Video: Regler vid trafiksignal (September 2024)
På senare tid har det funnits ett antal berättelser om hur Moore's Law kommer att ta slut. Det är inte särskilt överraskande - människor har förutspått att de har gått under i bokstavligen decennier, och jag har behandlat frågorna tidigare - men diskussionen har tagit nytt liv. En berättelse i tidskriften Nature av M. Mitchell Waldrop bekräftar vad de flesta i branschen misstänkte - att nästa generation av International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) kommer att fokusera inte på att göra transistorer mindre, utan snarare på att utveckla chipframsteg för specifika applikationer.
Moores lag är naturligtvis baserad på observationen gjord av Gordon Moore (som senare skulle gå vidare till Intel), i april 1965-upplagan av elektronik , att antalet transistorer i en processor fördubblades varje år. (En kopia är online här.) År 1975 hade han visat sig vara korrekt, men ändrade sin uppskattning av chipfördubblingen till vartannat år, en takt som branschen i stort sett följde tills nyligen.
1991 startade den amerikanska halvledarindustrin det som skulle bli ITRS med bidrag från industrigrupper från Europa, Japan, Taiwan och Sydkorea. Under åren har det skett många förändringar av denna färdplan. Fram till början av 2000-talet fördubblade inte bara antalet transistorer på ett chip varje generation, klockhastigheterna ökade också, vilket också gav en uppenbar prestationsökning. Chips följde det som kallades Dennard-skalning, baserat på ett papper från 1974 som sade att när transistorerna skalade ökade prestandan med ungefär samma faktor vid samma effekt. Men när chips låg under 90 nm eller så slutade det att fungera, och efter att chips nådde 3GHz eller 4GHz, använde de helt enkelt för mycket ström och blev för heta. I stället för att använda snabbare kärnor, vänder sig industrin till att använda fler kärnor, vilket fungerar på vissa applikationer men inte på andra. Under tiden blev mobilchips mer populära, vilket förde med sig ett krav för ännu lägre strömförbrukning.
En annan stor förändring kom med material. Under större delen av denna period var chips mestadels MOSFET: er eller metalloxid-kiselfälteffekttransistorer, vilket innebär att basmaterialen var ganska enkla. Under det senaste decenniet har vi sett introduktionen av ansträngd kisel, hög-k metallgrind och FinFET-teknologier - alla metoder för att öka densiteten och prestanda utöver vad traditionella material och konstruktioner kan åstadkomma. De flesta observatörer tror att när vi kommer till 7nm produktion och nedan, behöver vi nyare alternativa material som kisel-germanium (SiGE) och indiumgaliumarsenid (InGaAs) och att vi så småningom kan flytta till en annan transistorkonstruktion som gate-all -omgående transistorer kända som nanotrådar.
Nyligen har litografiverktyg - de som lyser lamporna som aktiverar material på kiselskivan för att rita mönstren för chipkonstruktionen - också varit relativt statiska, med 193 nm nedsänkningslitografi som varit en standard i flera år. Utan dess ersättning, känd som extrem ultraviolett (EUV) litografi, tvingas chiptillverkare att använda flera mönster, vilket höjer kostnaderna. ASML och dess partners har arbetat med EUV under en tid, och det verkar nu riktat mot 7nm produktion.
Kombinationen av slutet av Dennard-skalning, nya material och flera mönster har ökat kostnaderna för att rulla ut varje ny generation av teknik. Och det har blivit svårare att göra det, med Intel som nyligen sa att planerna för 10nm var två och ett halvt år efter introduktionen av 14 nm, vilket innebär att detta skulle inträffa 2017. Samsung och TSMC talar båda också om att få 10nm chips redo för massproduktion i 2017, och det är möjligt att de till och med slår Intel till den här noden (även om det naturligtvis finns frågor om nodnamn och om deras processer är lika täta som Intels.)
Förändringarna i ITRS-färdplanen förnekar inte att fortsatt skalning kommer att hända ett tag, men inte längre på den tvååriga kadensen som vi har varit vana vid och med verkliga fysiska gränser kommer. Men den nya versionen - kallad International Roadmap for Devices and Systems - betonar i stället olika typer av teknik för olika applikationer, såsom sensorer, smartphones och servrar; och att kombinera olika typer av transistorer för olika saker, som 3D-minne, strömhantering eller analoga signaler.
Så är Moores lag verkligen död den här gången? Jag tvivlar på det. Intel fortsätter att säga "Moore's Law is live and well" och de och andra ger goda skäl till varför chips kommer att fortsätta bli tätare under det kommande decenniet eller så, även om kostnaderna fortsätter att stiga. Men det är ingen tvekan om att vi kommer att se många förändringar i chipdesign, när vi går längre och längre bort från konceptet med en enda design som skalar från små enheter hela vägen upp till datacentret. Och det betyder att chipdesignare kommer att möta några riskabla beslut, och att kunderna måste vara ännu mer försiktiga med de val de gör.
