Moores lov ved en ny vejkryds

Der har for nylig været en række historier om, hvordan Moore's Law er ved at ende. Det er ikke særlig overraskende - folk har forudsagt dets død i bogstaveligt talt årtier, og jeg har behandlet problemerne før - men diskussionen har taget nyt liv. En historie i tidsskriftet Nature af M. Mitchell Waldrop bekræfter, hvad de fleste i branchen mistænkte - at den næste generation af International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) ikke vil fokusere på at gøre transistorer mindre, men snarere på at udvikle chipfremskridt til specifikke applikationer.

Moore's lov er naturligvis baseret på den iagttagelse foretaget af Gordon Moore (som senere skulle gå videre til co-fundet Intel) i april 1965-udgaven af elektronik , at antallet af transistorer i en processor fordoblet hvert år. (En kopi er online her.) I 1975 havde han vist sig korrekt, men ændrede sit skøn over chipfordobling til hvert andet år, et tempo, som industrien stort set fulgte indtil for nylig.

I 1991 startede den amerikanske halvlederindustri, hvad der ville blive ITRS med bidrag fra industrigrupper fra Europa, Japan, Taiwan og Sydkorea. I årenes løb har der været mange ændringer til denne køreplan. Indtil i begyndelsen af ​​2000'erne blev antallet af transistorer på en chip dobbelt fordoblet hver generation, uret steg også, hvilket også gav en åbenlyst ydelsesforøgelse. Chips fulgte det, der blev kaldt Dennard-skalering, baseret på et papir fra 1974, der sagde, at når transistorer blev skaleret, steg ydelsen med omtrent den samme faktor ved samme magt. Men da chips kom under 90 nm eller deromkring, stoppede det med at fungere, og efter at chips nåede 3GHz eller 4GHz, brugte de simpelthen for meget strøm og blev for varme. I stedet for at bruge hurtigere kerner vendte branchen sig til at bruge flere kerner, der fungerer på nogle applikationer, men ikke på andre. I mellemtiden blev mobile chips mere populære, hvilket bragte med sig et krav om endnu lavere strømforbrug.

En anden stor ændring kom med materialer. I det meste af denne periode var chips hovedsageligt MOSFET'er eller metal-oxid-silicium-felteffekttransistorer, hvilket betyder, at basismaterialerne var ret enkle. I det sidste årti har vi set introduktionen af ​​anstrengt silicium, high-k metalport og FinFET-teknologier - alle metoder til at øge densitet og ydeevne ud over, hvad traditionelle materialer og design kunne udføre. De fleste observatører mener, at når vi kommer til 7 nm produktion og derunder, har vi brug for nyere alternative materialer såsom silicium germanium (SiGE) og indium galliumarsenid (InGaAs), og at vi til sidst kan flytte til en anden transistorstruktur som gate-all -alde transistorer kendt som nanotråde.

For nylig har litografiske værktøjer - dem, der lyser lysene, der aktiverer materialer på siliciumskiven for at tegne mønstre for chipdesignet - også været relativt statiske, med 193 nm nedsænkningslithografi har været en standard i årevis. Uden udskiftning, kendt som ekstrem ultraviolet (EUV) litografi, er chipproducenter tvunget til at bruge flere mønstre, hvilket rejser omkostninger. ASML og dets partnere har arbejdet med EUV i nogen tid, og det ser ud til at være målrettet mod 7nm produktion.

Kombinationen af ​​slutningen af ​​Dennard-skalering, nye materialer og multimønstring har øget omkostningerne ved udrulning af hver nye generation af teknologi. Og det er blevet sværere at gøre det, da Intel for nylig sagde, at planerne for 10nm var to og et halvt år efter introduktionen af ​​14nm, hvilket betyder, at dette ville ske i 2017. Samsung og TSMC taler begge også om at få 10nm chips klar til masseproduktion i 2017, og det er muligt, at de måske endda slår Intel til denne knude (skønt der selvfølgelig er spørgsmål om nodenavn og om deres processer er lige så tæt som Intels.)

Ændringerne i ITRS-køreplanen benægter ikke, at fortsat skalering vil ske i et stykke tid, dog ikke længere på den toårige kadens, vi har været vant til, og med reelle fysiske grænser, der kommer. Men den nye version - kaldet International køreplan for enheder og systemer - understreger tilsyneladende i stedet forskellige former for teknologi til forskellige applikationer, såsom sensorer, smartphones og servere; og at kombinere forskellige slags transistorer til forskellige ting, såsom 3D-hukommelse, strømstyring eller analoge signaler.

Så er Moores lov virkelig død denne gang? Det tvivler jeg på. Intel siger fortsat "Moore's law is live and well", og de og andre giver gode grunde til, at chips fortsat vil blive tættere i løbet af det næste årti, selvom omkostningerne fortsætter med at stige. Men der er ingen tvivl om, at vi vil se mange ændringer i chipdesign, når vi bevæger os længere og længere væk fra konceptet med et enkelt design, der skalerer fra små enheder helt op til datacentret. Og det betyder, at chipdesignere står over for nogle risikable beslutninger, og at kunderne bliver nødt til at være endnu mere forsigtige med de valg, de foretager.