TEGNOLOGIAS DE TARJETAS, PROCESADORES Y CHIPS.

 

Tipos de tarjetas PC

Las tarjetas PCI se introducen en las ranuras para el efecto en la tarjeta principal

pci slots image by Witold Krasowski from Fotolia.com

Hay muchas variedades de tarjetas de componente de interconexión periférica, o PCI por sus siglas en Inglés), la mayoría son del tamaño de una tarjeta de crédito. Las tarjetas PCI proporcionan una ruta de comunicación entre el microprocesador de una computadora y el diferente hardware. Los usuarios que buscan mejorar su experiencia de computación quizás deseen considerar las opciones presentadas mediante la instalación de tarjetas PCI. Esto les permitirá actualizar su sistema y mejorar el rendimiento general en muchas áreas, incluyendo audio, video y redes inalámbricas.

Significado

Las tarjetas PCI pueden ser circuitos electrónicos asimilados directamente en la tarjeta principal de la computadora, o tarjetas de expansión que se conectan en las ranuras para el efecto. Todos los tipos de tarjetas PCI entran en una categoría de hardware llamados buses. Hay muchas variedades de buses, su propósito es vincular hardware al microprocesador. Los dos buses principales son el bus del sistema y el bus PCI. El bus del sistema, que opera a una velocidad más rápida, proporciona un conducto para mover información entre la unidad central de procesamiento y la memoria de acceso aleatorio, o RAM (por sus siglas en Inglés). El segundo bús, que es más lento, se llama bus PCI. Este se vincula a los dispositivos del bus de sistema por un mecanismo llamado puente. Que acomoda la información de los buses más lentos dentro el bus del sistema.

Red de área local

Uno de los tipos de tarjetas PCI más populares es la tarjeta de conexión inalámbrica a Internet. Algunas veces se le llama tarjeta de red inalámbrica de área local (WLAN por sus siglas en Inglés). Se está volviendo obsoleto el método convencional de acceso a Internet, que consiste en alambres y cables. Las tarjetas inalámbricas de Internet no sólo son eficientes, sino que también son muy confiables. La mayoría de los asistentes personales digitales y computadoras portátiles tienen tarjetas PCI interconstruidas. Las computadoras sin hardware PCI pueden enviar y recibir datos por medio de las tarjetas PCI inalámbricas. Estas se pueden conectar fácilmente a la tarjeta principal de la computadora.

USB

Las tarjetas PCI / USB (bus serie universal por sus siglas en inglés) se utilizan por tres razones principales: proporcionan la capacidad de brindar conectividad USB a los equipos de escritorio que no tienen puertos USB; las tarjetas pueden actualizar el ancho de banda USB de una computadora; y pueden utilizarse en lugar de un controlador de USB interno que no esté funcionando bien.

Tarjetas sintonizadoras de TV

Los usuarios que desean recibir señales de televisión por medio de su equipo tienen que insertar una tarjeta sintonizadora de TV. Esta tarjeta PCI ofrece a la computadora personal del usuario la capacidad de ver, pausar y grabar programas de televisión en vivo directamente desde su PC. Muchas tarjetas sintonizadoras de TV también tienen una función de captura de vídeo que permite a los programas no sólo grabarse en el disco de la computadora, sino que les permite alejarse o acercarse a la acción.

Red

Las tarjetas de red son tipos de tarjetas PCI que están integradas en la tarjeta principal de la computadora de escritorio. También se les llama tarjetas de interfaz de red (NIC Por sus siglas en Inglés), muchos equipos tienen la tarjeta NIC integrada en la tarjeta principal. Otra opción es instalar tarjetas PCI, que tengan los circuitos electrónicos necesarios. Este dispositivo permite a las computadoras personales interactuar con las redes inalámbricas o con las cableadas.

PCI Express

Un desarrollo para las tarjetas PCI es PCI Express, que es más rápido y capaz de manejar más ancho de banda. Este equipo fue desarrollado inicialmente para servidores más exigentes, pero se ha adaptado para el mercado residencial. Con las tarjetas PCI tradicionales la información se dirige en una dirección. En contraste, cada canal, o línea PCI. PCI Express permite que los datos fluyan en ambas direcciones simultáneamente. Además, en la tarjeta PCI Express la diferencia en la forma en que se utiliza el ancho de banda disminuye la congestión. Esto permite que más datos se transfieran al microprocesador. El resultado final es una computadora que funciona más rápido. La tecnología PCI Express es popular con el vídeo, sin embargo, se está moviendo rápidamente hacia la sustitución de otros dispositivos PCI de uso común.

Procesador

El término "procesador" puede referirse a los siguientes artículos:

• CPU, el elemento que interpreta las instrucciones y procesa los datos de los programas de computadora.
• Microprocesador informático o simplemente procesador, un circuito integrado que contiene todos los elementos de la CPU.
• Graphics Processing Unit o Unidad de Procesamiento Gráfico, es un procesador dedicado a procesamiento de gráficos o coma flotante. Es el elemento principal de toda tarjeta gráfica.
• Physics processing unit o Unidad de Procesamiento Físico es un microprocesador dedicado, diseñado para manejar cálculos físicos.
• Procesador digital de señal (DSP), un sistema digital generalmente dedicado a interpretar señales analógicas a muy alta velocidad.
• Front end processor es un pequeño computador que sirve de a un computador host como interfaz para un número de redes.
• Data Processor es un sistema que procesa datos.
• Procesador de textos, un software informático destinado a la creación y edición de documentos de texto.
• Procesador de audio analógico, un aparato frecuentemente utilizado en los estudios de grabación y estaciones de radio.
• Procesador de alimentos, un electrodoméstico de cocina también llamado multiprocesador.

 

Las nuevas tecnologias de los procesadores

Para completar nuestros artículos a cerca de los procesadores vamos a referirnos a las nuevas tecnologias empleadas por la ultima generacion de procesadores de Intel y AMD.

Sandy Bridge-E e Ivy Bridge son las nuevas arquitecturas de los procesadores de la serie i7 de INTEL y Bulldozer la de AMD.

La arquitectura de un microprocesador esta compuesta por transistores y hasta el pasado 2.011 su tamaño era de 45 manómetros, pero en la actualidad se ha conseguido reducir su tamaño únicamente a 32 nm. y ya se esta investigando en la próxima generación que medirá 22 nm… Este dato es fundamental para que en el mismo tamaño de un microprocesador quepan una mayor cantidad de transistores, lo que lleva ineludiblemente a que contengan mas núcleos (en la actualidad hasta 8 núcleos) y puedan desarrollar mayor numero de tareas al mismo tiempo con el aumento de rendimiento asociado a ello.

El aumento de núcleos también ha permitido a ambas marcas a poder dedicar una parte de su estructura a gestionar una tarjeta gráfica integrada en el procesador. El  inconveniente mayor es el precio, ya  que al ser la ultima tecnología puede costar aptoximadamente 500 € para la gama media y mas de 750 € para los mas potentes.

Circuito integrado

Circuitos integrados de memoria con una ventana de cristal de cuarzo que posibilita su borrado mediante radiación ultravioleta.

Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso.

Historia

Geoffrey Dummer en los años 1950.

En abril de 1949, el ingeniero alemán Werner Jacobi¹ (Siemens AG) completa la primera solicitud de patente para circuitos integrados con dispositivos amplificadores de semiconductores. Jacobi realizó una típica aplicación industrial para su patente, la cual no fue registrada.
Más tarde, la integración de circuitos fue conceptualizada por el científico de radares Geoffrey Dummer (1909-2002), que estaba trabajando para la Royal Radar Establishment del Ministerio de Defensa Británico, a finales de la década de 1940 y principios de la década de 1950.
El primer circuito integrado fue desarrollado en 1959 por el ingeniero Jack S. Kilby¹ (1923-2005) pocos meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Se trataba de un dispositivo de germanio que integraba seis transistores en una misma base semiconductora para formar un oscilador de rotación de fase.
En el año 2000 Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la enorme contribución de su invento al desarrollo de la tecnología.²
Al mismo tiempo que Jack Kilby, pero de forma independiente, Robert Noyce desarrolló su propio circuito integrado, que patentó unos seis meses después. Además resolvió algunos problemas prácticos que poseía el circuito de Kilby, como el de la interconexión de todos los componentes; al simplificar la esctructura del chip mediante la adición del metal en una capa final y la eliminación de algunas de las conexiones, el circuito integrado se hizo más adecuado para la producción en masa. Además de ser uno de los pioneros del circuito integrado, Robert Noyce también fue uno de los co-fundadores de Intel, uno de los mayores fabricantes de circuitos integrados del mundo.³
Los circuitos integrados se encuentran en todos los aparatos electrónicos modernos, como relojes de pulsera, automóviles, televisores, reproductores de CD, reproductores de MP3, teléfonos móviles, computadoras, equipos médicos, etc.
El desarrollo de los circuitos integrados fue posible gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar algunas de las funciones de las válvulas de vacío.
La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre el ensamblaje manual de los tubos de vacío (válvulas) y en la fabricación de circuitos electrónicos utilizando componentes discretos.
La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, su confiabilidad y la facilidad de agregarles complejidad, llevó a su estandarización, reemplazando diseños que utilizaban transistores discretos, y que pronto dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.
Son tres las ventajas más importantes que tienen los circuitos integrados sobre los circuitos electrónicos construidos con componentes discretos: su menor costo; su mayor eficiencia energética y su reducido tamaño. El bajo costo es debido a que los CI son fabricados siendo impresos como una sola pieza por fotolitografía a partir de una oblea, generalmente de silicio, permitiendo la producción en cadena de grandes cantidades, con una muy baja tasa de defectos. La elevada eficiencia se debe a que, dada la miniaturización de todos sus componentes, el consumo de energía es considerablemente menor, a iguales condiciones de funcionamiento que un homólogo fabricado con componentes discretos. Finalmente, el más notable atributo, es su reducido tamaño en relación a los circuitos discretos; para ilustrar esto: un circuito integrado puede contener desde miles hasta varios millones de transistores en unos pocos milímetros cuadrados.

Avances en los circuitos integrados

Los avances que hicieron posible el circuito integrado han sido, fundamentalmente, los desarrollos en la fabricación de dispositivos semiconductores a mediados del siglo XX y los descubrimientos experimentales que mostraron que estos dispositivos podían reemplazar las funciones de las válvulas o tubos de vacío, que se volvieron rápidamente obsoletos al no poder competir con el pequeño tamaño, el consumo de energía moderado, los tiempos de conmutación mínimos, la confiabilidad, la capacidad de producción en masa y la versatilidad de los CI.⁴
Entre los circuitos integrados más complejos y avanzados se encuentran los microprocesadores, que controlan numerosos aparatos, desde teléfonos móviles y hornos de microondas hasta computadoras . Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados, de importancia crucial para la moderna sociedad de la información. Mientras que el costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción, el costo individual de los CIs por lo general se reduce al mínimo. La eficiencia de los CI es alta debido a que el pequeño tamaño de los chips permite cortas conexiones que posibilitan la utilización de lógica de bajo consumo (como es el caso de CMOS), y con altas velocidades de conmutación.
A medida que transcurren los años, los circuitos integrados van evolucionando: se fabrican en tamaños cada vez más pequeños, con mejores características y prestaciones, mejoran su eficiencia y su eficacia, y se permite así que mayor cantidad de elementos sean empaquetados (integrados) en un mismo chip (véase la ley de Moore). Al tiempo que el tamaño se reduce, otras cualidades también mejoran (el costo y el consumo de energía disminuyen, y a la vez que aumenta el rendimiento). Aunque estas ganancias son aparentemente para el usuario final, existe una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías cada vez más delgadas. Este proceso, y lo esperado para los próximos años, está muy bien descrito por la International Technology Roadmap for Semiconductors. ⁵

Popularidad

Sólo ha trascurrido medio siglo desde que se inició su desarrollo y los circuitos integrados se han vuelto casi omnipresentes. Computadoras, teléfonos móviles y otras aplicaciones digitales son ahora partes de las sociedades modernas. La informática, las comunicaciones, la manufactura y los sistemas de transporte, incluyendo Internet, todos dependen de la existencia de los circuitos integrados. De hecho, muchos estudiosos piensan que la revolución digital causada por los circuitos integrados es uno de los sucesos más significativos de la historia de la humanidad.⁶

Tipos

Existen al menos tres tipos de circuitos integrados:

• Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
• Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistores precisos.
• Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente se cubre el circuito con una resina epoxi para protegerlo. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia (RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

Clasificación

Atendiendo al nivel de integración -número de componentes- los circuitos integrados se pueden clasificar en:

• SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores
• MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores
• LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores
• VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores
• ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores
• GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores

En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:

Circuitos integrados analógicos.

Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.

Circuitos integrados digitales.

Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores.

Algunos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema mayor y más complejo.
En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido, de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje más eficaz y rápido.

Limitaciones de los circuitos integrados

Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Básicamente, son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:

Disipación de potencia

Los circuitos eléctricos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es un sistema de realimentación positiva, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más corriente conducen, fenómeno que se suele llamar "embalamiento térmico" y, que si no se evita, llega a destruir el dispositivo. Los amplificadores de audio y los reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar protecciones térmicas.
Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica de este conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores disipaciones con cápsulas más pequeñas.
Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta resistividad térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.

Capacidades y autoinducciones parásitas

Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses, generadores de reloj, etc, es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas.

Límites en los componentes

Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de sus contrapartidas discretas.

• Resistores. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente.
• Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
• Inductores. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran.

Densidad de integración

Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips funcionales. Es por ello que en circuitos de memorias, por ejemplo, donde existen millones de transistores, se fabrican más de los necesarios, de manera que se puede variar la interconexión final para obtener la organización especificada.