Je moore zákon živý a dobrý? záleží na tom, jak definujete měřítko

V poslední době se hodně mluvilo o zpomalení Mooreova zákona ao problémech, kterým čelí výrobci čipů, když se snaží přejít do stále menších dimenzí. Počítače se určitě nezrychlují tak rychle, jak tomu bývalo, a výzvy, kterým čelí výrobci čipů, nikdy nebyly vyšší. Přesto Intel stále trvá na tom, že „Mooreův zákon je živý a dobře“, když mluví o svých plánech na výrobu 10nm a 7nm. Abych se pokusil zjistit, co se děje, podíval jsem se na různá měřítka pokroku a dostal jsem různé odpovědi.

Zatímco mnoho lidí spojuje Mooreův zákon s rychlostí, je to vlastně míra míry nárůstu složitosti minimální složky, víceméně uvádějící, že počet tranzistorů se bude periodicky zdvojnásobovat. V počátečním článku z roku 1965 k tomuto zdvojování dochází každý rok, ačkoli do roku 1975 Moore aktualizoval svou projekci na zdvojnásobení každé dva roky, což se od té doby obecně snaží výrobci čipů usilovat.

Minulý měsíc v den investora společnosti Intel Bill Holt, výkonný viceprezident a generální ředitel technologické a výrobní skupiny, znovu ukázal snímky, které naznačují, že počet „normalizovaných“ tranzistorů na oblast stále klesá rychleji než zdvojnásobení, i když poukazují na to, že výrobní náklady rostly ještě rychleji, než se očekávalo. Výsledkem je, že náklady na tranzistor zůstaly na tempu.

Ale poprvé si pamatuji, zdůraznil, že různé druhy tranzistorů v čipu vyžadují různé množství plochy na čipu, přičemž paměťové buňky SRAM jsou asi třikrát hustší než logické buňky. Toto tvrzení použil k odklonění otázek o průměrné hustotě tranzistoru ve srovnání s čipy Apple A9 vyrobenými společností Samsung nebo TSMC.

Abychom se mohli blíže podívat, jsme se s kolegou Johnem Morrisem podívali na publikované statistiky Intelu o jeho čipech od roku 1999, od Pentium III (známého jako Coppermine), který byl produkován při 180 nm až po loňské Broadwell Core čipy, první z nich s technologií 14nm.

Nejprve jsme se podívali na měřítko roztečí brány - minimální vzdálenost mezi branami, které tvoří tranzistor. Tradiční škálování by naznačovalo, že to klesá o 70 procent na generaci, aby bylo dosaženo celkové škálování 50 procent. U tohoto opatření je zřejmé, že zatímco škálování pokračuje, nevidíme tolik omezení, kolik bychom očekávali.

Ale jiné techniky, které výrobci čipů používají, to trochu mění. Při pohledu na paměťové buňky SRAM, nejhustší a nejzákladnější část čipu, můžeme vidět, že až donedávna nám to poskytovalo 50 procentní snížení na generaci procesu, i když se zdá, že klesá.

V posledních letech Intel také zdůraznil celkové logické škálování oblastí, které je výsledkem rozteče brány a minimálního rozteče kovu, které směruje signály kolem tohoto čipu a připojuje jej k vnějšímu světu. To dává smysl, protože pokud se logické tranzistory změní, ale propojení se nezmenší, celková velikost čipu a náklady se nesníží. Například proces TSF 16nm FinFET používá stejný kovový proces typu back-end jako jeho 20nm planární čip, takže nabízí málo ve způsobu smršťování (i když je rychlejší a spotřebovává méně energie). Pokud jde o škálování logických oblastí, zdá se, že Intel je v posledních generacích na cíli.

Existuje mnoho způsobů, jak se dívat na trendy, a jedna věc, která se zdá být jasná, je to, že nyní trvá déle, než se dostaneme k dalšímu uzlu, než tomu bylo za posledních 20 let. Namísto dvou let mezi uzly, pro 14nm a nadcházející 10nm uzel, bude to vlastně blíž 2, 5 roku, s 10nm čipy, které by měly dorazit do druhé poloviny roku 2017.

Intel poukazuje na to, že v dlouhodobém horizontu - až k prvnímu mikroprocesoru, 4004 - byl čas mezi novými generacemi čipové technologie vždy trochu flexibilní.

Intel používá tento snímek (což Intel Fellow Mark Bohr již mnohokrát ukázal) k označení kadence Mooreova zákona, od prvního mikroprocesoru Intel 4004, který použil 2 300 tranzistorů na 10 mikronovém procesu v roce 1971, až po dnešní 14nm proces. Při pohledu na tento graf Intel uvádí, že průměrná kadence byla novým uzlem každých 2, 3 let. Z tohoto pohledu není 2, 5leté tempo pro 14nm a 10nm tak významné. Podívám se na to a vidím zrychlení Mooreova zákona z asi 1995 do asi 2012, kdy se začaly objevovat první produkty 22nm Ivy Bridge. Nyní se zdá, že kadence opět zpomaluje.

(Všimněte si, že Intel přestal poskytovat informace o velikosti matrice a tranzistorových informacích s generací 14nm citující konkurenční problémy, takže nejnovější čísla, která máme pro čtyřjádrové jádro, pocházejí z 22nm Haswell, který měl 1, 4 miliardy tranzistorů v 177 mm ² zemře.)

Takže zpomaluje Mooreův zákon? Záleží na tom, jak se na to díváte. Určitě je jasné, že v některých opatřeních tempo vypadá zpomaleně a že výzvy, kterým čelí výrobci čipů, jsou s každou generací těžší. Dnes pouze čtyři společnosti - Intel, GlobalFoundries, Samsung a TSMC - tvrdí, že mají procesy 14 nebo 16nm. Vytvoření nového čipu v jednom z těchto nových procesů je dražší než kdy jindy. Existuje však dostatečný důvod a dostatečná motivace k tomu, abychom očekávali, že kolem roku 2017 uvidíme 10nm žetony a že budou následovat 7nm, 5nm a 3nm žetony.