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.

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.

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 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.

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 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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