Batas ni Moore sa isang bagong sangang-daan

Nagkaroon ng maraming mga kwento kamakailan tungkol sa kung paano natatapos ang Batas ng Moore. Hindi iyon kataka-taka - ang mga tao ay hinuhulaan ang pagkamatay nito sa literal na mga dekada, at tinukoy ko ang mga isyu bago - ngunit ang talakayan ay naganap sa bagong buhay. Ang isang kuwento sa journal Nature ni M. Mitchell Waldrop Kinukumpirma kung ano ang karamihan sa industriya na pinaghihinalaang - na ang susunod na henerasyon ng International Technology Roadmap para sa Semiconductors (ITRS) ay tututok hindi sa paggawa ng mga transistors na mas maliit, ngunit sa halip na pagbuo ng mga pagsulong sa chip para sa mga tiyak na aplikasyon .

Ang Batas ng Moore, siyempre, ay batay sa pagmamasid na ginawa ni Gordon Moore (na sa kalaunan ay magpapatuloy na makatagpo ng Intel), sa edisyon ng Elektronika ng Abril 1965, na ang bilang ng mga transistor sa isang processor ay pagdodoble bawat taon. (Ang isang kopya ay online dito.) Noong 1975, napatunayan siyang tama, ngunit binago ang kanyang pagtatantya ng chip pagdodoble sa bawat dalawang taon, isang lakad sa industriya na higit sa lahat ay sumunod hanggang sa kamakailan lamang.

Noong 1991, sinimulan ng industriya ng semiconductor ng US kung ano ang magiging ITRS na may mga kontribusyon mula sa mga grupo ng industriya mula sa Europa, Japan, Taiwan, at South Korea. Sa paglipas ng mga taon, maraming mga pagbabago sa roadmap na ito. Hanggang sa unang bahagi ng 2000s, hindi lamang ginawa ang bilang ng mga transistor sa isang maliit na maliit na maliit na maliit sa bawat henerasyon, tumaas din ang mga rate ng orasan, na nagbigay din ng isang malinaw na pagtaas ng pagganap. Sinundan ng mga Chip ang tinatawag na Dennard scaling, batay sa isang 1974 na papel na nagsabing na habang ang mga transistor ay naka-scale, ang pagganap ay nadagdagan ng halos parehong kadahilanan sa parehong lakas. Ngunit kapag ang mga chips ay nakuha sa ibaba 90nm o higit pa, na tumigil sa pagtatrabaho, at pagkatapos na maabot ng mga chips ang 3GHz o 4GHz, ginamit lamang nila ang sobrang lakas at sobrang init. Sa halip na gumamit ng mas mabilis na mga cores, ang industriya ay bumaling sa paggamit ng maraming mga cores, na gumagana sa ilang mga aplikasyon ngunit hindi sa iba. Samantala, ang mga mobile chips ay naging mas popular, na nagdadala sa kanila ng isang kinakailangan para sa kahit na mas mababang paggamit ng kuryente.

Ang isa pang malaking pagbabago ay dumating kasama ang mga materyales. Para sa karamihan ng panahong ito, ang mga chips ay karamihan sa mga MOSFET o metal-oxide-silicon field-effect transistors, nangangahulugang ang mga pangunahing materyales ay medyo simple. Sa nakaraang dekada, nakita namin ang pagpapakilala ng pilit na silikon, gate ng metal na high-k, at mga teknolohiya ng FinFET - lahat ng mga pamamaraan para sa pagtaas ng density at pagganap na lampas sa magagawa ng mga tradisyonal na materyales at disenyo. Karamihan sa mga nagmamasid ay iniisip na habang nakarating kami sa produksyon ng 7nm at sa ibaba, kakailanganin namin ang mas bagong mga alternatibong materyales tulad ng silikon na germanium (SiGE) at indium gallium arsenide (InGaAs) at sa kalaunan ay maaari tayong lumipat sa ibang transistor na istraktura tulad ng gate-all -around transistors na kilala bilang nanowires.

Kamakailan lamang, ang mga tool sa lithography - ang mga nagniningning ng mga ilaw na nagpapa-aktibo ng mga materyales sa wafer ng silikon upang iguhit ang mga pattern ng disenyo ng chip - ay naging medyo static din, na may 193nm na paglulubog sa lithography na naging pamantayan sa loob ng maraming taon. Kung wala ang kapalit nito, na kilala bilang matinding ultraviolet (EUV) lithography, ang mga tagagawa ng chip ay pinilit na gumamit ng maraming patterning, na pinalalaki ang mga gastos. Ang ASML at ang mga kasosyo nito ay nagtatrabaho sa EUV nang ilang oras, at tila na-target ito sa produksyon ng 7nm.

Ang kumbinasyon ng pagtatapos ng Dennard scaling, mga bagong materyales, at multi-patterning ay nadagdagan ang mga gastos ng pagulong ng bawat bagong henerasyon ng teknolohiya. At mas mahirap gawin ito, sa kamakailan lamang na sinabi ng Intel na ang mga plano nito para sa 10nm ay dalawa at kalahating taon pagkatapos ng pagpapakilala ng 14nm, nangangahulugang magaganap ito sa 2017. Ang Samsung at TSMC ay parehong pinag-uusapan din ang tungkol sa pagkuha ng 10nm chips na handa na para sa mass production sa 2017, at posible na matalo pa nila ang Intel sa node na ito (bagaman, siyempre, may mga katanungan tungkol sa pagbibigay ng node at kung ang kanilang mga proseso ay kasing siksik ng Intel.)

Ang mga pagbabago sa daanan ng ITRS ay hindi tinatanggihan na ang patuloy na pag-scale ay mangyayari para sa isang habang, kahit na hindi na sa dalawang taong cadence na nakasanayan na natin, at may totoong pisikal na mga limitasyon na darating. Ngunit ang bagong bersyon - na tinawag na International Roadmap para sa Mga aparato at Sistema - tila sa halip ay binibigyang diin ang iba't ibang uri ng teknolohiya para sa iba't ibang mga aplikasyon, tulad ng mga sensor, smartphone, at server; at pinagsasama ang iba't ibang uri ng transistor para sa iba't ibang mga bagay, tulad ng memorya ng 3D, pamamahala ng kapangyarihan, o mga signal ng analog.

Kaya namatay ba ang Batas ni Moore sa panahong ito? Pagdududa ko ito. Patuloy na sinasabi ng Intel na "Ang Batas ng Moore ay buhay at maayos" at sila at ang iba pa ay nagbibigay ng magagandang dahilan kung bakit ang mga chips ay magpapatuloy na makakuha ng mas matindi sa susunod na dekada o higit pa, kahit na ang mga gastos ay patuloy na tumataas. Ngunit walang duda na makikita namin ang maraming mga pagbabago sa disenyo ng chip, habang lumilipas kami nang higit at malayo sa konsepto ng isang solong disenyo na nagmula sa mga maliliit na aparato hanggang sa data center. At nangangahulugan ito na ang mga taga-disenyo ng chip ay haharapin ang ilang mga mapanganib na desisyon, at ang mga customer ay kailangang maging mas maingat sa mga napiling gagawin nila.