Los 40 años del cerebro electrónico

Los libros de historia marcan el 15 de noviembre de 1971 como uno de esos días en que el mundo cambió sin que nadie se diera cuenta. No fue por una guerra, una elección o un resultado deportivo; fue por la aparición en público de un dispositivo que hoy está en casi cualquier electrodoméstico, que cambió la informática e hizo posible su masificación y, por ende, permitió la aparición de la Web, la telefonía móvil y demás.

Fue ese día cuando Intel mostró públicamente su última creación, el chip 4004, el primer microprocesador de propósito general de la industria. No fue el primer chip a secas, porque ya habían aparecido varios dispositivos desde que Ted Kilby creó el circuito integrado en 1958, incluyendo la computadora de guía de la nave Apolo XI, en cuya construcción participó el argentino Ramón Alonso (ver www.lanacion.com.ar/1240769 ).

Pero el de Intel fue el primero en ser programable (es decir, poder cumplir más de una tarea específica) y estar, al mismo tiempo, separado de la RAM y la ROM. A diferencia de los microprocesadores de entonces, daba lo mismo si se usaba para controlar una calculadora, un ascensor o crear un documento de texto, como no le importa a un CPU moderno qué uso tendrá; simplemente es capaz de procesar una serie de instrucciones que lo hacen muy flexible en su aplicación.

En rigor, en esa época, tanto en Texas Instruments con el chip TMS 1000, como la fuerza aérea estadounidense estaban trabajando con diseños del estilo. El 4004, sin embargo, fue el primero en ser viable comercialmente.

El 20 de junio de 1969 la compañía japonesa Busicom, que fabricaba calculadoras, le encargó a Intel la fabricación de una serie de circuitos basados en las especificaciones del ingeniero Masatoshi Shima para su nueva calculadora, la 141-PF.

El proyecto quedó a cargo de Marcian Ted Hoff (empleado número 12 de Intel, y con algo de experiencia en el diseño de calculadoras) que ese día se iba de vacaciones a Tahití. Cuando volvió se encontró con que los diseños de Shima eran muy complicados; llevarlos a la realidad implicaba la construcción de doce chips, lo que resultaría en un producto muy costoso.

Hoff pensó que sería más sencillo hacer sólo cuatro: uno de RAM, donde cargar las instrucciones y datos que ingresaba el usuario; uno de ROM, donde estaba almacenado el firmware de la calculadora; uno que decodificara las presiones de los botones y controlara la impresora de papel, y la unidad central de procesamiento, o CPU, que haría los cálculos necesarios para cumplir con los comandos que indicaba el usuario.

El problema era que ni Hoff ni Stanley Mazor, su ayudante, tenían experiencia en el diseño de microprocesadores. Además, para Intel no era un proyecto prioritario; recién en abril de 1970 contrataron al italiano Federico Faggin, que sí tenía experiencia en el área, para hacer sus ideas realidad.

Faggin venía de Fairchild Semiconductor, empresa de donde venían los fundadores de Intel, y era conocido por haber desarrollado el uso de compuertas de silicio para transistores, en vez aluminio (el material que se usaba hasta entonces).

Tenía once meses para completar su trabajo, es decir, plasmar en un chip de 2300 transistores la arquitectura ideada por Hoff. Finalmente recibió la ayuda del propio Masatoshi Shima; enviado por Busicom de visita para ver qué tal venía el proyecto, se encontró con que estaba demorado, y terminó quedándose en California para completar el diseño y recuperar los seis meses de demora; luego de esto, se quedó trabajando en Intel hasta 1975, cuando se fue con Faggin a Zilog, una empresa de microprocesadores que éste había fundado. Faggin fundó más tarde Synaptics (la compañía que inventó el touchpad y los sensores de tacto para pantallas de móviles) y Foveon, que desarrolla sensores para cámaras digitales.

En 1971 Hoff tenía 34 años; Mazor y Faggin, 30; Shima, 28. A principios de ese año salieron de producción los primeros chips, que fueron entregados a Busicom. Para entonces, en Intel comenzaban a preguntarse si no habría otros usos para el chip, cuyo diseño era técnicamente propiedad de Busicom. Intel le ofreció a su cliente reducir el precio de los chips a cambio de la propiedad del diseño. Busicom accedió, e Intel entró de lleno en la industria de los microprocesadores.

En 1972 Intel diseñó el 8008 para la firma Datapoint. Cuando el chip estuvo listo no era lo que Datapoint esperaba -era muy lento- y al mismo tiempo la compañía no tenía dinero para pagarlo, así que le vendió a Intel el set de instrucciones de control que había desarrollado para el chip, lo que cimentó todavía más su presencia en esta área.

Relojes y transistores

El chip 4004 original tenía 2300 transistores, cada uno con un tamaño de 10.000 nanómetros. Un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro. El 4004 corría a 0,74 MHz y era capaz de ejecutar 92.000 instrucciones por segundo. Su precio entonces era de 60 dólares, unos 340 dólares actuales.

Un chip de Intel actual (un Core i7 de segunda generación, por ejemplo) tiene 1160 millones de transistores de 32 nanómetros y corre a 3400 MHz. Según Intel, su performance es unas 350.000 veces superior al 4004. Si se hubiera hecho con la tecnología de transistores de entonces ocuparía 21 metros cuadrados.

Intel no es la única compañía que hace microprocesadores, y ésos no se usan sólo en computadoras. Entre la gran cantidad de empresas capaces de fabricar chips están (o estuvieron) AMD, Cyrix, Freescale, Fujitsu, Hitachi, HP, IBM, Infineon, Marvell, Motorola, Nec, Nvidia, Qualcomm, Samsung, Sharp, ST Ericsson, Sony, Texas Instruments, Transmeta, Via y muchas otras más.

Unos pocos usan la arquitectura del Intel (una manera de diseñar el funcionamiento interno del chip), conocida popularmente como x86. Todos los móviles usan los diseños de la compañía inglesa ARM (fundada en 1990). IBM usa la arquitectura PowerPC, que estuvo presente en las Mac durante años -antes habían usado chips de Motorola- y que es la base de los procesadores presentes en las consolas de videojuegos Xbox 360 y PlayStation 3.

El chip Z80 de Zilog (la empresa que creó Faggin), basado en el Intel 8080, era el corazón de la Commodore 128, del Game Boy de Nintendo y se siguió usando en sistemas embebidos hasta mediados de la década pasada.

Parte del éxito inicial atribuido al 4004 y su sucesores está en que Intel vendía el chip con un kit de desarrollo, lo que facilitaba su implementación en todo tipo de dispositivos. Gracias a la ductilidad del microprocesador de propósito general, a la evolución de las técnicas de fabricación y a su popularidad, hoy es posible encontrar un CPU en cualquier dispositivo digital, y otros que no lo son enteramente.

Se pueden contar, claro, los 350 millones de computadoras que se venderán este año, a los que hay que sumarle los 1600 millones de celulares estimados para 2011.

Pero desde la PC, la tablet y el teléfono móvil hasta la calculadora y el cepillo de dientes eléctrico, pasando por el automóvil, el avión, el equipamiento médico, la consola de videojuegos, el cajero automático, la radio, el televisor, la cámara de fotos y video, el GPS, el órgano, el microondas, la heladera, el lavarropas automático, la pava eléctrica, el teléfono digital, el ascensor, el semáforo, el avión a control remoto, la impresora o el equipo de música, todos tienen un chip adentro que toma la base de lo que diseñaron Hoff y su equipo.

"Los chips están en cualquier dispositivo electrónico que uno pueda usar hoy", le dijo a La Nacion Shekhar Borkar, director de Tecnologías de Escala Extrema en Intel (que tiene que ver con la miniaturización de componentes). Y en el futuro próximo su presencia no dejará de crecer, en la medida en que se agrega inteligencia a los dispositivos que usamos a diario; de la ropa a los edificios, todos están en el futuro de los microchips (ver La Compu, página 2).

"El mayor desafío en el mediano plazo está en seguir con la miniaturización de los transistores -explica-. Hoy estamos en 22 nanómetros. En 2018 los haremos de 7 nanómetros, y en 2020 de 4 o 5 nanómetros. Ahí ya estás hablando de niveles muy cercanos a un átomo; será muy difícil seguir con el ritmo dictado por la ley de Moore", refiriéndose a la noción expresada por Gordon Moore, uno de los fundadores de Intel: el número de transistores en un chip se duplica cada dos años.

En estos 40 años el chip llegó a todos lados y definió, en buena medida, lo que hacemos cada día y cómo lo hacemos, y la inteligencia que tienen los dispositivos con los que interactuamos. Y todo se debe a una calculadora comercial de la que se vendieron 100.000 unidades hace 40 años.

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