EL FUTURO DEL NEGOCIO DEL MICROPROCESADOR PRINCIPIO A FIN

EL FUTURO DEL NEGOCIO DEL MICROPROCESADOR
LA PERSONALIZACION Y EL MERCADO DE LA VELOCIDAD MANEJARAN LA INDUSTRIA DE
PRINCIPIO A FIN
Michael J. Bass y Clayton M. Christensen, Escuela de comercio de Harvard
Durante un siglo en el cual la tecnología deja pocos aspectos de vida sin cambiar en algunos países, los
microprocesadores pueden haber estado en la mayoría de procesos de transformación de todos. En tres
décadas ha trabajado en nuestras vidas con un alcance y profundidad que habrían sido imposibles de imaginar
durante su desarrollo temprano.
Si usted vive en un país desarrollado, las oportunidades de que en su casa pueda alardear que tiene más de
cien microprocesadores esparcidos a lo largo de sus vehículos, aparatos, sistemas de la función, cámaras,
dispositivos inalámbricos, ayudantes digitales personales y juguetes, son buenas. Solamente su automóvil
tiene entre 40 y 50 microprocesadores por lo menos. Y es bueno apostar que su entretenimiento le exija que
use frecuentemente un PC, un producto que le debe tanto al microprocesador como el automóvil le debe al
artefacto de combustión interior.
A través de su historia, el negocio del microprocesador ha seguido un patrón constante. Compañías como
Intel, Motorola, Advanced Mycro Devices, IBM, Sun Microsystems, y Hewlett−Packard gastan billones de
dólares por año y compiten para producir los procesadores más poderosos que se ocupen de información que
aumenta intensamente de 32 a 64 bits. La asombrosa complejidad y la densidad de los transistores en estos
ICs − no sobrepasan los 200 millones de transistores en un 1cm2 − y si le confieren gran prestigio técnico a
estas compañías. Los chips usados en PCs, estaciones de trabajo y otros sistemas que, para la mayor parte han
sido lucrativos, dan origen a los mercados del alto volumen.
Asi como con otros ICs, los microprocesadores durante las últimas décadas han sufrido un crecimiento
exponencial en el desempeño profetizado por la Ley de Moore. Gordon E. Moore, cofundador de la
Corporación Intel, describe cómo los ingenieros cada 18 meses han duplicado sin aumentar el costo de los
chips de una forma correspondiente. Para los microprocesadores, este aumento periódico se traduce
aproximadamente en un aumento en el 100% en desempeño, cada año y medio y sin costo adicional. La
situación ha encantado a los consumidores y diseñadores de producto, y ha sido la razón principal por la cual
el microprocesador ha sido uno de los más grandes éxitos tecnológicos de nuestro tiempo.
En los próximos años, sin embargo, el paradigma de la industria aparentemente inquebrantable cambiará de
forma fundamental. Lo que sucederá es que el desempeño de los microprocesadores de medio y bajo rango
será cada vez más suficiente para el crecimiento −y lucrativo− de las categorías de las aplicaciones. De este
modo, los fabricantes de microprocesadores se concentraran solo en estar de acuerdo con la Ley de Moore
arriesgándose a perder participación en el mercado en estos segmentos de rápido crecimiento. De hecho,
creemos que algunas de estas compañías serán alcanzadas por empresas que han perfeccionado su diseño y
sus procesos de fabricación alrededor de otras capacidades, notablemente en la creación y entrega rápida de
chips personalizados para sus consumidores.
Los cambios pronostican serios cambios en el diseño, fabricación y en las empresas de la industria de los
microprocesadores que se han centrado solamente en la Ley de Moore. Los ejecutivos pierden el sueño
mientras tratan de mantenerse dentro de las amplitudes de las líneas y mientras tanto están fabricando
transistores y otros están fabricando wafers. No los culpamos, dada su historia. Ni vemos con letargo el futuro
cercano: éste no es otro artículo que prevé la muerte inminente de la Ley de Moore.
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Por el contrario, creemos que los principales fabricantes de IC tendrán una pequeña opción de pequeña pero
eficaz para invertir aun con mas fuerza para mantener la trayectoria de Moore, la cual esperamos seguir
durante por lo menos 15 años mas. Sin embargo, no vemos estas inversiones como algo suficiente para el
éxito futuro.
¿Los semiconductores llegaran a tener un límite físico? Ciertamente lo harán. Pero probablemente es una
respuesta correcta para una mala pregunta. La pregunta más importante es: a medida que se da el progreso
tecnológico qué usuarios podrán usarlo, como empezara a cambiar la dinámica del cambio?
De principio a fin
Las apuestas son altas. El mercado del microprocesador, el cual suma casi $40 mil millones de dólares por
año, tiene varias partes. En la parte mas alta, están los chips mas poderosos que se usan en los servidores y
puestos de trabajo. Luego esta el mercado de PC, dominado por los microprocesadores de Intel. Éstos chips
que están relativamente al final son un componente mayor de una categoría que esta cercana a los $23 mil
millones de dólares en el 2001, después de alcanzar $32 mil millones el año anterior, Semiconductor Industry
Association, un grupo de comercio.
Los microcontroladores son otra categoría importante, con ventas que ascendieron a $10 mil millones en el
2001. Ellos generalmente son menos computacionalmente poderosos que los microprocesadores de última
tecnología, y ejercen control en tiempo real por encima de otros sistemas, como los artefactos
automovilísticos. Finalmente, los chips de procesamiento de señal digital, un componente clave de los
teléfonos celulares, reproductores de DVD y otros productos de entretenimiento, que han dejado ventas de $4
mil millones en el último año.
Con su desempeño exponencialmente en crecimiento, los microprocesadores podrían parecer únicos e
improbables de seguir el modelo evolutivo que se ha mantenido en el pasado en otras industrias basadas en
productos de tecnología. Después de todo, el fenómeno de la Ley del Moore no tiene precedente en la historia
industrial. Pero la fuerte evidencia muestra que el mismo patrón evolutivo que ocurrió en los grandes sistemas
informáticos, computadoras personales, telecomunicaciones, bancos, hospitales, y producción de acero está
ocurriendo de hecho en el negocio del microprocesador.
El patrón comienza con una etapa en la que los productos disponibles no desempeñan aun la mayoría de las
necesidades de los clientes. Así que, no debe ser sorprendente que las compañías compitan fabricando buenos
productos. En otros términos, la competencia durante esta etapa se maneja básicamente por desempeño. A
medida que los ingenieros diseñan una generación sucesiva del producto, se esfuerzan por encajar las partes
de la forma más eficaz para que funcionen con la tecnología disponible.
Típicamente, los subsistemas mayores necesitan ser diseñados de manera interdependiente y, como resultado,
un competidor necesita hacer los que funcionen de manera mas critica. Durante esta fase, la ventaja
competitiva de la integración vertical es sustancial, entonces los fabricantes hacen casi todo. Ésta es la misma
forma en la que funcionaba la industria del PC en sus primeros días.
La siguiente etapa del desarrollo de una industria comienza cuando el desempeño de sus productos ha
rebasado las necesidades de los consumidores en las porciones menos exigentes del mercado. Estos
consumidores no pagarán precios Premium por más desempeño, de hecho, pero pagarán excepcionalmente
por un producto que es extremadamente fiable, o uno que se ha personalizado para ajustarse a sus necesidades
específicas − especialmente si pueden conseguir ese producto rápida y convenientemente. La facilidad de uso
es otra característica que los clientes típicamente esperan de un producto premium.
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Para competir en las dimensiones de la personalización, la entrega rápida, y la conveniencia, y, la arquitectura
del producto cuyas piezas son tecnológicamente interdependientes, tienden a crear una forma modular, en la
que se estandarizan las interfaces entre los subsistemas. Esta modularización permite a los diseñadores y a
ensambladores responder rápidamente a los cambiantes requisitos del cliente permitiendo mezclar y encajar
de varias formas los componentes correspondientes. También les permite actualizar ciertos subsistemas sin
rediseñar todo.
Pero quizás la repercusión más importante de la modularización es que normalmente estimula el
establecimiento de una estructura enfocada, de compañías independientes que crecen haciendo sólo un
componente o un subsistema del producto. Piense en los discos duros de Seagate Technology o en Delphi
Delco paras sistemas eléctricos automotrices.
Uno de nosotros (Christensen) ha estudiado cómo las industrias que están en transición entre las dos fases
presentan un peligro para las firmas establecidas −una oportunidad presente para el inicio. Las grandes firmas
fácilmente se pueden volver ciegas a los cambios en los tipos de desempeño que se están valorando. Para una
compañía establecida, con sus competencias bien definidas y modelos de negocio, las oportunidades obvias
para innovación son aquellas que se enfocan en los clientes insatisfechos en porciones más altas del mercado.
Después de todo, es ahí donde las innovaciones que la compañía ha estructurado para mejorar las entregas aun
están siendo recompensadas con los precios Premium.
Inevitablemente, sin embargo, en este nivel alto, el grupo de consumidores ávidos se desempeña cada vez
mejor. Al mismo tiempo, en el nivel más bajo, hay un gran aumento en el numero de consumidores que
regresan deseosos de un cambio que les de mas credibilidad, personalización, facilidad de uso o algunas
combinaciones de los tres.
¿Demasiado de una cosa buena?
Ésta precisamente es la unión a la que el mercado del microprocesador ha llegado ahora. El precio y
desempeño, alimentados por las preocupaciones colectivas de la industria con la Ley de Moore, todavía son
valorados métricamente en el mercado. Aun así, hay señales de esta ocurriendo un cambio sísmico. La fase
inicial, la de desempeño esta dando forma a una nueva era en la cual otros factores, como la personalización,
importan más.
Quizás la mejor evidencia de que esta sucediendo el cambio es que los microprocesadores suplen ahora la
mayor cantidad de necesidades de los usuarios. Las aplicaciones que están apareciendo, como los juegos
tridimensionales, la edición de video digital, y otros, ponen a prueba a los microprocesadores más rápidos. Sin
embargo, unas pocas personas que regularmente ejecutan tales aplicaciones lo hacen en un solo
microprocesador de PC. Y ese hecho probablemente no se podrá cambiar. En el futuro, como ahora, muchas
de esas aplicaciones impondrán contribuciones que correrán para con un propósito especial o en procesadores
separados.
En cualquier caso, los usuarios que ejecutan esas aplicaciones regularmente son pocos comparados con las
masas que usan sus PCs principalmente para procesamiento de palabras, planeacion, correo electrónico y
acceso a Internet. Para esta mayoría, los microprocesadores de ultima tecnología −Intel´s Itanium y
Pentium−4, y el Athlon de Advanced Micro Devices− están claramente muertos. Corriendo programas de
prueba comunes, estos chips pueden realizar mas de un billon de operaciones por segundo, y, en algunos casos
más. Aun así, el Windows XP de Microsoft, la versión más reciente del sistema operativo ubicuo, corre bien
en un microprocesador Pentium III que es aproximadamente tan rápido como el Pentium−4.
¿Cuál será el negocio del microprocesador después de este cambio?. Considere cómo el negocio del PC creció
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de una pequeña industria a un coloso global durante los últimos 25 años.
En los primeros años, los setenta, las compañías verticalmente integradas como Apple Computer, Tandy,
Texas Instruments, Comodoro y Kaypro construyeron sus computadoras alrededor de arquitecturas propias y
generalmente escribieron su propio software. Entonces, en 1981, IBM agitó a la industria con su PC original
que tenía una arquitectura modular y los subsistemas se construyeron por proveedores como Intel, Microsoft,
y Seagate.
Siguiendo en los primeros tiempos, los productos de Apple eran en general de buena representación y fiables
en la industria. Pero con el tiempo, así como los microprocesadores, el software, otros componentes clave
mejorados y una gran variedad de PCs, se convirtieron en dispositivos tan buenos que como los procesadores
de palabras y las hojas de cálculo. La ventaja competitiva se cambió a las compañías no integradas cuyos
productos hacían uso de la arquitectura modular de IBM. Éstos eran los fabricantes de clones − Compaq,
Packard Bell, Toshiba, AT&T, y otros innumerables. No mucho tiempo después de eso, la confiabilidad se
volvió el eje central de la competencia y empresas con reputaciones de credibilidad −IBM, Compaq y
Hewlett−Packard− comenzaron a tomar el mando de los precios Premium.
En mediados de 1990s, la funcionalidad y confiabilidad habían aumentado y la competencia cambió
nuevamente. Este cambio dio paso a Dell Computer Corp para que bombardeara los niveles más bajos del
mercado dominado por la industria. Dell permitió que los consumidores en sus casas u oficinas especificaran
un juego de características y funciones para que su computadora satisficiera sus necesidades particulares. Dell,
entonces, entregó ese computador en la puerta de las casas a los pocos días. En efecto, proponiendo un
modelo comercial que dio énfasis a la personalización, velocidad de entrega y conveniencia, Dell empujó la
industria a su próxima fase de desarrollo.
Aunque nuestro ejemplo es PCs, otras industrias basadas en la tecnología han evolucionado de manera
semejante, desde los automóviles hasta los grandes sistemas informáticos. En cada caso, la dimensión
primaria de la competencia emigró de un enfoque inicial en desempeño a confiabilidad, conveniencia y
personalización. Más allá, las características que hicieron que los proveedores modificaran, cambiaron el tipo
de pagos y los precios Premium.
¿Porqué los fabricantes de microprocesadores no comenzaron a producir solamente chips de bajo desempeño?
Hace unos años, Intel Corporation empezó a trabajar en su microprocesador Celeron. El problema es que ese
Celeron es una propuesta one−size−fits−all (uno solo encaja en todos). Su arquitectura no es más modular que
la de los productos de Pentium, y no puede personalizarse.
De manera interesante, mientras los últimos microprocesadores ofrecen tasas de procesamiento que muchos
usuarios necesitan, los fabricantes de semiconductores ahora ofrecen equipos de diseño de circuitos que hacen
más transistores.
Este llamado hueco se ha estado ensanchando durante algún tiempo. De hecho, el Nacional Technology
Roadmap para Semiconductores hizo una observación de que mientras el número de transistores que podrían
ponerse en un dado aumentaba con una velocidad de aproximadamente 60% en un año, el número de
transistores que los diseñadores de circuitos podrían diseñar para los nuevos circuitos interdependientes
aumentaba tan sólo 20% en un año.
El hecho de que los diseñadores de microprocesadores estuviera gastando" transistores es una indicación de
que la industria está a punto de re−promulgar lo que pasó en otras industrias basadas en la tecnología, llámelo,
el nacimiento de la personalización. Tenga presente que para desarrollar una arquitectura de producto modular
con interfaces estandarizadas entre los subsistemas, es necesario gastar alguna de la funcionalidad que es
teóricamente posible. Los diseños modulares por definición forzan los compromisos de desempeño.
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Núcleo de personalización
Una forma de customización ya se había tomado en los primeros niveles de la industria del microprocesador.
Los productos sistema−en−un−chip (SoC), son diseños modulares construidos de propiedad intelectual
reutilizable (IP) en bloques que realizan funciones específicas. Los bloques del IP varían en el tamaño y
complejidad, van de funciones simples como una interfaz de puerto serial RS−232 o un controlador de
memoria DRAM, hasta un subsistema complejo, como microprocesador de 32 o 64 bits. Ésos bloques IP
pueden usarse dentro de múltiples diseños dentro de una compañía.
En los niveles mas bajos del mercado, varias empresas están usando los bloques IP en núcleos soft
(descripciones como software en las que los bloques IP pueden ser sintetizados en diseños de hardware) y
núcleos hard, esto es, diseños pre−verificados de hardware. Dichos núcleos tienen de cientos a millones de
transistores, y su disponibilidad en el mercado permite a las empresas enfocarse menos en el nuevo diseño y
más en la integración del sistema. Ellos pueden seleccionar e integrar el microprocesador y otros tipos de
núcleos en diseños SoC que son después manufacturados como componentes con propósitos especiales para
un producto específico.
Recientemente, unas pocas compañías incluso han estado empujando esta tendencia hacia la selección del
componente e integración, y se enfocan solo en el núcleo del microprocesador. Usando herramientas
especialmente diseñadas, los ingenieros pueden especificar dicho microprocesador y en algunos casos
completamente diseñar uno en semanas más que en meses.
Las principales compañías en este movimiento incluían Tensilica, ARC Cores, Hewlett−Packard y
STMicroelectronics. Tienen una filosofía similar, pero mercados diferentes y necesidades de la aplicación. El
procesador de Tensilica Xtensa, por ejemplo, ofrece la personalización dentro de la estructura de un simple
microprocesador simple. Los consumidores pueden especificar sus propias instrucciones accediendo a un sitio
Web y usando un lenguaje de alto nivel, como Verilog.
Los núcleos de ARCtangent han apuntado a los mercados de los procesadores digitales. Como Tensilica,
permite a los usuarios personalizar las características de (amplitud del bus, tamaños del cache) e instrucciones
de ambos procesadores. La familia Hewlett−Packard HP/ST apunta a la aceleración de la multimedia
escalable usando la técnica del Very Long Instruction Word. Este, les permite a los consumidores escoger la
cantidad instrucción, en otras palabras, cuántas unidades funcionales debe incluir y cuántos funcionamientos
pueden realizarse en paralelo.
El dilema de Intel
Que sucederá con el mercado del microprocesador? Se repetirá lo que ha pasado en otras industrias técnicas.
Las tendencias de personalización y de velocidad del mercado continuarán tomando las riendas del
sostenimiento en los niveles más bajos −en los procesadores de señales digitales (DSP) y en procesadores que
están incluidos dentro de productos como reproductores de MP3, cámaras digitales y set−top boxes.
Gradualmente, en un período de años, la tendencia ira hacia arriba en los niveles superiores del mercado,
incluso los PCs. De hecho, compañías como SuperH, MIPS Technologies y ARM producen núcleos de
microprocesadores de instrucción reducida que pueden combinarse en un solo dado con otras unidades
funcionales y son lo suficientemente poderosos para servir como procesadores centrales de un PC.
Para compañías de primera clase como Intel, el dilema será que sus mejores clientes continuaran necesitando
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exactamente los dispositivos de uso general, procesadores de ultima tecnología que son fáciles de diseñar y
entregar. No obstante, las tendencias en la electrónica sugieren que el crecimiento provendrá cada vez más de
las aplicaciones en los más bajos niveles.
Implicaciones, implicaciones
Si el mercado del microprocesador se domina por multitudes de chips, se podrían desarrollar ramificaciones
intrigantes. Primero, para muchos fabricantes de chips el tiempo de comercializar será más corto. Segundo,
como el objetivo de las empresas de mercados menores es más específico, diferenciarán sus productos al
descubrir necesidades específicas que los productos de uso general no tienen.
Este proceso del descubrimiento trabaja mejor cuando se introducen los productos más rápida y
frecuentemente, en respuesta a la retroalimentación de los consumidores. Tensilica, ahora puede jactarse de
que los nuevos núcleos del microprocesador se usan dentro de un diseño de sistema−en−un−chip y su
desempeño se ha probado a través de la simulación en dos semanas.
Con los ciclos de vida del producto acercándose a un año o menos, algunos microprocesadores gastan buena
parte de sus vidas siendo fabricados. En el futuro esta situación será competitivamente intolerable.
En los próximos años, el éxito en el negocio del microprocesador exigirá cada vez más que las compañías:
• Usar de buena forma diseños que rehúsan y recombinan la propiedad intelectual de silicón.
• Incluir circuitos de múltiples tipos y posiblemente procesos de tecnologías en un solo dado.
• Mejorar el ciclo de diseño para los microprocesadores y para los sistemas−en−un−chip y reducir
dramáticamente los tiempos de la latencia industrial (tiempo gastado en la planta).
• Tolerar, técnica y económicamente, una mezcla industrial compuesta de una multitud de carreras de
bajo volumen.
La evolución hacia este futuro no se manejará por las elecciones de los gerentes en las principales compañías
de la industria. La competencia en los niveles pertinentes del mercado obligará a que estas nuevas trayectorias
de mejora sean críticas. La única pregunta es que qué compañías habrán desarrollado las capacidades y
estructuras orgánicas exigidas para crecer en estos mercados.
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