Jueves, Febrero 20, 2020

Por qué los móviles han avanzado tanto en 10 años y las baterías siguen siendo iguales

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El transistor es uno de los mayores inventos del siglo XX, permitiendo el inicio y avance de la informática hasta poder tener móviles y ordenadores potentísimos en nuestros hogares. Sin embargo, ninguno de ellos podría llegar más lejos de un cable de corriente si no fuera por las baterías. A pesar de que la creación del transistor fue premiada con un Nobel, la batería de ion de litio que tantos miles de millones de dispositivos usan en la actualidad no.

Las baterías de ion de litio siguen usando la misma tecnología que hace 30 años

Las baterías de ion de litio actuales fueron inventadas en los años 80 por John Bannister Goodenough, que a sus 96 años sigue investigando en la creación de nuevas baterías. En concreto, lo que Goodenough creó fue el cátodo de óxido de cobalto, y que permitió a Sony lanzar el primer dispositivo portátil con batería de litio en 1991, sustituyendo a las anteriores de níquel.

El concepto sobre el que se basan sigue siendo exactamente el mismo. Y las necesidades energéticas de nuestros dispositivos se han disparado. Este es el principal motivo de que la informática haya avanzado tanto, y las baterías lleven una década siendo prácticamente idénticas en prestaciones.

Para hacer un ordenador más potente, se insertan más transistores en un chip. Esto se puede hacer haciendo el chip más grande, lo que aumenta su consumo, o reduciendo el tamaño de los transistores y el espacio que los separa. Para ello, se requieren avances tecnológicos tales como poner transistores muy cerca entre sí sin que interfieran los unos con los otros, así como un método para «dibujarlos» en las obleas de silicio. El sistema más avanzado actualmente para ello es EUV, que utiliza luz ultravioleta para grabarlos.

En el caso de los procesadores de ordenador, el consumo se ha mantenido relativamente estable en las últimas dos décadas, con chips en torno a los 100 vatios como máximo en la gama alta para consumidores. En móviles, la mejora de potencia debida a la reducción del tamaño de los transistores ha permitido requerir menos recursos para hacer las mismas tareas. Por ejemplo, abrir una app de mensajería pone la CPU al 100% en un Galaxy S2, pero un S10 lo puede hacer con un consumo muy bajo de recursos.

Las baterías han mejorado en los últimos 30 años, pero no lo suficiente

Esto ha compensado en parte el consumo de la parte que más energía se lleva de la batería es la pantalla. Un Nokia 3310 tenía batería para semanas, mientras que un móvil actual hay que cargarlo tanto porque básicamente son ordenadores en pequeño. Y la tecnología de batería de un 3310 es la misma que la de un S10 actual.

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Sin embargo, la Ley de Moore de los procesadores ha hecho que se sobrepase lo que podemos hacer con la tecnología de almacenamiento de energía de las baterías actuales. Por ejemplo, la densidad de la energía almacenada en las baterías se ha triplicado en los últimos años. En sus inicios, las baterías de litio almacenaban 200 Wh/l, mientras que en la actualidad alcanzan los 700 Wh/l según las últimas cifras de 2017.

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Como podemos ver en la gráfica, se ha aumentado y mucho la densidad de las baterías; sobre todo entre 1990 y 2005. Sin embargo, en la última década se ha frenado este crecimiento de la densidad debido a que ya se ha alcanzado el límite de la tecnología. Es algo similar a lo que está ocurriendo con los discos duros, donde ya se está teniendo que recurrir a nuevas tecnologías para aumentar la densidad sin que afecte a la velocidad de lectura y escritura.

Los procesadores, por tanto, han avanzado más rápido que las baterías, y demandan más energía. En 1990, un procesador contaba con un millón de transistores, con un tamaño de fabricación de 600 nm, por los 7 nm actuales. Un AMD Ryzen 5 1600 tiene 4.800 millones de transistores, y un procesador EPYC alcanza los 20.000 millones. El Apple A12x Bionic de 7 nm de Apple tiene 10.000 millones de transistores.

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Sin embargo, hace unos cinco años, los fabricantes de componentes se dieron cuenta de que no podían eliminar más elementos de las placas base de los móviles ni hacerlas más pequeñas, por lo que los aumentos de densidad de las baterías de los móviles ya tienen que venir de una innovación en las baterías o en el cambio de los materiales usados, para lo cual se está investigando y mucho en la actualidad. Las baterías de estado sólido son unas grandes candidatas para reemplazar a las de litio y cobalto que llevamos usando desde los 90; sobre todo para los coches.

 

Fuente: adslzone

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