| Artículos | 01 DIC 2001

Chips sin señal de reloj

Tags: Histórico
Eugenio Barahona.
Prácticamente todos los procesadores actuales requieren un reloj que sincroniza su funcionamiento. Sin embargo ya se está trabajando en prototipos que no necesitan dicha señal.

La gran mayoría de los microprocesadores que se encuentran en el mercado hacen uso de una señal de reloj que se utiliza para sincronizar el funcionamiento de las distintas unidades que forman el procesador. Desde el legendario procesador 4004 de Intel hasta los actuales Pentium 4, Athlon o PowerPC, prácticamente todas las CPU que se han diseñado emplean un reloj que se encarga de dictar el funcionamiento de su electrónica. Esto ha llevado a muchos usuarios a pensar que el rendimiento que se extrae de un procesador depende exclusivamente de su velocidad de reloj y no de otros factores más sutiles, generalmente menos publicitados por casi todos los fabricantes, como por ejemplo el número de instrucciones ejecutadas por cada ciclo de reloj.
Quizás en algunos años ya no sea posible medir el supuesto rendimiento de un PC teniendo en cuenta la velocidad de reloj de su microprocesador, ya que dicho dato simplemente no existirá. Ello se deberá a que es muy probable que los procesadores del futuro no empleen ninguna clase de señal de reloj. Varias empresas, entre las que se encuentra Intel, y diversas universidades están investigando intensamente en el desarrollo de chips que no requieran una frecuencia de reloj para su funcionamiento. Las razones para llevar a cabo estas investigaciones tienen que ver con una posible reducción del consumo energético que realizarían los procesadores carentes de señal de reloj y un más que factible aumento de rendimiento que ofrecerían respecto a sus equivalentes actuales.
Si tenemos en cuenta que la señal de reloj es idéntica en sus características de voltaje al resto de señales que entran y salen del procesador, podremos observar con facilidad que al eliminarla de un diseño se produce automáticamente un ahorro en la energía que consume el procesador. Además, el diseñador del chip no tendrá que pensar cómo distribuir la señal de reloj a lo largo y ancho de su diseño, algo que con el progresivo aumento de complejidad de los procesadores actuales resulta cada vez más difícil. El ahorro energético que se consigue con este tipo de diseños resulta vital en algunos tipos de aplicaciones, como por ejemplo equipos portátiles, mercado en el que ya han debutado los primeros chips carentes de señal de reloj. Los investigadores han identificado otra ventaja que ofrece esta tecnología: técnicas de encriptación más seguras. Debido a que estos chips utilizan una señal sincronizada regularmente, pueden ejecutar dichas tareas de manera que posteriormente es más difícil identificar y romper el algoritmo de encriptación que se haya utilizado.
Pero la desaparición de la señal de reloj provoca otra serie de importantes problemas a los diseñadores de chips, como por ejemplo el de la sincronización entre diversos elementos del chip o cómo saber cuándo se ha completado una determinada operación. Para solventar estos inconvenientes algunas compañías han creado sistemas que incluso añaden un nuevo estado a la lógica booleana convencional que usan los ordenadores. Además de los estados conocidos como verdadero y falso, o cero y uno, una empresa llamada Theseus Logic ha añadido un estado denominado NULL. Con dicha lógica, cada hilo, cada señal, puede tener tres estados: verdadero, falso y NULL. Theseus Logic se refiere a los valores verdadero y falso como valores de datos, mientras que NULL es un valor no de datos. Si en una señal se pone un valor de datos (verdadero o falso), dicha señal será válida, mientras que una transición desde NULL a un valor de datos significará el inicio de la validez de la señal y una transición desde un valor de datos hacia NULL implica el inicio de la no validez de la señal.
Como se puede apreciar, el tema es complejo y apasionante, habiéndose aplicado esta tecnología en algunas partes del actual Pentium 4. Intel incluso diseñó y construyó hace años un prototipo de procesador Pentium carente de señal de reloj que era tres veces más rápido y consumía la mitad de energía que su equivalente convencional.

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