¿Cómo pueden los mejores condensadores hacer mejores computadoras? Voy a seguir una táctica ligeramente diferente de otras respuestas y le diré cómo los condensadores mejor integrados pueden ayudarnos a hacer dispositivos informáticos más rápidos , al permitirnos construir una memoria de alta capacidad y gran ancho de banda integrada en los procesadores .
Las respuestas de Ron Garrett y Loring Chien discuten los condensadores como dispositivos pasivos, utilizados en fuentes de alimentación y otros circuitos analógicos (por ejemplo, filtro RC ), pero esto no cuenta toda la historia …
DRACMA
Hay un caso de uso indispensable para condensadores en dispositivos informáticos de uso general: memoria dinámica de acceso aleatorio.
Esta es la forma principal de memoria de acceso aleatorio * rápida, de alta densidad y baja potencia utilizada en computadoras, tabletas y teléfonos inteligentes modernos. Y simplemente no podemos tener suficiente:
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- El requisito mínimo para Windows 7 es 2 GiB (2009), mientras que fue 128 MiB para Windows XP (2003) y 4 MiB para Windows 95 (1995).
- El HTC G1 tenía 192 MiB de DRAM (primer teléfono inteligente comercial Android, 2008), mientras que el Nexus 5 tiene 2 GiB (2013).
Y necesitamos poder ingresar y sacar datos de esta memoria rápidamente , de lo contrario, nuestras CPU rápidas no nos servirán de nada; estarán atados a la memoria. Imagine multiplicar dos grandes matrices de datos. Digamos que tiene un circuito multiplicador rápido que puede multiplicar dos números juntos 10 mil millones de veces por segundo … ahora, si su memoria es lo suficientemente rápida como para alimentarlo con mil millones de números por segundo, funcionará 20 veces más lento que la velocidad del multiplicador circuito.
Puede sonar bastante abstracto, pero se usa todo el tiempo en la representación de gráficos en 3D .
DRAM convencional
La celda DRAM (un bit de memoria) es una estructura bastante simple, que consiste en un condensador de almacenamiento para mantener la carga y un transistor de acceso único para mediar el acceso entre la celda y el “mundo exterior”. (Compare esto con el diseño de células SRAM de 6 transistores más complejo).
En resumen, cuando la línea de palabras de la celda DRAM está “encendida”, el capacitor de almacenamiento está conectado a la línea de bits, por lo que se puede leer el voltaje o la carga almacenados, y cuando la línea de palabras está “apagada”, el capacitor de almacenamiento está aislado y la carga Es retenido. En realidad, la carga se escapa lentamente de la celda, por lo que la DRAM debe actualizarse periódicamente para no perder o corromper el contenido de la memoria. Los intervalos de actualización típicos son de 10 a 100 ms; Una actualización más frecuente consume más energía eléctrica.
Una de las implementaciones tradicionales típicas de un condensador de almacenamiento DRAM en un chip de silicio es como una zanja recubierta con películas delgadas sucesivas de materiales conductores y dieléctricos: 
¿Qué le pasa a la DRAM?
Para nuestros propósitos actuales, el problema con DRAM es que no puede fabricarse fácilmente en el mismo dado que un circuito lógico digital de alta densidad y alta velocidad. Un eficiente proceso de fabricación de DRAM produce dispositivos de almacenamiento de carga con baja fuga (alta resistencia) y alta capacitancia. Pero la alta resistencia y la alta capacitancia son malas para la lógica digital: cuanto mayor es la constante de tiempo RC de un circuito, más lento puede cambiar de estado.
Por lo tanto, la memoria DRAM normalmente debe fabricarse en un troquel físicamente separado de una CPU. Ahora la placa base de su computadora contiene dos chips en lugar de uno. No es gran cosa, especialmente para una computadora de escritorio donde hay mucho espacio dentro de la carcasa, ¿verdad?
Entonces, ¿por qué es eso? ¿un problema?
¿Recuerdas cómo mencioné anteriormente que la velocidad de una computadora a menudo está limitada por el ancho de banda de la memoria, por la rapidez con que la CPU puede ingresar y sacar datos de la memoria? Eche un vistazo a esta imagen de un módulo de memoria portátil de 2GiB (contiene aproximadamente 16 mil millones de bits de DRAM): 
Hay un par de cientos de pines dorados en la parte inferior, mediante los cuales la DRAM se conecta a la placa base y la CPU. Básicamente, eso significa que solo hay un par de cientos de rutas por las que miles de millones de bits de memoria pueden llegar a miles de millones de transistores en la CPU.
Ese es un gran cuello de botella.
Integrando DRAM en una CPU
Si pudiéramos combinar la memoria DRAM en una CPU o GPU, podríamos aumentar enormemente nuestro ancho de banda de memoria. Una CPU o GPU moderna contiene miles de millones de interconexiones de cobre: si las células DRAM fueran parte de la misma matriz, sería factible crear millones de interconexiones entre esos miles de millones de bits de memoria y miles de millones de transistores.
Como resultado, se ha investigado mucho la DRAM integrada, en la que la DRAM se fabrica como parte de un chip lógico digital. Como mencioné, es un desafío difícil hacer condensadores de almacenamiento de alta capacidad y baja fuga utilizando el mismo proceso de fabricación que la lógica digital de alta velocidad y alta densidad … pero no es insuperable.
Los procesadores Haswell de Intel con Iris Pro Graphics usan eDRAM para hacer un procesador de gráficos más potente, aliviando las limitaciones de ancho de banda de memoria que describí anteriormente.
Para obtener algunos detalles de cómo se hace, puede leer el documento que anuncia esta tecnología, “Una tecnología DRAM SoC integrada de alto rendimiento de 22 nm” (¡soy uno de muchos autores!), O este artículo más accesible de ChipWorks, “Intel’s e- DRAM aparece en la naturaleza “, que también compara la eDRAM de Intel con las versiones de los competidores. Una de las innovaciones clave de eDRAM de Intel es que los condensadores de almacenamiento DRAM están hechos en una capa completamente separada por encima de los transistores, junto con las interconexiones metálicas entre los transistores: 
Tener muchos convertidores eficientes en troqueles permite una escala dinámica de voltaje y frecuencia en múltiples núcleos. es decir: puede configurar partes individuales de su computadora para que se ejecuten tan rápido como sea necesario para la tarea en cuestión. Los convertidores de troquel tienen un agradable efecto secundario de reducir la caída de IR a través de la red de distribución de la fuente de alimentación, pero eso no es crítico para la eficiencia general del sistema.