Законът на Мур на нов кръстопът

Напоследък има редица истории за това как законът на Мур идва към своя край. Това не е особено изненадващо - хората предричат ​​смъртта му буквално от десетилетия и аз съм се занимавал с проблемите преди това, - но дискусията пое нов живот. История в списанието Nature от М. Мичъл Уолдроп потвърждава това, което повечето в индустрията подозират - че следващото поколение на Международната технологична пътна карта за полупроводници (ITRS) ще се съсредоточи не върху намаляване на транзисторите, а върху разработването на чип напредък за конкретни приложения,

Законът на Мур, разбира се, се основава на наблюдението, направено от Гордън Мур (който по-късно ще продължи да бъде съвместно открит Intel) в изданието Electronics от април 1965 г., че броят на транзисторите в един процесор се удвоява всяка година. (Копието е онлайн тук.) До 1975 г. той се оказа правилен, но промени оценката си за удвояване на чиповете на всеки две години, темп, който индустрията до голяма степен следваше доскоро.

През 1991 г. полупроводниковата индустрия в САЩ започва това, което ще стане ITRS с участието на индустриални групи от Европа, Япония, Тайван и Южна Корея. През годините имаше много промени в тази пътна карта. До началото на 2000-те не само двойният брой транзистори на чип се удвои на всяко поколение, но и тактовите честоти се увеличиха, което даде очевидно увеличение на производителността. Чиповете последваха това, наречено мащабиране на Dennard, въз основа на хартия от 1974 г., която казва, че когато мащабират транзисторите, производителността се увеличава приблизително от същия фактор при една и съща мощност. Но когато чиповете станаха по-ниски от 90 nm или повече, те престанаха да работят и след като чиповете достигнаха 3GHz или 4GHz, те просто използваха твърде много мощност и станаха много горещи. Вместо да използва по-бързи ядра, индустрията се насочи към използване на повече ядра, което работи на някои приложения, но не и на други. Междувременно мобилните чипове станаха все по-популярни, което доведе със себе си изискване за още по-ниска консумация на енергия.

Друга голяма промяна дойде с материалите. През по-голямата част от този период чиповете са предимно MOSFETs или транзистори с полев ефект от метал-оксид-силиций, което означава, че основните материали са доста прости. През последното десетилетие видяхме въвеждането на напрегнат силиций, висококачествена метална порта и FinFET технологии - всички методи за увеличаване на плътността и производителността извън това, което традиционните материали и дизайни биха могли да постигнат. Повечето наблюдатели смятат, че когато стигнем до 7nm производство и по-долу, ще ни трябват по-нови алтернативни материали, като силициев германий (SiGE) и арсенид на индиев галий (InGaAs) и че в крайна сметка можем да преминем към различна транзисторна структура, като портата -около транзистори, известни като nanowires.

Наскоро инструментите за литография - онези, които блестят светлините, които активират материалите върху силициевата пластинка, за да нарисуват моделите на дизайна на чипа - също са сравнително статични, като потапящата литография с 193 nm е била стандарт от години. Без неговата подмяна, известна като екстремална ултравиолетова (EUV) литография, производителите на чипове са принудени да използват многократно рисуване, което увеличава разходите. ASML и неговите партньори работят за EUV от известно време и сега изглежда е насочено към 7nm производство.

Комбинацията от края на мащабирането на Dennard, новите материали и многоточковото увеличаване на разходите за внедряване на всяко ново поколение технологии. И става все по-трудно, като наскоро Intel заяви, че плановете й за 10 nm са две години и половина след въвеждането на 14 nm, което означава, че това ще се случи през 2017 г. Samsung и TSMC също говорят за получаване на 10 nm чипове, готови за масово производство през 2017 и е възможно те дори да бият Intel до този възел (въпреки че, разбира се, има въпроси относно именуването на възли и дали процесите им са толкова плътни, колкото тези на Intel.)

Промените в пътната карта на ITRS не отричат, че продължителното мащабиране ще се случи за известно време, макар и вече не на двегодишната каденция, с която сме свикнали, и с реални физически ограничения. Но новата версия - наречена Международна пътна карта за устройства и системи - очевидно вместо това подчертава различни видове технологии за различни приложения, като сензори, смартфони и сървъри; и комбиниране на различни видове транзистори за различни неща, като 3D памет, управление на захранването или аналогови сигнали.

Значи законът на Мур наистина е мъртъв този път? Съмнявам се. Intel продължава да казва „Законът на Мур е жив и здрав“ и те и други дават основателни причини, чиповете ще продължат да стават все по-плътни през следващото десетилетие или дори, докато разходите продължават да нарастват. Но няма съмнение, че ще видим много промени в дизайна на чипове, тъй като се отдалечаваме все по-далеч от концепцията за единен дизайн, който мащабира от малки устройства, чак до центъра за данни. Това означава, че дизайнерите на чипове ще се сблъскат с някои рискови решения и че клиентите ще трябва да бъдат още по-внимателни относно избора, който правят.