Intel Pentium (1993): El Salto Cuántico en el Rendimiento de Procesadores
En 1993, Intel lanzó su revolucionario procesador Pentium, un salto significativo en el rendimiento de los procesadores que estableció una marca perdurable hasta 2023. Pero, ¿qué había dentro del chip Pentium? ¿Cómo organizó Intel sus 3.3 millones de transistores? Vamos a explorar el interior de este icónico chip y descubrir sus «células estándar».
Un Vistazo al Interior del Pentium
Bajo un microscopio, el diminuto chip Pentium, del tamaño de una uña, revela una compleja estructura. Algunas partes, como la caché y la ruta de datos, fueron altamente optimizadas manualmente. Las áreas menos críticas, delineadas en rojo, fueron diseñadas por software utilizando células estándar, visibles como columnas grises. Las células estándar utilizan una biblioteca de bloques estandarizados para puertas lógicas y otros circuitos, permitiendo un diseño rápido y sin errores, aunque no tan denso y eficiente como el diseño manual.
La Estructura de las Células Estándar
Aquí vemos un primer plano de siete bloques de células estándar en el Pentium. Las manchas grises son regiones de silicio, con cableado de polisilicio brillante sobre ellas para formar transistores. Hay alrededor de 30 transistores aquí; a diferencia de los procesadores modernos, aún se pueden ver los transistores en el Pentium.
El Origen del Nombre «Pentium»
El nombre «Pentium» surgió después de que Intel demandara a AMD, alegando que el chip Am386 violaba sus patentes. AMD ganó cuando un juez decidió que el número 386 no podía ser registrado como marca. Intel cambió de estrategia, abandonando la numeración x86 en favor del nombre registrable «Pentium».
Capas de Metal en el Pentium
El Pentium utilizaba cuatro capas de metal sobre el silicio para conectar todos los componentes. En un primer plano, se pueden ver estas capas metálicas, desde M4 en la parte superior hasta M1 en la inferior, sobre el polisilicio y el silicio. Es una estructura tridimensional bastante compleja.
Circuitos Internos: Inversores y Puertas NAND
Dentro de una célula estándar, el circuito más simple es un inversor, que convierte un 0 en 1 y viceversa, utilizando dos transistores. La célula estándar para un inversor tiene estos dos transistores. La capa de metal M1 conecta los transistores para crear el inversor. Las puertas NAND, esenciales en la lógica de computadoras, también se encuentran en el Pentium, construidas con cuatro transistores y cableado metálico.
Latches y Flip-Flops: Almacenamiento de Datos
Para almacenar un bit de datos, el Pentium utiliza latches o flip-flops. Controlados por el reloj, los latches recuerdan un valor. Los flip-flops son aún más importantes, permitiendo un control más preciso de los datos almacenados.
Automatización del Diseño de Células Estándar
El software para células estándar es altamente complejo. Los programas de «colocación y enrutamiento automatizados» primero colocan las células en filas para minimizar las distancias entre los circuitos y luego generan el cableado entre las células lo más denso posible.
Tecnología BiCMOS en el Pentium
El Pentium era un chip BiCMOS, utilizando transistores CMOS junto con transistores bipolares rápidos que aceleraban algunas señales en un 35%. Aunque BiCMOS no es común en los circuitos digitales modernos, sigue siendo utilizado en circuitos analógicos de alta velocidad.
Impacto Cultural del Pentium
El Pentium tuvo un gran impacto en el mercado de las computadoras y hasta se integró en la cultura popular. Incluso hay una canción, «It’s all about the Pentiums», que celebra este procesador icónico.
Conclusión
El procesador Pentium de Intel no solo marcó un hito en el rendimiento de los procesadores, sino que también introdujo técnicas avanzadas de diseño de circuitos que aún se utilizan hoy en día. Con 3.3 millones de transistores, el Pentium demostró cómo los circuitos complejos pueden entenderse y observarse de cerca, proporcionando un fascinante vistazo a la ingeniería detrás de una de las tecnologías más influyentes de nuestro tiempo.
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