Mūro įstatymas naujoje kryžkelėje

Pastaruoju metu yra nemažai istorijų apie tai, kaip baigiasi Moore'io įstatymas. Tai ne ypač stebina - žmonės dešimtmečiais prognozavo jo nykimą, aš jau nagrinėjau tuos klausimus anksčiau, tačiau diskusija įgavo naują gyvenimą. M. Mitchell Waldrop žurnale „ Nature“ aprašyta istorija patvirtina tai, ko dauguma pramonės įtarė - kad naujos kartos tarptautinis puslaidininkių technologinis planas (ITRS) bus sutelktas ne į tai, kad būtų mažesni tranzistoriai, o labiau plėtojama lustų pažanga konkrečioms programoms..

Moore'o įstatymas, be abejo, grindžiamas Gordono Moore'o (kuris vėliau pereis prie bendro „Intel“), 1965 m. Balandžio mėn. Leidime „ Electronics“ , pateiktu pastebėjimu, kad tranzistorių skaičius procesoriuje kasmet padvigubėja. (Kopiją galite rasti internete.) Iki 1975 m. Jis buvo įrodytas teisingas, tačiau pakeitė savo skaičiavimo mikroschemų padvigubėjimą į kas dvejus metus, tokiu tempu, kurio pramonė iš esmės laikėsi iki šiol.

1991 m. JAV puslaidininkių pramonė pradėjo veikti ITRS, gavusi indėlį iš Europos, Japonijos, Taivano ir Pietų Korėjos pramonės grupių. Bėgant metams šis planas buvo daug pakeistas. Iki 2000-ųjų pradžios ne tik, kad tranzistorių skaičius mikroschemoje padvigubėjo kiekvienos kartos metu, padidėjo ir laikrodžio rodikliai, o tai taip pat akivaizdžiai padidino našumą. Lustai sekė vadinamą Dennardo mastelį, remdamiesi 1974 m. Dokumentu, kuriame teigiama, kad mažinant tranzistorių našumą padidėjo maždaug tuo pačiu koeficientu, ta pačia galia. Bet kai lustai sumažėjo maždaug 90nm ar daugiau, jie nebeveikė ir po to, kai lustai pasiekė 3GHz ar 4GHz, jie tiesiog sunaudodavo per daug energijos ir įkaisdavo. Užuot naudoję greitesnius branduolius, pramonė pasuko daugiau branduolių, kurie veikia kai kuriose programose, bet ne kitose. Tuo tarpu mobilieji lustai išpopuliarėjo, todėl reikėjo dar mažesnio energijos naudojimo.

Kitas didelis pokytis atėjo su medžiagomis. Didžiąją šio laikotarpio dalį lustai dažniausiai buvo MOSFET arba metalo oksido-silicio lauko tranzistoriai, ty pagrindinės medžiagos buvo gana paprastos. Per pastarąjį dešimtmetį mes matėme įtempto silicio, aukšto svorio metalinių vartų ir „FinFET“ technologijų įdiegimą - tai visi metodai, skirti padidinti tankį ir našumą, viršijantį tradicinių medžiagų ir dizaino galimybes. Daugelis stebėtojų mano, kad, kai mes pradėsime gaminti 7 nm ir mažesnę versiją, mums reikės naujesnių alternatyvių medžiagų, tokių kaip silicio germanis (SiGE) ir indžio galio arsenidas (InGaAs), ir kad galų gale mes galime pereiti prie kitokios tranzistorinės struktūros, tokios kaip vartai-visi. - žiediniai tranzistoriai, vadinami nanolaidais.

Neseniai litografijos įrankiai, šviečiantys šviesoje, aktyvinančioje medžiagas ant silicio plokštelės, kad būtų galima nupiešti mikroschemos modelį, taip pat buvo palyginti statiški - 193 nm panardinimo litografija buvo standartas metų metus. Nepakeisdami jo, žinomo kaip kraštutinė ultravioletinė (EUV) litografija, lustų gamintojai yra priversti naudoti daugybę modelių, o tai padidina išlaidas. ASML ir jos partneriai kurį laiką dirbo su EUV, ir dabar atrodo, kad ji skirta 7 nm gamybai.

Dennardo mastelio pabaigos, naujų medžiagų ir daugialypio modelio derinys padidino kiekvienos naujos kartos technologijos įdiegimo išlaidas. Tai padaryti tapo dar sunkiau, nes „Intel“ neseniai pareiškė, kad planai dėl 10 nm yra dveji su puse metų po 14 nm įvedimo, tai reiškia, kad tai įvyks 2017 m. „Samsung“ ir TSMC taip pat kalba apie 10 nm lustų paruošimą masinei gamybai. 2017 m., Ir gali būti, kad jie gali net įveikti „Intel“ prie šio mazgo (nors, žinoma, yra klausimų dėl mazgų įvardijimo ir ar jų procesai yra tokie tankūs kaip „Intel“).

ITRS gairių pakeitimai neneigia, kad kurį laiką bus tęsiama mastelio keitimas, nors ir nebe tas dvejų metų kadencija, prie kurios mes buvome įpratę, ir kai realios fizinės ribos artėja. Tačiau naujoji versija, vadinama tarptautiniu prietaisų ir sistemų gairėmis, akivaizdžiai pabrėžia skirtingų tipų technologijas skirtingoms programoms, tokioms kaip jutikliai, išmanieji telefonai ir serveriai; ir derinant skirtingus tranzistorių tipus skirtingiems dalykams, tokiems kaip 3D atmintis, energijos valdymas ar analoginiai signalai.

Taigi ar Moore'o įstatymas šį kartą tikrai miręs? Abejoju. „Intel“ vis sako: „Moore’s Law is live and well“, ir jie, ir kiti pateikia svarias priežastis, kodėl lustai ir toliau taps tankesni maždaug per artimiausią dešimtmetį, net ir toliau augant kainai. Tačiau nėra abejonių, kad lustų dizainas pastebės daug pokyčių, nes mes vis labiau ir labiau nutolstame nuo vieno dizaino koncepcijos, kuri nuo mažų įrenginių iki duomenų centro yra mažiausia. Tai reiškia, kad lustų dizaineriai turės priimti keletą rizikingų sprendimų, o klientai turės būti dar atsargesni pasirinkdami savo sprendimus.