El presente y el futuro de los microprocesadores

Colaboradores: Paola Giselle Reyes Colunga, Andrea Yazmin Cedillo Campos y Carlos Mauricio Hernández Rosales

Línea de tiempo de los Procesadores

Línea de tiempo de los microprocesadores. de Carlos Mauricio Hernández Rosales

Como funciona el Procesador de tu PC

En la siguiente presentación podrás ver como funciona un microprocesador.

El Presente de los procesadores en las computadoras

Paola Gisselle Reyes Colunga

Los procesadores es el cerebro del sistema, encargado de procesar toda la información. Básicamente, es el «cerebro» de la computadora. Prácticamente, todo pasa por él, ya que es el responsable de ejecutar todas las instrucciones existentes. Mientras más rápido vaya el procesador, más rápido serán ejecutadas las instrucciones. 

Es el componente donde es usada la tecnología más reciente. Los mayores productores de procesadores en el mundo, son grandes empresas con tecnología para fabricar procesadores competitivos para computadoras: Intel (que domina el mercado), AMD, Vía e IBM, que fabrica procesadores para otras empresas, como Transmeta.

Información Que Cura 

Esta arquitectura define el modo esencial de funcionamiento de los ordenadores, con instrucciones aritméticas y lógicas que se ejecutan en la electrónica del procesador. Estas instrucciones son los elementos de los que se componen los programas de ordenador. Las instrucciones se almacenan en memoria. Y los datos, a su vez, están almacenados en memoria igualmente.

Tanto los programas como los datos se guardan en las unidades de almacenamiento, pero el ordenador tiene que llevarlos a la memoria RAM para que sea posible que el procesador acceda a ellos, en un proceso continuo de lectura desde los soportes de almacenamiento, escritura en memoria, procesamiento en el procesador y escritura en memoria para luego llevar los datos a las unidades de almacenamiento.

Video Todo lo que tienes que saber de los Procesadores

“EL FUTURO EN LOS MICROPROCESADORES”

Andrea Yazmin Cedillo Campos

Han pasado más de 25 años desde que Intel diseñó el primer microprocesador (desde MICROPOCESSOR 4004 hasta el actual Pentium II), y hemos visto pasar generaciones, lo que nos hace muy felices, y en el trabajo diario siempre nos proporciona ayuda. Cada día van evolucionando mas los avances tecnológicos superando cantidad y calidad en comparación de otras décadas.

Para algunas consultorías informáticas el futuro está en hacer cada vez microprocesadores más potentes y más pequeños.

Existen varias propuestas sobre el futuro en los microprocesadores, algunas de ellas son las siguientes:

• Futura refrigeración:

El futuro en este aspecto es de que los microprocesadores podrán enfriarse más rápido con aspectos como la descarga de corona, el viento iónico o la aceleración de fluidos electrostáticos.

Según los investigadores, en un centro de datos en torno al 30% de la energía consumida es para los sistemas de refrigeración; si esta tecnología pudiera ser adoptada a gran escala podría reducir muchísimo la energía requerida para los sistemas de refrigeración, y no solo eso, sino que también permitiría aumentar notablemente la velocidad y el rendimiento de los procesadores actuales, ya que actualmente están limitados por la temperatura.

• Competencia por parte de otras Empresas Fabricantes.
• Puede ocurrir cambios hacia la tecnología RISC.
• Tendrán un diseño con un mayor grado de simplicidad gracias a que los reguladores de voltaje.
• Verdadero Procesamiento Paralelo.
• El futuro de los procesadores pasa por utilizar fotones para enviar datos más rápido. La integración de circuitos de fotones en chips electrónicos convencionales permitiría una transferencia de datos más rápida y un menor consumo de energía sin que se elevara la temperatura en exceso. Sin embargo, los investigadores se han encontrado con la difícil tarea de reinventar la estructura del silicio.
• Más eficientes y con mayor autonomía La ventaja inmediata de ir a procesos litográficos más avanzados es la de poder meter más componentes en el mismo espacio.
• Más potentes (en todo).
• Mejor rendimiento.
• Más núcleos.
• Permitirá la integración de un mayor número de dispositivos en el propio chipset.

“El cerebro inspira los microprocesadores del futuro”

Procesadores cuánticos

Carlos Mauricio Hernández Rosales

para hablar sobre los procesadores cuánticos primero tenemos que entender cómo funciona un procesador actualmente. Los procesadores actuales funcionan con la arquitectura de John von neumann, y dichos microprocesadores tienen un funcionamiento booleano, el funcionamiento booleano, es el funcionamiento lógico de un microprocesador, cuando hablamos de procesamiento lógico hablamos de ceros y unos y las diferentes operaciones lógicas que estos realizan entre sí, es decir hablamos de compuertas. Las compuertas son las típicas (AND, OR, NOT, NAND, XOR, NOR. IF, etc.) las cuales funcionan a base de transistores que se encuentran con arreglos especiales que otorgan una señal de voltaje para formar la salida booleana. Sin embargo, en esta ocasión no me quiero detener a hablar de las compuertas, sino de la capacidad de cómputo cuántico y cómo esto puede transformar las arquitecturas de los microprocesadores de hoy en día. 

Para esto primero tenemos que entender qué es un superconductor, o qué es un material cuántico como el grafeno. 

El grafeno cómo superconductor.

El físico experimental Pablo Jarillo-Herrero los define como funciona el grafeno cómo superconductor. Un superconductor es un conductor que no tiene impedimentos para conducir la electricidad, es decir un superconductor ofrece cero resistencia estando en un estado de materia que le permite ser así. Recordemos que existen tres estados de la materia, sólido, líquido y gaseoso, sin embargo hay ciertas sustancias que si se enfrían a un punto de enfriamiento muy elevado pasan a un cuarto estado de la materia, a este estado se le conoce como superconductividad, existiendo superconductores convencionales y no convencionales. El funcionamiento principal de la superconductividad es el emparejamiento de los electrones, lo que hace que los electrones empiezan a atraerse a pares en lugar de repelerse, a estos pares se les conoce como pares de Cooper y sólo responsables de la superconductividad. Dichos emparejamientos se establecen en los superconductores convencionales. En este caso el grafeno es el material más popular cómo superconductor, el cual proviene del grafito, material qué podemos encontrar en cualquier lápiz. 

Para entender el grafeno tenemos que entender que dicho material se encuentra una capa molecular bidimensional, al agregar una segunda capa molecular bidimensional podemos crear nuevas formas que crean por decirlo así una nueva forma de física cuántica.

Computación cuántica.

Anteriormente ya vimos qué son los superconductores, ahora veremos qué es la computación cuántica y como fungen los superconductores en la misma. 

Freddy Vega, creador y fundador de platzi los da a conocer un poco más sobre la computación cuántica. Como ya lo vimos anteriormente la computación clásica se basa en un cálculo booleano entre números binarios, no se utiliza otra base, ya que el paso de voltaje es prendido o apagado. que un átomo está compuesto de neutrones, electrones y protones. la física cuántica es la ciencia de la física que estudia las subpartículas que hay dentro de estas partículas, y el la computación cuántica se utiliza para hacer cálculos que no son absolutos como los que serían con los números binarios. La computación cuántica juega con la probabilidad de un problema. La física cuántica se mide a través de qubits, los cuales al contrario de los bits que sólo calculan valores absolutos entre 0 y 1, los qubits pueden jugar con todos los valores que hay entre estos dos números.

El problema de la computación cuántica es qué necesita de un ambiente muy estricto, un lugar donde no haya ningún tipo de interferencia, por ejemplo luz, sonidos, magnetismo, ondas electromagnéticas, etc. Es decir se necesita un sistema de enfriamiento y de vacío, el procesador cuántico necesita de un enfriamiento de 15 grados Mili Kelvin, cerca del cero absoluto, el uso de las computadoras cuánticas actualmente no es muy solicitado, sin embargo para hacer cálculos cuánticos, será necesario tener una computadora cuántica.

Los procesadores convencionales y su dificultad para seguir creciendo.

El problema de los procesadores convencionales, es que están llegando a un límite máximo en el que se pueden miniaturizar. Para que se entienda mejor el punto al que se quiere llegar, tenemos que recordar que los procesadores están hechos a base de transistores, y estos tienen la función de dejar pasar la corriente o interrumpirla, los cuales crean compuertas lógicas. Un microprocesador está integrado por millones de transistores, sin embargo, para aumentar la capacidad de procesamiento hay que ingresar más transistores a un mismo encapsulado, el problema radica en que cada vez más está llegando el tamaño de los transistores a un nivel atómico. Por dicho motivo Intel supera los procesadores de 3 gigahertz y tiene que utilizar múltiples núcleos en los procesadores. También tenemos el problema de que en un bit tenemos límites. Los procesadores cuánticos solucionarían este problema, ya que estamos hablando como se dijo anteriormente de procesadores que utilizan la energía está contenida metro de las partículas de un átomo. mientras que en un beat se pueden tener combinaciones de 0 y 1, en un qubit se pueden tener todas estas combinaciones y al mismo tiempo. 

D-Wave computadora cuántica que supera los 5.000 qubits diseñada por Google

¿Qué es y como funciona un procesador Cuántico?

Bibliografía:

• Este Español Ha Revolucionado los Materiales Cuánticos. (2020, 18 mayo). [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=zn4B5nBAhJA&t=1169s
• Computación Cuántica: Para qué sirve y cómo podría cambiar el mundo. (2019, 2 agosto). [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=vwu7UrO5B5M&t=32s
• Qué es y cómo funciona un ordenador cuántico, explicado en dos minutos. (2017, 8 agosto). [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=ItZj60njqmA
• S. (2020, 9 julio). Microprocesador. Concepto. https://concepto.de/microprocesador/
• G. (2020, 10 julio). El procesador de la computadora. Tecnología + Informática. https://www.tecnologia-informatica.com/el-procesador-de-la-computadora/