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LEY DE MOORE, NIVELES DE ABSTRACCIN, FAN IN/OUT, INMUNIDAD AL RUIDO Y CONSUMO DE POTENCIA Y ENERGA

Erick Paul Mera Otoya

e-mail: epmera1@espe.edu.ec Byron Omar Jimnez Quevedo e-mail: bojimenez@espe.edu.ec

Ingeniera Mecatrnica, Sptimo nivel, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE-Extensin Latacunga,

Marquez de Maenza S/N Latacunga, Ecuador.

RESUMEN: Este documento se basa en una investigacion bibliogrfica la cual hace referencia a la muy conocida Ley de Moore en la cual Gordon Moore enuncio hace 50 aos: La complejidad de los componentes se ha multiplicado aproximadamente por 2 cada ao. A corto plazo, se puede esperar que esta tasa se mantenga o incluso que aumente. Tambin se ha investigado acerca de varias caractersticas de circuitos integrados tales como: Inmunidad al ruido, fan IN/OUT, consumo de energa y potencia y niveles de abstraccin los cuales indican los pasos o el orden que se deben seguir el momento de especificar la funcionalidad que debe tener el circuito.

PALABRAS CLAVE: Inmunidad, Ruido, Abstraccin.

ABSTRACT: This document is based on a literature which is referred to the well-known "Moore's Law " in which it is enunciated Gordon Moore 50 years ago : " The complexity of components has increased approximately YEAR 2 each . In the short term , you can expect this rate Mantegna or even increase . " It has also been investigated several features About Integrated Circuits stories Como: Noise immunity fan IN / OUT , Energy and power consumption and abstraction levels which indican Steps o Watch what order should specify The Moment functionality must to have the circuit.

KEY WORDS: Immunity, Noise, Abstraction.

1 INTRODUCCIN

La ley de Moore ha sido la norma que ha conseguido que las computadoras impulsen un nuevo tipo de sociedad y de economa.

Aunque a su postulado se le conoce como la "Ley de Moore", no ha de tomarse en sentido literal ya que no es una premisa cientfica.

Pero ya que se ha sido el ritmo de desarrollo que se ha seguido hasta ahora, la industria de la tecnologa ha acogido la premisa como el estndar sobre el ritmo que seguirn las innovaciones en el futuro, de ah su importancia.

Los fan IN/OUT hacen referencia al mximo nmero de

entradas/salidas que puede tener un dispositivo electrnico.

En los sistemas extremadamente complejos, a la hora

de analizarlo o sintetizarlo. Es posible ver al sistema como una serie de diferentes niveles, que podemos denominar niveles de complejidad o de abstraccin, cada uno de los cuales se caracteriza por tipo especfico de componentes y enlaces.

El ruido puede distorsionar una seal digital, sin

embargo si la amplitud es suficientemente grande en comparacin a las amplitudes tpicas del ruido, el receptor puede distinguir correctamente entre los dos pulsos. La probabilidad de error en el receptor es menos de 10-6, es decir, que en promedio el receptor cometer menos de un error por cada milln de pulsos.

La potencia disipada por una compuerta lgica se define para un ciclo de trabajo del 50 %, es decir para la situacin en la que la salida de la puerta est el mismo tiempo en nivel cero que en nivel uno.

2 LEY DE MOORE A. Definicin

Ms que una ley, se basa en una prediccin del propio autor, lo cierto es que si se tuviera que sintetizar nos quedaramos con la siguiente observacin:

La complejidad de los componentes se ha multiplicado aproximadamente por 2 cada ao. A corto plazo, se puede esperar que esta tasa se mantenga o incluso que aumente. Es decir, en 1975 el nmero de componentes en cada circuito integrado de bajo coste ser de 65.000. Creo que un circuito tan grande puede construirse en una nica oblea de silicio.

Explicado de manera ms simple, la Ley de Moore intent (y acert) al predecir la evolucin de los procesadores introduciendo el concepto de la miniaturizacin en la tecnologa. Conforme se iba reduciendo el tamao de los procesadores y aumentaban su potencia, la tecnologa pudo hacerse cada vez ms pequea mientras aumentaba su rendimiento de manera exponencial.

B. Historia y Aplicacin

Antes de fundar una de las compaas de tecnologa ms

importante del mundo, Intel Corporation, Gordon Moore

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enunci esta ley que durante 50 aos ha sido un pilar fundamental para entender el paradigma actual. George Moore, co-fundador de Intel en 1968 junto a Robert NoyceEl 19 de Abril de 1965un joven Moore escribi un artculo en la revista Electronics donde mostraba su visin sobre el futuro de los componentes en los circuitos integrados. Despus de haber observado el desarrollo de la tecnologa en los aos anteriores, Moore descubri que cada ao se duplicada el nmero de transistores que formaban parte de un circuito, aumentando la capacidad de los mismos. Una observacin que se adelant casi 10 aos a los primeros microprocesadores que se fabricaron.

Esta observacin prosigui cumplindose, haciendo que

la Ley de Moore se convirtiera en un modelo de crecimiento de la tecnologa tal y como se muestra en el siguiente grfico. En el mismo podris ver los puntos donde se han ido cumpliendo poco a poco desde 1971, ao de lanzamiento del Intel 4004.

Fig. 1 Modelo de crecimiento Ley de Moore (Tomado de

Diseo de sistemas digitales con VHDL. Editorial Paraninfo, 2002.)

En 1975, 10 aos despus de que su observacin, George Moore tuvo que reformular (o al menos, puntualizar) su ley debido al crecimiento vertiginoso de la tecnologa de los circuitos integramos. En un breve periodo de tiempo, la Ley de Moore quedar obsoleta As, cambi el factor de crecimiento en el tiempo para ajustarlo al crecimiento real del mercado, quedndose en 2 aos en vez de 1.

Pero al igual que con la Ley de Metcalfe que explicamos en la edicin anterior, todas las leyes tienen sus crticos e incluso barreras que las invalidan por completo. Incluso el propio Moore se encuentra entre estos, ya que desde sus inicios ya advirti que en el largo plazo la tasa de crecimiento no es tan predecible. Estableci que la constante tan slo se dara hasta 10 aos vista. Recientemente Gordon Moore incluso re-apareci para decir que su ley estaba ms que muerta ya que las limitaciones tcnicas de la fabricacin de los microprocesadores actuales hacen que sus arquitecturas tengan un techo de evolucin. Ser entre este mismo ao 2015 y 2020 donde la Ley de Moore mostrar su validez o ser refutada al 100%.

Aunque difcil de comprender por su aparente complejidad, la Ley de Moore es uno de esos pilares bsicos para entender como la tecnologa ha permitido hacer autnticas maravillas. El futuro? Aunque no se cumpla lo dicho por Moore, los procesadores seguirn miniaturizndose incluso con saltos cuantitativos nunca vistos, utilizando entre otras tecnologas la computacin cuntica.

C. Ley de Moore en perspectiva

La ley de Moore no es una ley en el sentido cientfico, sino ms bien una observacin, y ha sentado las bases de grandes saltos de progreso.

En 2004 la industria de los semiconductores produjo ms transistores (y a un costo ms bajo) que la produccin mundial de granos de arroz, segn la Semiconductor Industry Association (Asociacin de la Industria de los Semiconductores) de los Estados Unidos.

Gordon Moore sola estimar que el nmero de transistores vendidos en un ao era igual al nmero de hormigas en el mundo, pero para el 2003 la industria produca cerca de 1019 transistores y cada hormiga necesitaba cargar 100 transistores a cuestas para conservar la precisin de esta analoga.

En 1978, un vuelo comercial entre Nueva York y Pars costaba cerca de 900 dlares y tardaba 6 horas. Si los mismos principios de la ley de Moore (que se han aplicado a la industria de los semiconductores desde 1978) se hubieran aplicado a la industria de la aviacin comercial, hoy ese vuelo costara cerca de un centavo de dlar y habra tardado menos de 1 segundo en realizarse.

3 FAN IN / OUT

3.1 Fan IN

Es la cargabilidad mxima de entradas, es decir, el mximo nmero de entradas que puede tener una compuerta lgica.

3.2 Fan OUT

Es la cargabilidad de salida, es decir, el nmero mximo de salidas que se pueden conectar a la salida de una sola compuerta lgica.

En la mayora de los diseos, puertas lgicas son conectados para formar circuitos ms complejos. Mientras que ninguna salida de la puerta ms de una lgica est conectada a cualquier entrada nica, es comn para una salida para conectarse a varias entradas. La tecnologa utilizada para implementar puertas lgicas por lo general permite un cierto nmero de entradas de la puerta para ser conectado directamente juntos sin circuitera de interfaz adicional. La mxima del ventilador de salida de una salida mide su capacidad de carga de conduccin: es el mayor

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nmero de entradas de puertas del mismo tipo para el que la salida se puede conectar de forma segura. A. Fan OUT DC

Una puerta lgica perfecto tendra impedancia de entrada infinita y la impedancia de salida cero, lo que permite una salida de la puerta para impulsar cualquier nmero de entradas de la puerta. Sin embargo, ya que las tecnologas de fabricacin del mundo real exhiben menos de caractersticas perfectas, se llegar a un lmite donde una salida de la puerta no puede conducir ms actual en entradas de la puerta posterior - intentar hacerlo hace que la tensin caiga por debajo del nivel definido para el nivel lgico en ese cable, causando errores.

El abanico de salida es simplemente el nmero de entradas que se pueden conectar a una salida antes de que la corriente requerida por las entradas supera la corriente que pueden ser entregados por la salida, manteniendo niveles lgicos correctos. Las cifras actuales pueden ser diferentes para la lgica y la lgica cero uno estados y en ese caso hay que tomar la par que dan el menor abanico de salida. B. Fan OUT AC

Sin embargo, las entradas de las puertas reales tienen capacitancia as como la resistencia a los carriles de suministro de energa. Esta capacitancia se ralentizar la transicin salida de la puerta anterior y por lo tanto aumentar su retardo de propagacin. Como resultado, en lugar de un fan-out el diseador fijo se enfrenta a un compromiso entre fan-out y retardo de propagacin (que afecta a la velocidad mxima del sistema global). Este efecto es menos marcado para los sistemas TTL, que es una de las razones por las que mantienen una ventaja de velocidad sobre CMOS durante muchos aos.

A menudo, una sola seal (como un ejemplo extremo, la

seal de reloj) tiene que conducir mucho ms de 10 cosas en un chip. En lugar de simplemente el cableado de la salida de una puerta a 1.000 entradas diferentes, las personas que disean tales cosas han encontrado que se ejecuta mucho ms rpido para tener un rbol (como un ejemplo extremo, un rbol de reloj) - por ejemplo, tener la salida de esa puerta conducir 10 buffers (o equivalentemente un buffer escalado 10 veces ms grande que el bfer de tamao mnimo), los buffers en coche otros 100 tampones (o equivalentemente un buffer escala 100 veces ms grande que el bfer de tamao mnimo), y esos tampones finales a conducir los 1.000 entradas deseadas. Durante el diseo fsico (electrnica), algunas herramientas de diseo VLSI no amortiguan insercin como parte del cierre de diseo integridad de la seal.

4 NIVELES DE ABSTRACCIN

A la hora de abordar un diseo, el primer paso es especificar la funcionalidad que debe tener el circuito. Esta especificacin es la traduccin de las ideas del cliente a un

lenguaje tcnico que exprese con precisin el funcionamiento y las restricciones del circuito.

Una vez especificado el sistema, y en funcin de la

complejidad del mismo, lo ms habitual es EMPLEAR la tcnica de " divide y vencers. As, resulta ser una buena estrategia la visin del sistema como una caja negra con su definicin de entradas, salida y funcionamiento, e ir dividiendo en diferentes bloques ms pequeos igualmente definidos en cuanto a entrada/salida y funcionamiento e interconectados entre s. Esta estructuracin del diseo se conoce como diseo jerrquico o metodologa top-Down.

En los sistemas extremadamente complejos, a la hora

de analizarlo o sintetizarlo. Es posible ver al sistema como una serie de diferentes niveles, que podemos denominar niveles de complejidad, cada uno de los cuales se caracteriza por tipo especfico de componentes y enlaces.

Para examinar la estructura interna de un componente

de un componente de un determinado nivel de complejidad, debemos bajar al nivel inmediatamente inferior.

Fig. 2 Niveles de Abstraccin (Tomada de "Metodologa para

el Aprendizaje de Sistemas Electrnicos Digitales y su Diseo." (2004))

5 INMUNIDAD AL RUIDO

Una seal elctrica consiste en una perturbacin aleatoria, cuyo origen puede ser diverso, que puede mezclarse con una seal elctrica portadora de informacin, pudiendo provocar la prdida de informacin.

Las fluctuaciones de tensin en la lnea de alimentacin,

las radiaciones electromagnticas de alta frecuencia generadas por conductores adyacentes o cualquier otra fuente de ruido externo (un rayo por ejemplo) pueden modificar la tensin de una lnea conductora dentro de un CI y por tanto, confundir el nivel lgico original.

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Para no verse afectados adversamente por el ruido, los CI deben tener cierta inmunidad al ruido, que se define como la capacidad para tolerar ciertas variaciones de tensin no deseadas en sus entradas sin que cambie el estado de salida.

El ruido puede distorsionar una seal digital, sin

embargo si la amplitud es suficientemente grande en comparacin a las amplitudes tpicas del ruido, el receptor puede distinguir correctamente entre los dos pulsos. La probabilidad de error en el receptor es menos de 10-6, es decir, que en promedio el receptor cometer menos de un error por cada milln de pulsos. Entonces el efecto del ruido aleatorio y de la distorsin en el canal prcticamente se elimina.

As, en la transmisin digital de seales analgicas los

errores que aparecen en la seal que se recibe se deben nicamente a la cuantificacin.

Estos errores o incertidumbre se pueden corregir tanto

como se desee; as mismo, debido a los repetidores regenerativos, es posible transmitir las seales a distancias mucho ms grandes que con las seales analgicas.

6 CONSUMO DE ENERGA Y POTENCIA

Se evala calculando la potencia elctrica consumida por una puerta en dos situaciones. Cuando se producen cambios en las entradas (potencia esttica) y cuando las entradas cambian a una frecuencia determinada (potencia dinmica a esa frecuencia).

Es la potencia disipada (Power dissipation) por una

puerta lgica. Se define para un ciclo de trabajo del 50 %, es decir para la situacin en la que la salida de la puerta est el mismo tiempo en nivel cero que en nivel uno.

7 CONCLUSIONES

La Ley de Moore, ms que una ley, es una prediccin, la cual ha sido bastante acertada durante los ltimos 50 aos.

La complejidad de los componentes NO se ha

multiplicado por 2 cada ao.

La Ley de Moore intent (y acert) al predecir la evolucin de los procesadores.

El nmero de entradas de una compuerta lgica es

limitado y su nmero mximo de entradas lo indica el Fan IN.

El nmero de salidas de una compuerta lgica es

limitado y su nmero mximo de entradas lo indica el Fan OUT.

Los niveles de complejidad se caracterizan por tipo

especfico de componentes y enlaces.

Si la amplitud de una seal digital es suficientemente grande en comparacin a las amplitudes tpicas del ruido el efecto del ruido aleatorio y de la distorsin en el canal prcticamente se elimina.

8 REFERENCIAS [1] Moore, Gordon E. (1965): Cramming more components

into integrated circuits, artculo en ingls en la revista Electronics, volumen 38, n. 8; 19 de abril de 1965. Publicado en el sitio web Web Eng FIU.edu.

[2] Excerpts from A conversation with Gordon Moore: Moores law, artculo en ingls en la revista Intel de 2005.

[3] 1965 - Moores Law Predicts the Future of Integrated Circuits (html). Computer History Museum. ??. Consultado el Noviembre de 2007.

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