¿Qué es un chip de computadora?
Un chip de computación es una diminuta placa de material semiconductor que incorpora un circuito electrónico. Contiene millones de componentes electrónicos microscópicos conocidos como transistores que transmiten señales de datos. Al principio, los chips eran físicamente grandes y la computación se limitaba a los laboratorios nacionales, las universidades o las grandes empresas. Gracias a una mayor innovación en la tecnología de los chips de computación, se desarrollaron procesadores de alto rendimiento que permiten todo tipo de aplicaciones avanzadas de análisis, gráficos y machine learning. A medida que se redujo el tamaño de los chips de computación, fue posible crear computadoras más pequeñas y aptas para el uso doméstico. Actualmente, los chips de computación están presentes en todos los ámbitos de nuestras vidas, desde el microondas hasta el cepillo de dientes.
¿Cómo se hacen los chips de computadora?
Los chips de computadora se fabrican por lo general en fábricas llamadas plantas de fabricación o fábricas. Están hechos de silicio, un elemento químico común que se encuentra en la arena. El silicio es un semiconductor, lo que significa que su conductividad eléctrica está a medio camino entre metales como el cobre y aislantes como el vidrio.
A continuación se muestra un resumen del proceso de fabricación de un chip.
Extracción y modelado del silicio
Los lingotes de silicio monocristalino se extraen al fundir y refinar arena. Estos lingotes tienen una pureza cercana al 100 %. Los lingotes cortan en chips del grosor de una oblea que luego se limpian, pulen y recubren con una capa de dióxido de silicio. A continuación, se agrega una capa adicional de químicos fotorresistentes sobre las obleas de silicio para mejorar la sensibilidad a la luz. Es necesario tomar las máximas preocupaciones para garantizar que no hay contaminación por polvo u otras sustancias extrañas durante la ejecución de este proceso. Una vez que los chips de silicio básicos están listos, se graban en ellos los circuitos electrónicos.
Grabado de circuitos
La oblea de silicio se cubre con una placa con un patrón de circuito, llamada fotomáscara, y se expone a luz ultravioleta. La luz endurece el material fotorresistente expuesto en el patrón de circuito. Los gases calientes derriten el material expuesto y revelan el dióxido de silicio tras este. Queda un paisaje en 3D, que replica el patrón de diseño del circuito de la máscara.
En el proceso de fabricación de chips, el grabado es la eliminación química de capas de las obleas, mientras que el dopaje consiste en agregar impurezas para modificar la oblea. El proceso de grabado y dopaje se puede repetir cientos de veces en el mismo chip de computadora para crear una circuitería integrada más compleja.
¿Cómo funcionan los chips de computadora?
Los chips de computadora funcionan mediante la transmisión de señales eléctricas a través de los elementos de los circuitos.
Circuitos integrados analógicos
Los circuitos analógicos transmiten señales continuas variables durante un periodo determinado. La señal de salida es una función lineal de la entrada con voltajes proporcionalmente directos. Este tipo de circuito integrado se utiliza para las funcionalidades de dispositivos como temporizadores, comparadores, reguladores de voltaje y amplificadores operacionales. Los chips analógicos se utilizan en generadores de barrido, osciladores, amplificadores de sonido y filtros.
Circuitos integrados digitales
Los circuitos digitales transmiten señales discontinuas o binarias. El voltaje de salida puede ser alto o bajo. El voltaje alto representa el valor booleano 1, mientras que el voltaje bajo representa el valor 0.
Los circuitos digitales están diseñados para realizar diferentes operaciones lógicas como AND, OR y NAND. Por ejemplo, la operación lógica OR corresponde a la suma booleana y es la base de las operaciones de suma computacionales. De este modo, los circuitos integrados digitales conforman la base de todas las operaciones de computación. Son fundamentales para todos los dispositivos programables, tarjetas lógicas, microcontroladores y memorias.
Circuitos integrados de señal mixta
Los chips mixtos combinan elementos de chips analógicos y digitales. El diseño híbrido hace posible tener chips que actúan como convertidores de digital a analógico y de analógico a digital. Estos circuitos integrados avanzados son otro componente fundamental de la computación moderna.
Circuitos cuánticos
Los circuitos cuánticos son la siguiente fase de la evolución de computación. Un circuito cuántico es una rutina de computación que define una serie de operaciones cuánticas lógicas en cúbits subyacentes o bits cuánticos. Los cúbits están representados por partículas cuánticas diferentes a las señales digitales booleanas. Las señales booleanas son 1 o 0, pero los cúbits se pueden colocar en una superposición de estados. Los chips con circuitos cuánticos conforman la base de la computación cuántica, una tecnología emergente.
¿Cuáles son los tipos de chips de computadora?
Los chips de computadora se clasifican en cuatro categorías amplias según la funcionalidad.
Chips de memoria
Los chips de memoria almacenan programas y datos en computadoras y dispositivos de almacenamiento. Los chips de RAM brindan almacenamiento temporal, mientras que las unidades de flash y las unidades de estado sólido (SSD) pueden conservar la información permanentemente. Las unidades de memoria flash pueden almacenar datos incluso sin corriente eléctrica.
Chips lógicos
Los chips lógicos o chips de procesador procesan datos para completar tareas. Son los cerebros de los dispositivos electrónicos modernos. Las CPU son el principal tipo de chip lógico que se encuentra en los microprocesadores de servidores y otro hardware de computación. Sin embargo, los chips lógicos también pueden estar diseñados para funciones específicas. A continuación, se indican varios ejemplos:
- Unidades de procesamiento gráfico diseñadas para optimizar visualizaciones
- Las unidades de procesamiento neuronales están diseñadas para aplicaciones de aprendizaje profundo y machine learning
Más información sobre el aprendizaje profundo »
Más información sobre el machine learning »
ASIC
Los chips de circuito integrado específico de aplicación (ASIC) están diseñados para realizar rutinas de procesamiento repetitivas destinadas a una aplicación específica. Estos chips modernos se producen en grandes lotes para aplicaciones de un único propósito, como escáneres de código de barras. Otro ejemplo es la minería de bitcoin, en la que los ASIC realizan las rutinas matemáticas complejas necesarias para producir nuevos bitcoins.
SoC
Un sistema en chip (SoC) es un tipo de chip más reciente. Todos los componentes electrónicos necesarios para un sistema entero se montan un único chip. Las capacidades de los SoC son mayores que las lo de los microcontroladores. Por lo general, un microcontrolador combina la CPU con memoria y procesamiento E/S. Sin embargo, el SoC puede integrar gráficos, sonido, cámaras y procesamiento de video.
¿En qué medida contribuye AWS a la innovación en chips de computadora?
Amazon Web Services (AWS) ha invertido años en el diseño de chips de computadora personalizados y optimizados para la nube. Como resultado, Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) ofrece instancias con tecnología de procesadores diseñados por AWS que están optimizadas para una gama de cargas de trabajo de computación, memoria y almacenamiento intensivo. Amazon EC2 también ofrece chips creados específicamente para el entrenamiento y la inferencia de machine learning (ML).
Estas son algunas de las innovaciones de AWS:
- AWS Nitro System es la plataforma subyacente de la siguiente generación de instancias de Amazon EC2. Nos permite a AWS innovar con mayor rapidez, reducir aún más los costos para nuestros clientes y ofrecer más beneficios, como nuevos tipos de instancias y un nivel de seguridad superior.
- Los procesadores AWS Graviton ofrecen el mejor rendimiento de precios para las aplicaciones. Las instancias basadas en AWS Graviton ofrecen hasta un 40 % más de rendimiento de precios que las instancias comparables basadas en x86.
- Los aceleradores de AWS Inferentia están diseñados para ofrecer un alto rendimiento al menor costo para sus aplicaciones de inferencia de aprendizaje profundo.
- Los chips de machine learning de AWS Trainium están diseñados para ofrecer el mejor rendimiento de precios para el entrenamiento de modelos de aprendizaje profundo en la nube.
Cree una cuenta gratuita y comience a utilizar hoy mismo las instancias de AWS con tecnología de chips de computadora personalizados.
Siguientes pasos en AWS
Obtenga acceso instantáneo al nivel Gratuito de AWS.
Comience a crear en la consola de administración de AWS.