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20 junio 2016

La ley de Moore y el fin de la sociedad tecnológica

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Nuestra sociedad ha cambiado de manera extraordinaria gracias, entre otros factores, a la aparición de la electrónica de consumo y la omnipresencia de ordenadores, debido ala mejora constante de sus prestaciones y a la bajada de precio. Ello ha sido posible porque durante los últimos 40 años la capacidad de los circuitos integrados se ha duplicado cada dos años, según una regla empírica conocida como “ley” de Moore. Sin embargo, varios factores se han conjurado para que esta regla empiece a dejar de ser valida. ¿Qué consecuencias económicas y sociales tendrá este hecho?

La “ley” de Moore ha sido una guía que ha marcado el desarrollo tecnológico desde su formulación, pero especialmente a partir de 1991. Entonces las diferentes industrias involucradas de Europa, EEUU, Japón, Taiwan y Corea se organizaron para garantizar la coordinación en el complejo proceso de producir circuitos integrados o chips. Entre sus objetivos estaba que evitar disfunciones en los suministros y que el desarrollo de los procesadores siguiera la “ley” de Moore, de manera que pudieran contener un mayor número de transistores. Esto es, esta regla ha sido autoimpuesta por la industria. Así, se ha pasado de los poco más de dos mil del chip 4004 de INTEL en 1971, hasta los más de 1,7 miles de millones de transistores del skylake, en uso desde 2015. Estos cambios han provocado que el tamaño y precio de los ordenadores hayan disminuido, mientras que la capacidad de cálculo se ha disparado, propiciando la llegada de la electrónica de consumo y el cambio de muchas costumbres sociales.

¿El fin de la “ley” de Moore?

Desde hace algunos años este proceso tecnológico se está encontrando las primeras barreras. En primer lugar se encuentran factores físicos: la cantidad de calor generado por los circuitos; el tamaño de las conexiones, cuyo límite pudiera estar en solo 10 átomos; o efectos cuánticos, dado que los transistores de última generación tienen un tamaño de unos 100 átomos y según se reducen se complica el cambio de estado entre ceros y unos, las unidades básicas de cálculo. Por otra, se encuentra el factor económico debido al coste del desarrollo: una línea para la fabricación de una nueva generación de chips cuesta alrededor de 7.000 millones de dólares y se estima que en la próxima década podría ascender a 16.000 millones de dólares. Una inversión que pocos fabricantes pueden afrontar, sobre todo si no tienen garantizado un retorno en ventas que mantenga el beneficio.

Para contrarrestar estos problemas se han propuesto varias soluciones, algunas de las cuales ya se han implementado. En primer lugar, se limitó la velocidad de los relojes internos, con objeto de producir menos calor, como muestra el diagrama adjunto. De manera simultánea se produjeron varios núcleos. En principio, es posible crear circuitos integrados de hasta 1000 núcleos, pero la distribución de tareas para que calculen de manera simultánea se complica cada vez más. En cualquier caso, hay tareas que no se pueden adaptar a este tipo de estrategia. Pero en el futuro podrían aparecer soluciones más innovadoras: desde la computación cuántica, de gran potencialidad pero que presenta sus propias limitaciones (el investigador español Juan Ignacio Cirac recibió el premio Príncipe de Asturias 2006 por su trabajo en este campo,) hasta la neuromórfica, inspirada en el cerebro y su estructural neuronal. También se está considerando cambiar el silicio por materiales como el grafeno o pasar de láminas bidimensionales a estructuras 3D. O, algo aun más innovador, dejar de mover corrientes de electrones y utilizar una de sus propiedades básicas, su spin, que se podría definir como su manera de girar. En cualquier caso, estas estrategias implican un cambio radical en la forma de diseñar y producir memorias y procesadores.

Evolución de tres variables esenciales en la producción de los circuitos integrados: número de transistores por circuito, velocidad del reloj interno y consumo máximo de energía que se considera seguro. En la gráfica también se señala el momento de aparición de distintas generaciones de procesadores/ Fuente The Economist.

 

El cambio está impulsado principalmente por los grandes compradores, empresas como Amazon y Google, lo que les proporciona una gran capacidad de influir en la evolución de todo el proceso, y el desarrollo de las nuevas aplicaciones para los usuarios: teléfonos móviles inteligentes, tabletas, y juegos a nivel de electrónica de consumo. Pero también influye el desarrollo del denominado cloud computing o computación en la nube, en donde los recursos y los datos no se encuentran físicamente en el dispositivo del consumidor. Otro aspecto esencial es la especialización del producto, como es el caso de los circuitos integrados para gráficos, frente a los chips genéricos actuales, muy versátiles y fabricados por cientos de millones. Sin embargo, el coste de desarrollo, sin contar la fabricación, puede superar con creces las decenas de millones de dólares, lo que presenta un problema adicional: una gran inversión para crear procesadores de baja demanda. Otros aspectos claves son la interoperabilidad entre distintos elementos y la necesidad de reducir el consumo energético, llegando al extremos de “beber” de la energía ambiental. Así, en el futuro habrá miles de millones de elementos comunicándose entre sí sin que los humanos intervengan. Los primeros ejemplos ya están aquí: una lavadora que se pone en marcha sola o una comida que se calienta en el microondas al saber que  estamos de camino a casa gracias a nuestro móvil o el GPS del coche.

¿Qué implicaciones tiene para nosotros?

No concebimos la vida sin electrónica alrededor y la mejora constante de las capacidades que los diversos artilugios nos ofrecen. El impacto social de las nuevas tecnologías ha sido inmenso y el cambio se ha producido en muy pocos años. Sin embargo, esta “fluidez” tecnológica podría ralentizarse, dado que uno de sus principales impulsores, la “ley” de Moore, dejara pronto de seguirse. Solo nuevas soluciones válidas desde el punto de vista tecnológico y económico pueden hacer que el desarrollo al que nos hemos acostumbrado en las últimas décadas continúe.

De ser así, los hábitos nuevos basadas en una sociedad altamente tecnológica y un meta-mundo electrónico, sin intervención directa de los seres humanos, serán las nuevas guías del desarrollo tecnológico. Pero habrá un precio a pagar: en el proceso, nosotros perderemos el control de la capacidad de cálculo y, lo que es peor, de nuestros datos personales.

 

David Barrado Navascués

CAB, INTA-CSIC
Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC, Madrid)

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