Diseño físico de los microprocesadores

Los microprocesadores son circuitos integrados que están formados internamente por un chip de silicio y un empaquetado exterior con conexiones eléctricas.

Diseño interno del microprocesador

La litografía es la tecnología de fabricación de los componentes internos del microrpocesador. Consiste en un proceso muy complejo en el que se "dibujan" los transistores sobre una oblea de silicio (leer más).

El tamaño de un transistor es tan pequeño que sería imposible verlo sin microscopio. Se mide en nanómetros (1 milímetro = 1.000.000 nanómetros o también 1 nanómetro = 10^-9 metros). Encontramos procesadores cuyo tamaño de transistores son:

• 65nm

• 45nm

• 28nm

• 22nm

• 14nm

• 10nm

• 7nm

• 4nm

En 1965, el cofundador de Intel, Gordon Moore, tuvo una visión de futuro. Su predicción, conocida popularmente como la Ley de Moore, plantea que el número de transistores de un chip se duplica cada dos años. Hasta los años 90 la predicción fue acertada, pero en esa década la evolución se detuvo, seguramente por el monopolio de Intel en la fabricación de microprocesadores que hizo que no tuviera competencia. Por suerte en el año 2000 se reanudó de nuevo dicho aumento en el número de transistores. En el siguiente artículo se puede ver un vídeo donde se muestra la evolución del número de transistores a lo largo de los años (leer más).

Diseño externo del microprocesador

Los circuitos del microprocesador se recubren de una protección de plástico o cerámico y se empaquetan con una serie de conexiones eléctricas que sirven para recibir energía y la transmisión de datos.

Este empaquetado (package) también se conoce como zócalo (socket). Existen los diferentes grupos, que coinciden con los explicados en la placa base:

• PGA (Pin Grid Array): El empaquetado es un cuadrado de pines que se insertan en el socket de la placa base. Por ejemplo, el Intel Pentium 4 2.80 GHz utiliza el empaquetado PGA478, y el AMD Ryzen 5 4500 utiliza el empaquetado AM4.

• LGA (Land Grid Array): El empaquetado es un conjunto de puntos de contacto que coincidirán con los pines del zócalo de la placa base. Por ejemplo, el Intel Core i3 10100 utiliza el LGA1200, y el AMD Ryzen 9 9900X utiliza el AM5.

• BGA (Ball Grid Array): En este caso tenemos que en lugar de pines existen unas bolas de cobre que se sueldan directamente a la placa base. Elimina cualquier posibilidad de ampliación o sustitución del microprocesador por parte del usuario, sólo siendo posible en algunas ocasiones con técnicas de soldadura especializada. Es el más utilizado en equipos portátiles, debido a su pequeño tamaño y su mayor refrigeración. Por ejemplo, el Intel Core i7 8665UE utiliza el BGA1528.

• Slot: Totalmente diferente a los anteriores. Se trata de una tarjeta rectangular que utiliza contactos (y no pines como los anteriores) para la transmisión de datos y electricidad. Se ayuda de unas pestañas de sujeción laterales para que no se mueva. Está obsoleto, sólo lo utilizó Intel en los microprocesadores Celeron, Pentium II y Pentium III.

Fabricación del microprocesador

En el vídeo podemos ver el proceso de fabricación de un microprocesador.

Fabricación del microprocesador

Bibliografía

• Conoce los tipos de zócalos en placas base: LGA, ZIF, BGA y PGA. Profesional Review.