Жив и здрав ли е законът на Мур? зависи от начина, по който определяте мащабирането

Напоследък се говори много за забавянето на Закона на Мур и предизвикателствата пред производителите на чипове, когато се опитват да преминат към все по-малки измерения. Със сигурност компютрите не стават по-бързи със скоростта, каквато някога са били, а предизвикателствата пред производителите на чипове никога не са били по-големи. И все пак Intel продължава да настоява, че "Законът на Мур е жив и добре", когато говори за плановете си за производство на 10 nm и 7 nm. За да се опитам да разбера какво става, разгледах някои различни мерки за напредък и получих различни отговори.

Докато много хора свързват Закона на Мур със скоростта, той всъщност е мярка за скоростта на увеличаване на сложността на минималния компонент, повече или по-малко заявявайки, че броят на транзисторите периодично ще се удвоява. В първоначалния документ от 1965 г. това удвояване се случва всяка година, въпреки че до 1975 г. Мур актуализира своята прогноза до удвояване на всеки две години, което обикновено е марката, която производителите на чипове се стремят оттогава.

В деня на инвеститорите на Intel миналия месец Бил Холт, изпълнителен вицепрезидент и генерален мениджър на групата за технологии и производство, отново показа слайдове, предполагащи, че броят на "нормализираните" транзистори за една област продължава да намалява с темп, по-добър от удвояване, въпреки че посочва че себестойността на продукцията се увеличава дори по-бързо от очакваното. Резултатът, каза той, е, че цената на транзистора остава в крак.

Но за първи път си спомням, той подчерта, че различните видове транзистори в чипа изискват различни количества площ на чипа, като клетките с памет на SRAM са около три пъти по-плътни от логическите клетки. Той използва това твърдение, за да отклони въпросите за средната плътност на транзистора в сравнение с чипове Apple A9, направени от Samsung или TSMC.

За да разгледаме по-отблизо, аз и моят колега Джон Морис разгледахме публикуваните статистически данни на Intel за чиповете му от 1999 г. от Pentium III (известен като Coppermine), който се произвежда на 180 nm, до миналогодишните чипове Broadwell Core, първият направен с 14nm технология.

Първо разгледахме скалирането на Gate Pitch Scaling - минималното разстояние между портите, които съставляват транзистор. Традиционното мащабиране предполага, че това намалява 70 процента на поколение, за да се получи 50-процентовото мащабиране. По тази мярка е ясно, че докато мащабирането продължава, не виждаме толкова голямо намаление, колкото бихме очаквали.

Но други техники, които чипмейкърите използват, се променят малко. Разглеждайки клетките от паметта на SRAM, най-плътната и основна част от чипа, можем да видим, че доскоро това ни даваше 50-процентно намаление на генериране на процес, макар да изглежда, че той се изплъзва.

През последните години Intel наблегна и на тоталното мащабиране на площта на логиката, което е продукт на стъпката на портата и минималната стъпка на металните връзки, които маршрутизират сигнали около този чип и го свързват с външния свят. Това има някакъв смисъл, защото ако мащабите на логическите транзистори мащабят, но междусистемните връзки не станат по-малки, общият размер на чипа и цената няма да намаляват. Например, 16-нм процесът на FinFET на TSMC използва същия метален процес в задната част, както и неговият 20nm плосък чип, така че предлага малко по отношение на свиването (макар че е по-бърз и използва по-малко енергия). По отношение на мащабирането на логическата област изглежда, че Intel е нацелена през последните поколения.

Има много начини да се разгледат тенденциите и едно нещо, което изглежда ясно, е, че за да стигнете до следващия възел отнема повече време, отколкото през последните 20 години. Вместо две години между възлите, за 14nm и предстоящия 10nm възел, той всъщност ще бъде по-близо до 2, 5 години, като 10nm чипове ще бъдат приложени през втората половина на 2017 г.

Intel изтъква, че в дългосрочен план - връщайки се до първия микропроцесор - 4004 - времето между новите поколения чип технологията винаги е било малко гъвкаво.

Intel използва този слайд (който Intel Fellow Mark Bohr е показал много пъти), за да посочи честотата на закона на Мур, от първия микропроцесор, Intel 4004, който използва 2300 транзистори за 10 микронен процес през 1971 г., до днешния 14 nm процес. Разглеждайки тази диаграма, Intel казва, че средната каданс е нов възел на всеки 2.3 години. Според това 2, 5-годишното темпо за 14 nm и 10 nm не е толкова важно. Гледам го и виждам ускорение на закона на Мур от около 1995 г. до около 2012 г., когато започнаха да се появяват първите 22nm продукти на Ivy Bridge. Сега изглежда, че кадансът отново се забавя.

(Обърнете внимание, че Intel спря да дава информация за размера и транзисторите с поколение 14 nm, позовавайки се на конкурентни проблеми, така че най-новите числа, които имаме за четириядрено, идват от 22 nm Haswell, който имаше 1, 4 милиарда транзистори при 177 mm ² die.)

Значи Законът на Мур се забавя? Зависи от това как го гледаш. Със сигурност е ясно, че при някои мерки темпът изглежда е забавен и че предизвикателствата пред производителите на чипове стават все по-трудни с всяко поколение. Днес само четири компании - Intel, GlobalFoundries, Samsung и TSMC - твърдят, че имат 14 или 16 nm процеси. Създаването на нов чип на един от тези нови процеси е по-скъпо от всякога. Но има достатъчно причина и достатъчно стимул да очакваме, че ще видим 10nm чипове около 2017 г. и че 7nm, 5nm и 3nm чипове ще последват.