Видео: 1001364 (Октября 2024)
В последнее время появилось много историй о том, как закон Мура подходит к концу. Это не особенно удивительно - люди предсказывали его гибель буквально десятилетиями, и я уже рассматривал эти проблемы раньше, но дискуссия взяла новую жизнь. История в журнале Nature М. Митчелла Уолдропа подтверждает то, что большинство представителей отрасли подозревали, - что следующее поколение Международной дорожной карты технологий для полупроводников (ITRS) будет сосредоточено не на уменьшении транзисторов, а на разработке усовершенствований микросхем для конкретных приложений.,
Закон Мура, конечно же, основан на наблюдении, сделанном Гордоном Муром (который впоследствии станет соучредителем Intel) в апрельском выпуске « Электроники» 1965 года, о том, что число транзисторов в процессоре удваивается каждый год. (Копия находится здесь.) К 1975 году он оказался верным, но изменил свою оценку удвоения количества микросхем каждые два года - темп, в котором индустрия в основном следовала до недавнего времени.
В 1991 году американская полупроводниковая индустрия начала то, что станет ITRS, с участием отраслевых групп из Европы, Японии, Тайваня и Южной Кореи. За прошедшие годы в эту дорожную карту было внесено множество изменений. Вплоть до начала 2000-х годов число транзисторов в микросхеме не только удваивалось с каждым поколением, но и увеличивались тактовые частоты, что также приводило к очевидному увеличению производительности. Микросхемы следовали так называемому масштабированию Деннарда, основываясь на статье 1974 года, в которой говорилось, что при масштабировании транзисторов производительность увеличивается примерно на тот же коэффициент при той же мощности. Но когда чипы стали ниже 90 нм или около того, они перестали работать, а после того, как чипы достигли 3 ГГц или 4 ГГц, они просто использовали слишком много энергии и стали слишком горячими. Вместо того чтобы использовать более быстрые ядра, индустрия обратилась к использованию большего количества ядер, которое работает в одних приложениях, но не в других. Тем временем мобильные чипы стали более популярными, что привело к требованию еще более низкого энергопотребления.
Другое большое изменение пришло с материалами. В течение большей части этого периода чипы представляли собой в основном полевые МОП-транзисторы или полевые транзисторы металл-оксид-кремний, то есть основные материалы были довольно простыми. За последнее десятилетие мы увидели внедрение напряженного кремния, высокотемпературного металлического затвора и технологий FinFET - всех методов повышения плотности и производительности сверх того, что могли бы достичь традиционные материалы и конструкции. Большинство наблюдателей считают, что, когда мы доберемся до 7 нм производства и ниже, нам понадобятся более новые альтернативные материалы, такие как кремний-германий (SiGE) и арсенид индия-галлия (InGaAs), и что в конечном итоге мы можем перейти к другой транзисторной структуре, такой как затвор-все транзисторы, известные как нанопроволоки.
В последнее время инструменты литографии - те, которые светят светами, которые активируют материалы на кремниевой пластине для рисования рисунков конструкции чипа, - также были относительно статичными, иммерсионная литография 193 нм была стандартом в течение многих лет. Без замены, известной как экстремальная ультрафиолетовая (EUV) литография, производители микросхем вынуждены использовать множественные схемы, что повышает стоимость. ASML и его партнеры уже некоторое время работают над EUV, и теперь он, похоже, нацелен на производство 7 нм.
Сочетание окончательного масштабирования Деннарда, новых материалов и многоуровневой структуры увеличило затраты на развертывание технологий каждого нового поколения. И это стало труднее сделать, так как недавно Intel объявила, что ее планы по 10 нм были через два с половиной года после введения 14 нм, что означает, что это произойдет в 2017 году. Samsung и TSMC также говорят о том, чтобы подготовить 10-нм чипы к массовому производству в 2017, и вполне возможно, что они даже превзойдут Intel на этом узле (хотя, конечно, есть вопросы по поводу именования узлов и того, настолько ли плотны их процессы, как у Intel).
Изменения в дорожной карте ITRS не отрицают, что продолжающееся масштабирование будет происходить какое-то время, хотя уже не из-за двухлетнего ритма, к которому мы привыкли, и с приближением реальных физических ограничений. Но новая версия, называемая «Международная дорожная карта для устройств и систем», очевидно, вместо этого подчеркивает различные виды технологий для различных приложений, таких как датчики, смартфоны и серверы; и объединение различных типов транзисторов для разных вещей, таких как трехмерная память, управление питанием или аналоговые сигналы.
Так действительно ли закон Мура на этот раз мертв? Я сомневаюсь. Intel продолжает говорить, что «закон Мура жив и здоров», и они и другие приводят веские причины, по которым чипы будут становиться все более плотными в течение следующего десятилетия, даже если расходы будут расти. Но нет никаких сомнений в том, что мы увидим много изменений в дизайне чипов, так как мы все дальше и дальше отдаляемся от концепции единого дизайна, которая масштабируется от крошечных устройств до центра обработки данных. А это означает, что разработчики чипов столкнутся с некоторыми рискованными решениями, и что клиенты должны будут быть еще более осторожными в выборе, который они делают.
