Los fabricantes de chips no son muy distintos a los de otros productos y por ello necesitan identificar los cambios que van introduciendo en ellos. En el caso de los procesadores como los Ryzen o Core, es un poco más complejo y no del todo sencillo introducir cambios porque el proceso de producción de una oblea de la que luego se extraen los chips acepta pocos cambios una vez que se pone en marcha. Eso hace que se establezca un número de revisión o stepping que identifica claramente qué parte se ha modificado del chip.
Antes de hablar del número de revisión, que explicarlo a lo básico solo llevaría dos o tres líneas, voy a repasar primero cómo se crea un chip, o al menos las partes que me interesan para explicar qué implica una revisión nueva.
La producción de un chip, a grandes rasgos
La producción de las obleas empieza por el diseño lógico de los chips en programas de diseño específicos o modificados de genéricos para cada compañía. Los chips fabricados se extraen de obleas circulares generalmente de 20 o 30 cm de diámetro, y para ello antes hay que traducir el diseño lógico a un diseño físico. Los fabricantes de esas obleas, ya sea la propia compañía que diseña el chip u otra, proporcionan unas bibliotecas que establecen cómo hay que implementar un transistor en el diseño lógico a un transistor en el diseño físico para el proceso litográfico elegido.
Cada chip de un procesador se crea por capas, por lo que esas estructuras pueden extenderse por más de una capa. A su vez, existirán capas que solamente se dediquen a conectar los elementos creados, como los transistores o condensadores, entre sí. Ambos grupos de capas están separados, siendo una línea el canal creado para conectar componentes. De esta forma, se llaman capas base o frontal de la línea (FEOL, front end of the line) a las que incluyen los transistores y demás piezas de construcción del chip, y capas metálicas o trasera de la línea (BEOL, back end of the line) a las que se encargan de conectar los transistores. De esta forma se crean líneas o pistas de metal rodeadas de material dieléctrico para la interconexión de transistores, condensadores y demás estructuras complejas.
Cada capa de un chip es un fotolito o fotomáscara que representa el patrón que hay que plasmar durante la fabricación de la oblea. Simplificándolo, en la máscara se intercalarán zonas transparentes con zonas sólidas. La máscara se antepone a la oblea y se hace incidir en ella una luz ultravioleta que transferirá el patrón de la capa. Una vez transferido el patrón, los líquidos de fotolitografía se encargarán de depositar ciertos materiales siguiendo el patrón indicado o de limpiar las otras zonas del patrón para definir las estructuras indicadas por la máscara.
Para crear una oblea se pueden necesitar decenas de capas lo cual aumenta la complejidad de su producción y el tiempo necesario. Los fotolitos pueden llegar a costar cientos de miles de dólares según para qué litografía sea, incluso 300 000 dólares para las más avanzadas, y se desgastan con el uso. Por eso se usan una películas protectoras, igualmente muy caras, para protegerlos, pero eso es otra historia.
Los chips más complejos como los procesadores suelen necesitar muchas más capas metálicas que otros chips más sencillos como memorias, pero suelen tener capas base en comparación más sencillas. Los chips de DRAM o NAND suelen tener un FEOL mucho más complejo y un BEOL más sencillo.
Por lo tanto, la realización de cambios en el diseño de un chip avanzado como un procesador lleva aparejados millones dólares en sobrecostes y no se suele hacer salvo que se estime que va a ser económicamente viable o sea necesario. Por ejemplo, a mitad del ciclo de vida de un procesador superventas o para corregir un problema no detectado. Los procesadores Nehalem de Intel tuvieron que actualizarse debido al enorme sobrecalentamiento que se producía en el primer modelo o revisión.
Finalmente, el «número de revisión»
El número de revisión viene a indicar a grandes rasgos la versión de las capas base y metálicas del chip. Tomando de ejemplo la revisión B0 de los procesadores Ryzen 5000 de sobremesa sin iGPU, la letra suele indicar la versión de las capas base y el número indica la versión de las capas metálicas. Un procesador suele tener alguna forma de preguntarle cuál es su número de revisión, generalmente forzando el valor de algún registro o registros, y al menos todos los de arquitectura x86 lo dirán.
Hay que tener en cuenta que un cambio de letra implica necesariamente un cambio en las capas metálicas debido a que se habrá modificado la posición de, por ejemplo, algunos transistores y por tanto las capas metálicas, que incluyen las conexiones entre ellos, forzosamente tienen que cambiar. Puede darse el caso que una compañía use distinta revisión para dos chips que se fabrican con los mismos fotolitos. En ese caso lo que viene a indicar es que se ha eliminado alguna característica o modificado físicamente, como por ejemplo reduciendo la caché o activando algún modo de bajo consumo.
Los cambios a las capas metálicas son más baratos porque las propias máscaras son más baratas. Suelen tener que ver con la ruta usada para conectar los elementos del FEOL, optimizando la distancia de conexión, reduciendo el grosor de las líneas de interconexión, usando otros materiales mejores para crearlas o cambiando los líquidos o sistema de deposición utilizados. Notad que la «o» en español es siempre un operador OR lógico, por lo que puede darse una, todas o ninguna de las condiciones anteriores y que sean otros motivos los que llevan a hacer el cambio de capas metálicas. En todos esos casos se precisan fotomáscaras nuevas.
Esa mejora de los materiales o tamaño de las líneas para crear las capas metálicas puede hacer que se reduzca de manera significativa el consumo o calor generados por el procesador. Siguiendo con el ejemplo de los Nehalem de Intel, pasaron por varias revisiones. Por ejemplo, el Core i7-975 pasó de la revisión C0 a la D0 mejorando sustancialmente su eficiencia y capacidad de subirle frecuencias. Con esa revisión se indicaba que hubo cambios en las capas base y en las metálicas.
Más recientemente han empezado a llegar procesadores Ryzen 5000 con una revisión B2 frente a la B0 original, lo cual implica cambios en las capas metálicas del chip —o más probablemente el chíplet de núcleos—, pero en esencia debería ser el mismo procesador con un chip con las mismas capas base. Aparentemente estos procesadores funcionan con mejores temperaturas y consumen menos, con mayor potencial de subida de frecuencias.