¿Por qué las computadoras portátiles son cada vez más ligeras pero potentes?

A lo largo de los años, los ingenieros han podido colocar más y más transistores dentro del chip del circuito integrado, aumentando así el rendimiento de procesamiento por unidad de área.

Si eres millennial o mayor, sin duda recordarás esas voluminosas laptops de los 80 y principios de los 90. Si no es así, haz clic aquí y echa un vistazo a esos portátiles antiguos. Compárelas con las computadoras portátiles que ve hoy en día, como Apple MacBook, Lenovo Yoga y HP Spectre, y quedará impresionado por su elegante apariencia. ¿Cómo pasaron las computadoras portátiles de esas voluminosas máquinas de más de 15 libras en los años 80 a las computadoras portátiles livianas e increíblemente poderosas de 2020?

Si monitorea de cerca los argumentos de venta de los fabricantes de computadoras portátiles en estos días, se pone mucho énfasis en cuán elegantes, livianas y eficientes son sus computadoras portátiles. De hecho, ¡muchas computadoras portátiles son tan livianas que podemos levantarlas con solo dos dedos! A pesar de su tamaño compacto, estas computadoras todavía están equipadas con procesadores potentes, amplio almacenamiento y baterías de larga duración, lo que plantea la pregunta … ¿por qué las computadoras portátiles se han vuelto tan delgadas a lo largo de los años, incluso cuando su capacidad de almacenamiento y computacional ha aumentado considerablemente?

Más MOSFET en circuitos integrados

La razón principal de la disminución del tamaño de las computadoras es que los fabricantes han podido hacer que los circuitos integrados (IC) sean más pequeños, lo que permite que los IC cruciales, como los procesadores, sean extremadamente compactos, pero muy potentes. Esto se hace metiendo más transistores MOSFET dentro de un espacio dado.

Hombre que sostiene un chip IC del tamaño de un caramelo (Crédito de la foto: luchschenF / Shutterstock)

Verá, los circuitos integrados son pequeños sistemas electrónicos en sí mismos. Si tomó una clase de electrónica básica en su escuela o universidad, sabría que un circuito eléctrico básicamente comprende componentes electrónicos fundamentales como resistencias, capacitores, transistores, diodos, etc.

Ahora, en los circuitos integrados (IC), se utiliza una clase especial de transistores llamados transistores de efecto de campo de silicio de óxido metálico (MOSFET) para emular circuitos de función especial. Los MOSFET tienen propiedades físicas que permiten a los ingenieros replicar las funcionalidades de resistencias, condensadores, interruptores, etc.usándolos. Lo mejor de los MOSFET es que son más fáciles de escalar; en otras palabras, al optimizar las técnicas de diseño, los ingenieros pueden colocar más transistores dentro de los circuitos integrados.

Por lo tanto, a lo largo de los años, los ingenieros pudieron meter cada vez más de estos transistores dentro del chip IC, lo que aumentó el rendimiento de procesamiento por unidad de área. Lo mejor fue que la adición de más transistores no requirió más energía eléctrica porque su tamaño seguía siendo el mismo. Como resultado, esto se tradujo en más potencia de procesamiento por unidad de electricidad.

Ley de Moore

Esta demostración de una mayor potencia de procesamiento sin un aumento de tamaño se explica mejor mediante la ley de Moore. Gordon Moore, cofundador de Electronics Magazine, publicó un artículo en la década de 1960 en el que exponía el increíble impacto de la miniaturización de la tecnología y predijo que se necesitarían alrededor de 18 meses para duplicar su poder de procesamiento. ¡Eso significa que un procesador en 10 años sería 100 veces más potente que un procesador actual! Puede leer por qué las computadoras, en general, se han vuelto más pequeñas y más poderosas a lo largo de los años aquí.

Mejora en el diseño de PCB

La placa de circuito impreso (PCB), la placa verde principal dentro de su computadora portátil donde se ensamblan todos los componentes electrónicos, también ha evolucionado a lo largo de los años. Las mejoras en la PCB son más difíciles de medir visualmente, pero también han contribuido a hacer que las computadoras portátiles sean más delgadas y livianas. Las computadoras portátiles modernas utilizan interconexiones de alta densidad en estas placas de PCB, lo que significa que las trazas de cobre que canalizan la electricidad en la placa de PCB lo hacen en varias capas. Esto ha permitido a los fabricantes empaquetar más conectividad en un espacio más pequeño y liviano.

Placa de circuito impreso (PCB) (Crédito de la foto: Pixabay)

Avances en software

Esto puede no parecer una opción intuitiva para hacer que las computadoras sean más elegantes, pero el software y las herramientas también han contribuido a reducir el tamaño de las computadoras portátiles. Hay muchos circuitos eléctricos avanzados y programas de software de simulación de sistemas disponibles en el mercado, incluidos PSpice, ECAD, Proteus, MATLAB y SciLab.

Todos estos permiten a los fabricantes probar rápidamente sus diseños mediante la ejecución de simulaciones. Una simulación consiste básicamente en poner los esquemas del circuito en un software de computadora y luego medir la salida del circuito. Esto ahorra una gran cantidad de tiempo durante las etapas de desarrollo.

Estos avances de software han facilitado que los fabricantes prueben rápidamente sus nuevos diseños compactos, en lugar de probar todo manualmente.

Además, a lo largo de las décadas, los fabricantes han recopilado enormes cantidades de datos sobre los procesos de diseño y fabricación. Junto con los avances en el software de simulación de circuitos, esto les ha ayudado a descubrir formas en las que las computadoras portátiles se pueden hacer aún más elegantes a través de un diseño eficiente.

Simulación y modelado de circuitos virtuales (Crédito de la foto: supatnchai_sc / Shutterstock)

Reducción de puertos

Probablemente haya notado a lo largo de los años que incluso los puertos de computadora se están reduciendo o desapareciendo por completo. Por ejemplo, las computadoras portátiles en los años 90 solían venir con puertos de impresora gigantes. Sin embargo, las impresoras en estos días funcionan de forma inalámbrica, por lo que esos grandes puertos de impresora han desaparecido de las computadoras portátiles.

Muchos fabricantes de portátiles también están eliminando los puertos Ethernet, que son relativamente voluminosos. También ha habido la evolución de los puertos USB. Los puertos USB tipo C, con los que vienen muchas computadoras portátiles en la actualidad, son mucho más pequeños que los puertos USB de la generación anterior. Todos estos ajustes han ayudado a que las computadoras portátiles sean más delgadas.

Uso de materiales más ligeros pero más resistentes

Muchas computadoras portátiles, especialmente las premium, generalmente usan aleaciones de magnesio livianas en su construcción. Las aleaciones como estas se eligen no solo por su menor peso, sino también por su mayor resistencia relativa y mejor durabilidad. No solo se utilizan para fabricar paneles exteriores y chasis, sino también para fabricar piezas fijadas dentro del portátil, como soportes y soportes. Esto ha ayudado a que las computadoras portátiles sean considerablemente más livianas.

Mejores baterías

Finalmente, las baterías también han cambiado significativamente a lo largo de los años. Ahora nos hemos alejado por completo de las baterías de níquel cadmio o hidruro de níquel de la vieja escuela. Aunque funcionaron bien para su época, con un aumento tan importante en la capacidad de procesamiento, la energía que contienen simplemente no es adecuada para las necesidades informáticas actuales. En estos días, las computadoras portátiles vienen con baterías eficientes de iones de litio o de polímero de litio, que no solo contienen mucha más energía que las anteriores baterías de níquel, sino que también son sustancialmente más livianas.

¿Existe alguna compensación asociada con las laptops más delgadas y livianas?

Hasta ahora, hemos discutido toda la ciencia y los tecnicismos involucrados en hacer que las computadoras portátiles sean más livianas y elegantes. También hemos visto que los vendedores de portátiles están persuadiendo firmemente a los posibles compradores para que compren sus portátiles debido a la elegancia de su tamaño compacto. De hecho, las computadoras de escritorio han perdido popularidad a lo largo de los años a medida que más y más personas optan por las computadoras portátiles, ya que son portátiles y mucho más livianas.

Entonces, ¿nuestra predilección por los portátiles más ligeros los ha hecho más ligeros y potentes, sin mayores inconvenientes? Bueno, a los especialistas en marketing les gustaría que lo creyera, pero hay algunas compensaciones asociadas con esta búsqueda interminable de la compacidad.

La desventaja de fabricar computadoras portátiles delgadas y livianas es que a menudo comprometen el disipador de calor y otras capacidades de disipación de calor. El calor es un factor importante que influye en el rendimiento informático. Si ves computadoras portátiles para juegos, son más voluminosas y pesadas porque mientras juegas juegos de alta gama como GTA, Far Cry o Hitman, se genera mucho calor, que luego es expulsado por esos grandes ventiladores y fanáticos que generalmente vienen a los juegos. laptops.

Estrangulamiento térmico

Ahora, algunos de ustedes se estarán preguntando qué sucede si las computadoras portátiles se calientan y no pueden disipar eficientemente el calor generado. Bueno, eso conduce a un problema que técnicamente se llama estrangulamiento térmico. Cuando la computadora portátil se calienta a niveles peligrosos (generalmente alrededor de 80-90oC), su máquina se ralentizará para reducir la emisión de calor. Esto significaría que su computadora portátil se ralentizaría, la velocidad de fotogramas de los juegos disminuiría y el sistema incluso podría bloquearse. Esta es la razón por la que las variantes delgadas y livianas disponibles en el mercado rara vez están repletas de componentes electrónicos potentes, como un procesador superior o tarjetas gráficas de alta gama. Para que esas herramientas funcionen de manera eficiente, un buen diseño térmico debe estar presente en la computadora portátil, y para un buen diseño térmico, necesita más espacio, ¡un bien que es muy escaso en las computadoras portátiles livianas!

Un dilema clásico del fabricante de portátiles

Dejando a un lado el problema del estrangulamiento térmico, los ingenieros han hecho un trabajo encomiable al reducir el peso de las computadoras portátiles y, al mismo tiempo, mejorar las capacidades computacionales. Desde incorporar más transistores hasta usar baterías más livianas pero más eficientes, las computadoras portátiles han evolucionado de innumerables formas a lo largo de los años y ahora nos ofrecen una verdadera portabilidad para nuestras necesidades computacionales.