la década, las unidades de administración de memoria (MMU) se estaban volviendo comunes, apareciendo por primera vez en diseños como el Intel 80286 y el Motorola 68030. A fines de la década, se agregaron unidades de punto flotante (FPU), que aparecieron por primera vez en el Intel 486 de 1989 y seguidas al año siguiente por el Motorola 68040 .

Otro cambio que comenzó durante la década de 1980 involucró la filosofía de diseño general con la aparición de la computadora de conjunto de instrucciones reducidas 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, en gran medida por miedo a canibalizar sus ventas de sistemas mainframe más grandes. La introducción en el mercado fue impulsada por empresas más pequeñas como MIPS Technologies , SPARC y ARM . Estas empresas no tenían acceso a fabricación de alta gama como Intel y Motorola, pero pudieron introducir chips que eran altamente competitivos con aquellas empresas con una fracción de la complejidad. A fines de la década, todos los proveedores importantes estaban introduciendo un diseño RISC propio, como IBM POWER , Intel i860 y Motorola 88000 .

El microprocesador de 32 bits dominó el mercado de consumo en la década de 1990. Las velocidades de reloj de los procesadores aumentaron más de diez veces entre 1990 y 1999, y los procesadores de 64 bits comenzaron a surgir más tarde en la década. En la década de 1990, los microprocesadores ya no usaban la misma velocidad de reloj para el procesador y la RAM . Los procesadores comenzaron a tener una velocidad de reloj de bus frontal (FSB) utilizada en la comunicación con la RAM y otros componentes. Por lo general, el propio procesador funcionaba a una velocidad de reloj que era un múltiplo de la velocidad de reloj 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 generalizaron en la década de 2000. Las velocidades de reloj de los microprocesadores alcanzaron un techo debido a la barrera de disipación de calor ^{[ cita requerida ]} . 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 raíces en la década de 1990, pero cobró impulso en la década de 2000. Los sistemas de refrigeración listos para usar diseñados para procesadores overclockeados se volvieron comunes, y también apareció la PC para juegos . A lo largo de la década, el recuento de transistores aumentó en aproximadamente un orden de magnitud, una tendencia que continuó desde décadas anteriores. Los tamaños de proceso se redujeron aproximadamente cuatro veces, de 180 nm a 45 nm.

Aparece una nueva tendencia, el módulo multichip formado por varios chiplets . Se trata de varios chips monolíticos en un único encapsulado. Esto permite una mayor integración con varios chips más pequeños y más fáciles de fabricar.

• Ley de Moore
• Número de transistores por chip, cronología
• Cronología de instrucciones por segundo  : cronología del rendimiento arquitectónico del chip
• Modelo tic-tac 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 Euromicro . 1 (2): 43–77. doi :10.1016/0303-1268(75)90008-5.