lunes, 15 de enero de 2024

Influencia de los Componentes de una Computadora en su Desempeño parte 2. Memoria RAM, Almacenamiento masivo (HDD, SSD, NVMe) y Adaptador Gráfico

 Luego de revisar la importancia del CPU o microprocesador en las computadoras personales, vamos explicar como el resto de los componentes influyen en el desempeño de las computadoras modernas. La memoria RAM, particularmente la DRAM (Dynamic Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio Dinámica), El almacenamiento masivo, el adaptador gráfico y la conexión a la red, son los componentes que nos resta revisar para comprender como es que influyen en el desempeño de la computadora.  Igual que en el blog post anterior no nos limitaremos a la descripción de la tecnología, sino que revisaremos la evolución histórica y el mercado.

El origen de las DRAM

Revisaremos las DRAMs, Memorias de Acceso Aleatorio Dinámicas, toda vez que su evolución ha ido a la par con los microprocesadores, semiconductores y en general confirmando a lo largo de los años la ley de Moore.

Las primeras memorias de computadora consistían en anillos magneticos envueltos en bobinas de alambre que lograban almacenar información mediante la presencia de una carga magnetica (1) o su ausencia (0). Esta de mas decir que la posibilidad de miniaturizar estas memorias o de reducir su consumo eléctrico era muy limitada.

By Konstantin Lanzet - received per EMailCamera: Canon EOS 400D, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7025492

Intel comenzó a comercializar exitosamente  el primer circuito integrado de memoria DRAM en 1970. El Intel 1103  de 1024 bits de capacidad, fué construido a partir de celdas de memoria con 3 transistores y un capacitor. Este fué el primer exito de Intel y logro hacer de ella un empresa rentable para 1972. Mas delante a mediados de los 70s, la patente obtenida en 1968 para IBM por la invención de Robert Dennard de la DRAM con módulo de memoria de un solo transistor ya era fabricada por múltiples compañias ofreciendo chips de memoria de 4K.

By Thomas Nguyen - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=49532861

Evolución de las memorias RAM

Inicialmente las computadoras personales utilizaron la memoria SDRAM o DRAM Síncrona. Hoy en día los tipos de memoria disponibles para equipar nuestros dispositivos de acceso a Internet como computadoras, tablets, teléfonos celulares y hasta los adaptadores gráficos han evolucionado en capacidad y velocidad identificandolos con la nomenclatura DDR o Double Data Rate.  

Características de Memorias DinámicasSDRAMDDRDDR2DDR3DDR4DDR5
Prefetch (precarga)1 – Bit2 - Bits4 - Bits8 - BitsBits por banco16 - Bits
Tasa de datos (MT/s)100 - 166266 - 400533 - 8001066 - 16002133 - 51003200 - 6400
Tasa de transferencia (GB/s)0.8 - 1.32.1 - 3.24.2 - 6.48.5 - 14.917 - 25.638.4 - 51.2
Voltaje (V)3.32.5 - 2.61.81.35 - 1.51.21.1
https://www.crucial.mx/articles/about-memory/difference-among-ddr2-ddr3-ddr4-and-ddr5-memory

En la tabla anterior podemos observar como las distintas generaciones de memorias DDR van incrementando su desempeño en varios rubros: 
  • Prefetch o precarga se refiere a la cantidad de bits que se pueden anticipar enviar antes de que sean solicitados.
  • Tasa de datos en MT/s es la cantidad de eventos de transferencia de datos que puede ejecutar el chip de memoria y se mide en Millones de Transferencias por segundo.
  • Tasa de transferencia en GB/s es la cantidad de datos que se pueden guardar o enviar del chip de memoria y se mide en GigaBytes por segundo.
  • Voltaje en el que opera elo chip, menor voltaje resultará siempre en menor generación de calor y  consumo eléctrico; a la vez en mejor desempeño y densidad, osea que podemos integrar a un sistema mas memoria
Recordemos que la memoria hace la función de definir el espacio de trabajo donde el CPU ejecuta sus operaciones e instrucciones. Mas memoria y mayor velocidad de la memoria RAM, en consecuencia, nos aporta mas eficiencia en la operación de una computadora.

El mercado actual de las memorias RAM

De acuerdo con Statista los 3 grandes jugadores en el mercado de la memoria DRAM a nivel mundial son: Samsung (Corea del Sur) con el 38.9% de ganancias en el sector, SK Hynix (Corea del Sur) 34.3% y Micron Group (EE.UU.) 22.8%. 6,200 Millones de dólares es el tamaño del mercado de memoria DRAM al fin de 2022 y se espera que crezca a 10,200 Millones de Dólares para 2032. Lo anterior de acuerdo al último reporte de ganancias del sector reportado por Allied Market Research.

El almacenamiento masivo


Comunmente conocido como: "El Disco Duro" debido principalmente a que al inicio de la era de las computadoras personales estas usaban predominantemente los discos flexibles o Floppy Disks y al contrario de estos, los nuevos discos duros no eran flexibles sino ríogidos. 

Los "Floppies" fungieron como el almacenamiento masivo de las primeras computadoras personales y dependiendo del año los usamos en 3 formatos de capacidad y dimensiones físicas: 8" 5.25" y 3.5" La capacidad de almacenamiento desde los 800 KB (KiloBytes) hasta los 2.88 MB (MegaBytes), siendo los discos de 8" los de menor capacidad de almacenamiento y los mas pequeños de 3.5" los que alcanzaron los 2.88 MB y la mayor confiabilidad. 



Los discos duros hoy en día existen de dos tipos: Electromecánicos y Discos de Estado Sólido "Solid State Drive" (SSD).

Los discos electrómecanicos como su nombre lo indica estan conformados por discos magnéticos "plates" que giran en un "spindle" para que elementos lectores y grabadores "R/W Head" sobre un actuador, lean o escriban sobre las pistas del plato. La estructura y organizaciones de los discos se da a partir de las pistas concéntricas (tracks), los cilindros (Cylinders) conformados por las pistas de ubicación correspondientes de todos los platos  y los sectores (sectors) que son las areas delimitadas del plato de acuerdo a su estructura o formato

By Henry Mühlpfordt, png version from 2010: Bagok - Own work, vectorization of: Festplattengeometrie.PNG, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=79334677


 A diferencia de los discos electromecánicos, los de estado solido o SSD no requieren elementos mecánicos para acceder a la información. Son literalmente chips de memoria RAM que almacenan los datos de forma masiva. A este tipo de memoria se le conoce como Memoria Flash y son memorias que no requieren energía eléctrica para mantener actualizados los datos que almacenan; el tipo de chips que se utilizan típicamente son del tipo NAND que son ideales para acceder a datos de forma aleatoria. 

En los ultimos años los SSD han evolucionado de una forma acelerada hasta alcanzar las capacidades de almacenamiento antes solo disponibles en discos electrómecanicos; al mismo tiempo rivalizando en desempeño y velocidad de transferencias de datos anteriormente solo disponible en la memoria RAM. Todo lo anterior manteniendo costos bajos y estables. En resumen, la siguiente tabla nos muestra un comparativo entre los discos SSD y los electromecánicos.

Tipo de DiscoComponentesCapacidad de datosDesempeñoCosto
HDDDiscos, Actuadores, Cabezales de escritura, motores, etcMuy Alta80 MB/sBajo
SSDChips de memoria NANDAlta200, 1700, 3500, 7000 MB/sAlto

Inicialmente los SSD utilizaron los mismos formatos e interfaces de conexión que los discos electromecánicos; se hizo muy popular en un principio las Interfaces SATA y m.2 SATA (Serial Advanced Technology Attachment), pero estas tienen una limitación en la interfaz que no permitíría enviar mas de 750 MB/s (MegaBytes por segundo) por lo que pronto se diseñaron conexiones directas de los SSD a nivel del Bus PCIe de los moterboards. Así se han podido implementar SSDs con velocidades de 1700, 3500 y hasta 7000 MB/s. El formato de conexión mas popular hoy en día es el conocido como  "Non Volatile Memory express con conector m.2" o simplemente "NVMe m.2" el cual conectado al Bus PCIe 4.0 alcanza velocidades de transferencia de mas de 7000 MB/s.

El formato mas popular de SSD hoy en día sin duda es el SATA de 2.5", pero la tendencia esta muy marcada por que pronto sea reemplazado por el NVMe m.2 por el desempeño, dimensiones físicas y reducción de costos que se han visto en los ultimos dos años. A continuación una comparativa de precios de Enero de 2024 entre discos duros de 2 TB en los diversos formatos existentes en un popular portal de retail.


Sin duda los SSDs rápidos siguen representando el costo mas alto, sin embargo la diferencia en 
los dos mas económicos es de tan solo 45%, mientras que las mejoras en desempeño, durabilidad y consumo electrico superan con creces el formato de entrada de SSD vs el HDD.

El mercado mundial de los SSD

De acuerdo con Trendforce los 3 principales proveedores de Disco de Estado Sólido son Kingston, ADATA y Lexar, el mercado esta muy diversificado; aún asi 5 proveedores poseen el 59% del mercado y esta tendencia de consolidación persisitirá


TrendForce reportó que las ventas de SSDs disminuyeron 10.7% en 2022 respecto al 2021, lo anterior derivado de problemas en la cadena de suministros posteriores  a la pandemia de COVID-19 pero que deben rectificarse en los próximos meses.

El Adaptador Gráfico o GPU (Graphics Processing Unit)

A partir de que los CPUs complementan de hace mas de 20 años sus ofertas de  producto con versiones que incorporan el controlador de gráficos integrado en el mismo chip, parecía que el mercado de los adaptadores gráficos disminuiría a convertirtse en un mercado de nicho gamer o muy particular de los usuarios de edición de video y modelado 3D. Hoy en día el adaptador gráfico toma mas relevancia, en virtud de que se aprovecha la capacidad añadida de procesamiento en los equipos de cómputo para acelerar ejecución de cómputo intensivo, como la minería de bitcoins o mas recientemente el procesamiento de servicios de Inteligencia Artificial (IA). Estó último generó un gran incremento de la demanda de adaptadores gráficos poderosos y un incremento sustancial en costos por la escasez de chips para satisfacer la demanda. Parecía que esto se corregiría con la desaceleración de las cryptomonedas, pero rápido la demanda de chips para procesar la Inteligencia Artificial no solo evitó el desplome de la empresas que producen los chips para gráficos, sino que se incrementó muchísimo la demanda de estos chips; pues resulta que las operaciones de gráficos avanzados y las de inteligencia artificial requieren funcionalidades muy similares.


Con todo esto el adaptador gráfico no solo es el componente mas costoso en una PC, es también el mas influyente en el desempeño de una computadora cuando se busca satisfacer necesidades específicas como las de las comunidades gamers, los mineros de cryptomonedas, los servidores de nube que procesan servicios de IA y muchas funcionalidades mas que apenas vamos descubriendo.


De acuerdo con 
Jon Peddie Research, los 3 principales proveedores en este mercado son Intel, NVIDIA y AMD con 68%, 18% y 14% del mercado respectivamente.

Si eres "Gamer", o produces video y modelado 3D es indispensable equipar tu computadora con un adapatador gráfico, pero esto tambien implica robustecer la fuente de poder y sistema de ventilación, pues el Adpatador Gráfico, en ocasiones, puede ser también el componente de mayor consumo eléctrico y generación de calor en tu computadora.

De forma similar a los CPUs los GPUs también se pueden comparar en precio, consumo eléctrico y desempeño; la oferta en el mercado es vasta y nutrida, por loq ue muchas veces la elección de un Adaptador Gráfico puede ser una pesadilla.

Con esto terminamos nuestra breve inducción entre los componentes de una computadora y la influencia que tienen en su desempeño. Reclamos, sugerencias o saludos son todos bienvenidos en los comentarios. Promento leerlos todos y contestar. 
 
Bibliografía

(Ao, s/f)
Ao, B. (s/f). Press center - global SSD shipments down 10.7% YoY to 114 million units in 2022 , says TrendForce. TrendForce. Recuperado el 15 de enero de 2024, de https://www.trendforce.com/presscenter/news/20231107-11910.html

(Chang, 2005)
Chang, M. (2005). Computer Architecture. En The Electrical Engineering Handbook (pp. 323–334). Elsevier.

(Datatrack - Index, s/f)
Datatrack - Index. (s/f). Trendforce.com. Recuperado el 12 de enero de 2024, de https://datatrack.trendforce.com/

(DRAM market size, share & trends, s/f)
DRAM market size, share & trends. (s/f). Allied Market Research. Recuperado el 12 de enero de 2024, de https://www.alliedmarketresearch.com/dram-market-A06300

(EMC Education Services, 2012)
EMC Education Services. (2012). Information storage and management: Storing, managing, and protecting digital information in classic, virtualized, and cloud environments (2a ed.). John Wiley & Sons.

(Generaciones de RAM: DDR2 frente a DDR3 frente a DDR4 frente a DDR5, s/f)
Generaciones de RAM: DDR2 frente a DDR3 frente a DDR4 frente a DDR5. (s/f). Crucial. Recuperado el 11 de enero de 2024, de https://www.crucial.mx/articles/about-memory/difference-among-ddr2-ddr3-ddr4-and-ddr5-memory

(Mujtaba, 2023)
Mujtaba, H. (2023, agosto 29). GPU market rebounds in Q2 2023: AMD, NVIDIA & Intel see increased shipments, discrete GPU up by 12.4%. Wccftech. https://wccftech.com/gpu-market-rebounds-q2-2023-amd-nvidia-intel-increased-shipments-discrete-gpus-up/


lunes, 2 de octubre de 2023

Influencia de los Componentes de una Computadora en su Desempeño parte 1 el CPU

En esta entrada de blog veremos como los diferentes componentes de una computadora aportan a su desempeño. Para iniciar solicité a ChatGPT nos explique de forma general como influyen los componentes de una computadora en su desempeño, o lo que es lo mismo Como es que una computadora puede ser rápida y poderosa.

Instrucción a ChatGPT: "escribe un ensayo que explique como influyen los componentes de una computadora en su desempeño, que mencione las aportaciones de la memoria RAM, la cantidad de hertz, núcleos e hilos del CPU, el disco duro y el adaptador gráfico."

"Influencia de los Componentes de una Computadora en su Desempeño

En la era actual de la información y la tecnología, las computadoras se han convertido en herramientas esenciales que influyen en todas las esferas de la vida humana. El desempeño de una computadora está intrínsecamente ligado a la calidad y capacidad de sus componentes, los cuales trabajan en conjunto para determinar la velocidad, eficiencia y capacidad de respuesta del sistema. Entre los componentes cruciales que ejercen una influencia significativa en el desempeño de una computadora se encuentran la memoria RAM, la velocidad del CPU (Unidad Central de Procesamiento), el disco duro y el adaptador gráfico. Estos componentes no solo definen la capacidad de la computadora para ejecutar tareas, sino que también afectan directamente la experiencia del usuario.

El CPU, a menudo considerado el cerebro de la computadora, juega un papel fundamental en su rendimiento. La cantidad de núcleos y hilos en un CPU determina su capacidad para ejecutar tareas paralelas. Un mayor número de núcleos e hilos permite a la computadora realizar múltiples procesos en paralelo, mejorando la eficiencia en tareas que requieren alto poder de procesamiento, como edición de video, renderizado 3D y programación científica. Además, la velocidad del CPU, medida en hertz (Hz), influye en la velocidad a la que se ejecutan las instrucciones. Un CPU de mayor velocidad puede procesar más instrucciones por segundo, lo que resulta en una mayor capacidad de respuesta y tiempos de carga más rápidos.

La memoria RAM (Random Access Memory) es uno de los componentes más influyentes en el desempeño de una computadora. Funcionando como una especie de "memoria de trabajo" de corto plazo, la RAM almacena datos y programas que están siendo utilizados activamente por el sistema operativo y las aplicaciones. Una mayor capacidad de RAM permite a la computadora manejar múltiples tareas simultáneamente y evitar cuellos de botella en la transferencia de datos. La RAM rápida y suficiente permite un rápido acceso a la información necesaria, lo que resulta en una experiencia fluida y sin interrupciones.

El disco duro, o unidad de almacenamiento, también es un componente crucial para el desempeño de la computadora. Los discos duros tradicionales (HDD) y los discos de estado sólido (SSD) tienen diferencias significativas en términos de velocidad de acceso y transferencia de datos. Los SSDs, al no depender de partes mecánicas en movimiento, son considerablemente más rápidos que los HDDs. Un disco duro rápido permite tiempos de inicio más rápidos del sistema operativo y de las aplicaciones, así como una mayor velocidad de carga y guardado de archivos.

El adaptador gráfico, o tarjeta de video, tiene un impacto directo en la capacidad de la computadora para renderizar gráficos y videos de alta calidad. Las tareas relacionadas con gráficos, como juegos, edición de video y diseño gráfico, requieren una tarjeta de video potente. Una tarjeta de video con suficiente memoria y capacidad de procesamiento garantiza una experiencia visual fluida y detallada.

En conclusión, los componentes de una computadora desempeñan un papel esencial en su rendimiento general. La memoria RAM influye en la capacidad de manejar múltiples tareas, el CPU determina la velocidad de procesamiento y la capacidad para realizar tareas paralelas, el disco duro afecta la velocidad de acceso y transferencia de datos, y el adaptador gráfico define la calidad de la representación visual. La elección y combinación de estos componentes debe estar en función de las necesidades y expectativas del usuario, ya que un equilibrio adecuado garantiza una experiencia informática óptima y satisfactoria." OpenAI.(2023)


Luego de la elocuente introducción revisaremos los componentes en particular para entender un poco mejor la manera en que contribuyen al desempeño de la computadora; en lo particular revisaremos como verificar sus capacidades, velocidad y funcionalidad. También describiremos como han evolucionado tecnológicamente y cual es el estatus en la oferta de mercado.

El CPU

Hoy en día el CPU en la mayoría de los equipos informáticos (computadoras, laptops, teléfonos y relojes inteligentes) lo encontramos en un circuito integrado también conocido como microprocesador

Funcionalmente los procesadores modernos son una evolución de la arquitectura de cómputo propuesta por Jon Von Neumann en 1945, basada a su vez en las ideas publicadas en 1936 por Alan Turin para una "Universal Computing Machine"  Neumann describió una computadora  que almacenaba tanto sus datos como su programa en la misma memoria.


https://computersciencewiki.org/index.php/File:Cpu_diagram.png


Esta arquitectura describe dos partes fundamentales de las computadoras, la Unidad Lógica Aritmética (ALU) responsable de procesar los datos mediante operaciones lógico-matemáticas y la Unidad de Control (CU), responsable del flujo de los datos en el CPU y la interpretación de instrucciones.

Hoy en día los CPUs modernos incorporan mejoras e innovaciones que han incrementado el desempeño y definido nuevas características en los CPUs. A continuación una representación sobresimplificada de un CPU moderno para ayudarnos a comprender las características y como influyen en su desempeño:



Cores/Núcleos

Debemos de pensar en un core o núcleo como si fuera un CPU independiente que junto con otros se empaquetó en un solo circuito integrado. La evolucion de las computadoras en algun momento permitió que múltiples CPUs funcionaran en un solo dispositivo; se adaptaron el sistema operativo, el software y los compiladores para poder aprovechar este incremento de recursos y luego finalmente un proceso de miniaturización permitió de manera eficiente tener CPUs multinúcleo.
Oblea de Silicio con CPUs
La miniaturización de los CPUs es posible gracias a que se fabrican utilizando procesos modernos y de alta especialización como la fotolitografía en obleas de silicio, en donde por medio de luz ultravioleta se pueden grabar patrones y relieves en capás sobrepuestas en una oblea semiconductora para construir los miles de millones de transistores que conforman el CPU. Así es como con gran precisión se fabrican circuitos integrados en masa. Hoy en día los procesos de fabricación permiten detalles en las obleas de hasta 3 nm (nanómetros), aunque lo más común en las nuevas generaciones de CPUs es fabricarlos en 5 o 7 nm.




Hilos/Threads

Una de las innovaciones incorporadas a los CPUs de nuevas generaciones es la capacidad de tener más de un camino de entrada de los datos a cada núcleo del CPU, es algo similar como lo que ocurre con los ejecutivos en los bancos que pueden recibir y atender a una persona de forma presencial y también por teléfono. Por supuesto que no puede atender dos personas de forma simultánea, pero dependiendo del tramite que se realice se pueden poner actividades en espera mientras la otra es atendida y luego regresar; así se reducen los tiempos muertos y el ejecutivo siempre esta trabajando. En los CPUs modernos típicamente podemos encontrar que para cada núcleo se establecen dos hilos que aprovechan los recursos del CPU para hacer una especie de multitarea.  Organizando estructuras de control y procesamiento para cada hilo, es posible ejecutar múltiples tareas en un núcleo de procesamiento, el Multithreading, como se le denomina, requiere CPUs con multiples núcleos y más recursos del CPU. Por otro lado existe también el Hyperthreading que es simplemente virtualizar cada núcleo haciendo creer al sistema operativo que existen 2 núcleos independientes y así procesar más tareas, esta última opción consume menos recursos del CPU, no requiere optimización del software como el multithreading, pero tiene un menor desempeño comparado; ha tenido problemas con ciertos procesos y tiene un consumo eléctrico y generación de calor mayores, por lo que en CPUs modernos existe la opción de deshabilitar la funcionalidad.

Velocidad de reloj/Clockspeed

La velocidad de reloj es quizás la característica que tradicionalmente se identificaba como la que describía la capacidad de procesamiento en un CPU. Se mide en Hertz o ciclos por segundo. Un CPU ejecuta instrucciones (operaciones) que son completadas en un ciclo de tiempo, de tal forma que para que un procesador funcione más rápido hay que incrementar el ritmo que recibe datos y los procesa. Sin embargo existen limitaciones físicas y de diseño que impiden que a un CPU simplemente le incrementemos la velocidad de reloj; típicamente mayor velocidad de reloj implica mayor consumo eléctrico y generación de calor. Dependiendo de los materiales, se puede reducir el consumo eléctrico o si disminuimos las distancias y resistencia podemos reducir el voltaje y la generación de calor. Todo esto se establece por diseño para tener un producto estable y duradero. Cuando se diseña un nuevo CPU se establece el TDP (thermal design power) que es la característica que define el consumo máximo en watts  en que un CPU puede operar.
 

Memoria Cache

La memoria cache tiene como característica principal su velocidad y esta diseñada para operar tan rápido como el CPU. Este tipo de memoria es más costosa que la memoria RAM incorporada al equipo y tiene fuertes limitaciones de distancia, por lo que el CPU la utiliza para establecer un area de trabajo donde se puede trabajar a la maxima velocidad y colocar los datos que sean requeridos con más frecuencia o que se requieren acceder de forma muy rápida para las funciones primordiales del CPU.


Midiendo el desempeño de CPUs

Aunque existen herramientas para hacer benchmarks de CPUs como https://www.passmark.com/, lo más práctico es acceder a los resultados que se publican con información de las liberaciones de los grandes fabricantes. Un portal de internet con información confiable es https://www.cpubenchmark.net/ aquí además de encontrar la información de características de todos los CPUs liberados por todos los fabricantes, podemos hacer comparativos y así tomar la mejor decisión de cuál es el CPU ideal para nuestras necesidades particulares.


Este es un ejemplo que nos arroja las diferencias en las características de CPUs liberados a lo largo de 4 años en el segmento de uso promedio para equipos de oficina. Es curioso como el mejor desempeño con respecto al año anterior se de en los dos CPUs más nuevos de la tabla, donde el incrementó en menos de un año fué de más de 29%, manteniendo el mismo TDP y velocidad de reloj de 2.5GHz, pero incrementando de 6 a 10 la cantidad de núcleos. 

Comparativo CPU por año
CPUIntel Core i5-10400Intel Core i5-11400Intel Core i5-12400Intel Core i5-13400
Clockspeed2.9 GHz2.6 GHz2.5 GHz2.5 GHz
Cores/Threads6 (Threads: 12)6 (Threads: 12)6 (Threads: 12)10 (Threads: 16)
TDP65W65W65W65W
LiberaciónQ2 2020Q1 2021Q1 2022Q3 2022
Single thread performance2579304235413712
Dif respecto al anterior17.95%16.40%4.83%
CPU Mark12202171021947825288
Dif respecto al anterior40.16%13.89%29.83%
Precio 02/010/2023 (amazon.com)$149.00$144.88$185.00$288.00
Dif respecto al anterior-2.77%27.69%55.68%

También hay que señalar que el precio juega un factor clave en la decisión de compra, si vemos la tabla nos daremos cuenta que la mejor opción la tenemos en el Intel Core i5-11400 pues con un desempeño 40% mayor que su predecesor es 5 USD más económico, mientras que el tope de la tabla aunque tiene un desempeño de 48% superior el precio es el doble que su predecesor. 

El mercado de CPUs a nivel mundial

https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Moore#/media/Archivo:Ley_de_Moore.png


Los CPUs modernos son la culminación de la evolución tecnológica de semiconductores gestada en el Silicon Valley al sur de San Francisco, California desde mediados del siglo XX hasta nuestros días. El recorrido de innovación iniciado por la invención del transistor por William Shockley en 1951 no solo se ha centrado en el campo de la electrónica. Silicon Valley, como fenómeno de evolución tecnológica acelerada, es una amalgama de proyectos de innovación en diversas áreas: 
  • La electrónica donde pasamos de válvulas de vacío a transistores y luego a circuitos integrados.  
  • Las innovaciones en procesos de manufactura, factor clave para lograr la miniaturización de componentes, que a su vez hicieron posible cumplir con la "Ley de Moore", (acuñada por Gordon Moore en 1965 cuando trabaja aún para Fairchild Semiconductor) y que se ha sostenido hasta nuestros días. Moore, fundador de Intel, predijo que cada 2 años sería posible incorporar el doble de transistores un circuito integrado.
  • Los procesos de negocios y establecimiento de mejores prácticas en la industria fueron parte del Silicon Valley. Inicialmente los semiconductores fueron consumido primordialmente por los proyectos militares y espaciales del gobierno estadounidense, pero depender de un solo cliente no permite a un grupo de empresas establecer una ruta de crecimiento y ser exitosos. Silicon Valley literalmente creó un mercado desde cero y comenzaron a vender sus chips para productos de consumo y de negocios, logrando con esto cambiar al mundo a un ritmo tan acelerado como nunca antes en la historia. 
  • El Software. Aunque el software se remonta a los inicios de las primeras computadoras digitales y el primer programa de computadora se escribió en 1950 por Tim Kilburn en la Universidad de Manchester para la "Small-Scale Experimental Machine" mejor conocida como "The Baby", no fué sino con el advenimiento de las microcomputadoras que despegó el desarrollo de software que permitiría brindar soluciones para los diferentes mercados a los que se enfocaría el desarrollo de semiconductores. En sí podemos decir que entre más chips se fabricaban más software se requería para habilitar las soluciones de cada grupo de usuarios en los mercados militar, de negocios y de consumo.

Los CPUs en la actualidad

En la mayoría de los dispositivos informáticos disponibles para usuarios encontraremos tan solo algunas cuantas compañias que diseñan microprocesadores, por lo que hay que reconocer que quienes aportan innovación y definen la dirección del mercado hoy en día son las compañias: Intel, AMD, ARM, Samsung, Apple, Qualcomm, TSMC y recientemente Huawei; gran potencial a futuro tiene también el proyecto de hardware libre RISC-V.


Intel (INTC) y AMD (AMD)

Prácticamente desde antes de la concepción de la IBM-PC estos dos fabricantes han competido para proveer de CPUs el mercado de computadoras personales. Inicialmente AMD era un segundo proveedor para la industria militar de los Estados Unidos para los chips de Intel como el 8086 y 80286, pero poco a poco fueron también generando innovación e incrementando su participación en el mercado. A partir del surgimiento del porcesador 80386 comenzaron batallas legales, comerciales y tecnológicas entre estas dos compañias por liderar la producción de chips de arquitectura x86, lo que dió lugar a una espiral de innovación que ha traido grandes beneficios a la industria en general. Hoy AMD e Intel compiten frente a frente en el desarrollo de CPUs frecuentemente alternando en el liderazgo en los diferentes segmentos (Gaming, Estaciones de trabajo, servers, etc). Al día de hoy la arquitectura Zen4 de AMD y la familia de CPUs Raptor Lake de Intel dominan el mercado del computo personal de forma indiscutida, aunque un reciente jugador esta dando mucho de que hablar. Apple (AAPL) a renovado toda su línea de cómputo personal, desktops y laptops con los procesadores M1 y M2 de su propio diseño, utilizando la arquitectura ARM con mucho éxito. Sin embargo aun está por verse el impacto que pueda tener en este segmento de mercado en los próximos años.


ARM (ARM)

ARM es una compañia británica que comenzó en 1997 fabricando chips para dispositivos móviles y hoy en día es el lider tecnológico en este mercado, practicamente todos los telefonos inteligentes modernos utilizan tecnología de ARM, pues los procesadores para móviles de Samsung, Qualcomm, Apple, Huawei y otros, utilizan bajo licencia la arquitectura de CPUs de ARM. ARM inicio como compañia en 1990 con el nombre de Advanced RISC Machines LTD y no fué sino hasta Septiembre de 2023 en que se convirtió en una compañía pública. Pionera en el diseño y desarrollo de chips de bajo consumo eléctrico, hoy participa en la mayoría de los mercados y ya existen Centros de Datos en la nube con servidores con CPUs ARM y  como semencionó anteriormente ya hay laptops y equipos de escritorio de Apple utilizando procesadores basados en arquitectura ARM.  A diferencia de Intel y AMD ellos no venden productos (Chips) ellos comercializan su tecnología mediante licencias por uso y por cantidad de equipos que sus clientes fabriquen. Este modelo fué una innovación importantísima, pues les ha permitido enfocar todos sus esfuerzos en el desarrollo de tecnología, manteniendo un limitado número de clientes sin considerar logística de producción, marketing, ventas y soporte.

TSMC (TSMN)

De acuerdo con su portal web "TSMC atendió a 532 clientes y fabricó 12.698 productos para diversas aplicaciones que cubren una variedad de mercados finales, incluida la informática de alto rendimiento, los teléfonos inteligentes, el Internet de las cosas (IoT), la automoción y la electrónica de consumo digital". Lo que hay que hacer notar es que TSMC es la única compañía a nivel mundial capaz de fabricar a gran escala los chips más modernos y sofisticados, inclusive Intel que fabrica sus propios chips, ha anunciado que solicitará en 2024 a TSMC la maquila de algunos de sus CPUs de nueva generación. La fabricación de chips utilizando técnicas avanzadas de fotolitografía capaz de producir con precisión de hasta 3 nm es prácticamente una exclusiva de esta compañia y la convierte en un foco de atención enorme en el contexto geopolítico. Con la escalada de la guerra en Ucrania y la complicada situación en el mundo postpandemia, TSMC enfrenta el gran reto de diversificar su producción y ha anunciado ya el establecimiento de fábricas en los EE.UU. y Japón.

RISC-V

En tanto la mayoría de los fabricantes de CPUs desarrolla sus propias arquitecturas propietarias o las adquiere con un pago de licencia de otras como ARM, RISC-V propone un nuevo inicio de cero para desarrollar arquitecturas de chips sin ataduras tecnológicas ni pago de regalías.  De acuerdo a suportal web RISC-V es: "Una arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) de estándar abierto que permite una nueva era de innovación de procesadores a través de la colaboración abierta".
RISC-V permite a la comunidad compartir inversiones técnicas, contribuir al futuro estratégico, crear más rápidamente, disfrutar de una libertad de diseño sin precedentes y reducir sustancialmente el costo de la innovación".

Estamos muy lejos que un CPU RISC-V pueda ser un contendiente en la feroz competencia que existe en el mercado de móviles o computadoras de escritorio, pero el avance es muy significativo. De acuerdo con BCC Research "Se estimó que el mercado global de la tecnología RISC-V será de 445.7 millones de dólares en 2021 y se prevé que crecerá a una tasa compuesta anual del 33,1%. Se prevé que el mercado de la tecnología RISC-V alcance los 2,700 millones de dólares en 2027"

En la parte 2 de este blog post revisaremos la memoria RAM, los dispositivos de almacenamiento y los adptadores gráficos, al igual que lo hicimos aqui, revisaremos no solo la descripción de las tecnologías, veremos su evolución y como se posicionan en el mercado las distintas ofertas.


Bibliografía

BCC Publishing. (n.d.). RISC-V technology market size, share & growth analysis report. Bccresearch.com. Retrieved October 4, 2023, from https://www.bccresearch.com/market-research/semiconductor-manufacturing/global-risc-v-technology-market.html

How it all began. (n.d.). Manchester.ac.uk. Retrieved October 6, 2023, from http://curation.cs.manchester.ac.uk/digital60/www.digital60.org/birth/how/index.html

Jon, Y. (2023, May 31). Intel & AMD: The first 30 years. The Asianometry Newsletter. https://www.asianometry.com/p/intel-and-amd-the-first-30-years

Miller, C. (2022). Chip war: The fight for the world’s most critical technology. Simon & Schuster.

Morrison, J. (1693676923000). TSMC is reporting Intel is outsourcing nearly half its 10 and 7 nm revenue to the Taiwanese juggernaut. Linkedin.com. https://www.linkedin.com/pulse/tsmc-reporting-intel-outsourcing-nearly-half-its-10-nm-jeff-morrison/

OpenAI. (2023). ChatGPT [Modelo de Lenguage GPT-3.5]. https://chat.openai.com/chat

Shanto, A. A. (2023, September 7). Breaking boundaries: Huawei Kirin 9000S chipset explained. Gizchina.com; GizChina Media. https://www.gizchina.com/2023/09/07/huawei-kirin-9000s-chipset/

The official history of Arm. (2023, August 16). Arm Blueprint. https://www.arm.com/blogs/blueprint/arm-official-history

Wikipedia contributors. (n.d.). Ley de Moore. Wikipedia, The Free Encyclopedia. https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ley_de_Moore&oldid=154157139

Wikipedia contributors. (2023, September 15). Von Neumann architecture. Wikipedia, The Free Encyclopedia. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Von_Neumann_architecture&oldid=1175502661

Williams, R. (2023, March 1). AMD Ryzen 7000 vs. Intel 13th-gen Core Workstation Performance Review. Techgage. https://techgage.com/article/cpus-for-creators-amds-zen-4-vs-intels-raptor-lake/