Puslaidininkių pramonė netrukus pripažins, kad Moore’o dėsnis nebegalioja, pabaigdama septintajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje prasidėjusią informacinių technologijų revoliuciją.
Revoliucijos žemėlapis
Moore’o dėsnis teigia, kad tranzistorių skaičius integrinėse schemose kasmet dvigubėja.
Vienas „Intel“ įkūrėjų Gordonas Moore’as tokią prognozę paskelbė 1965-aisiais. Tuo metų labiausiai paplitusiuose, mažiausią tranzistoriaus kainą turinčiuose lustuose buvo 50 tranzistorių. Moore’as prognozavo, kad iki 1970 metų integruotuose lustuose bus 1000 tranzistorių, o tranzistoriaus kaina sumažės 90%.
Šis dėsnis atspindėjo to meto realybę. Ir tą realybę jis atspindėjo labai, labai ilgai. Iš tiesų, silicio lustų pramonė pastebėjo šią tendenciją ir ėmė naudoti ją kaip savo produktų kūrimo planą. Tai, kas iš pradžių buvo paprasčiausias pastebėjimas, tapo tikslu, kurį pramonė turi pasiekti.
Tai nebuvo tiesiog pramonės užsibrėžtas tikslas, tai tapo puslaidininkių pramonės kompanijų veiklos planais.
Puslaidininkių pramonės asociacija, grupė, kuriai priklauso „Intel“, AMD, TSMC, „GlobalFoundries“, ir IBM, šiuos planus pradėjo skelbti 1992 metais. 1998 metais ši grupė susijungė su kitomis pasaulio organizacijomis, ir sukūrė „International Technology Roadmap for Semiconductors“. Naujausias planas buvo publikuotas 2013 metais.
Trejetą dešimtmečių geometrinis visų lusto elementų mažinimas lėmė nuolatinį tobulėjimą ir leido pramonei laikytis Moore’o prognozių.
Tačiau Moore’o dėsnis nebuvo iškaltas akmeny, – pats Gordonas Moore’as turėjo padvigubinti laiką nuo vienerių metų iki dvejų 1975-aisiais. Pirmajame šio tūkstantmečio dešimtmetyje geometrinis mažinimas tapo sunkesne ir sudėtingesne užduotimi. Pramonė į šį iššūkį atsakė techninėmis priemonėmis, tokiomis, kaip įtemptas silicis, trijų vartų tranzistoriai, ir naujos medžiagos, didesnius elektros krūvius išlaikančios medžiagos.
Bet šios technologijos, panašu, pateko į akligatvį. Ant silicio lakštų dėstant vis mažesnius elementus, 14 nm mastelio elementų išdėstymui naudojamos 193 nanometrų ilgio šviesos bangos. Tai gamybą daro sudėtingesnę ir didina kaštus.
Siekdama išspręsti šią problemą, pramonė siekia pradėti naudoti ekstremalų UV spinduliavimą, šviesą, kurios bangos ilgis 13,5 nm, bet jos pritaikymas kelia inžinerines problemas. Tačiau netgi su šia technologija tolesnis mažinimas atrodo sunkus.
Taikant 2 nm procesą, tranzistoriai luste būtų 10 atomų pločio ir negalėtų veikti patikimai. Netgi išsprendus šią problemą, susitvarkyti su elektros galia ir jos išskiriamos šiluma darosi vis sunkiau.
Visų šių naujų technikų įgyvendinimas truko ilgiau nei dešimtmetį, o ekstremalaus UV naudojimas aptariamas daug ilgiau. Moore’o dėsnio partneris, Rock’o dėsnis, teigia, kad lustų gamyklos kaina dvigubėja kas 4 metus.
Tad, ar verta stebėtis, kad puslaidininkiai rengiasi skelbti Moore’o dėsnio pabaigą?
Dėsnių laužymas
Kiekvienas mikroprocesorių našumo padidėjimas pramonei atsiėjo nepigiai. Tai reiškė, kad jie turėjo kurti technologijas, technikas ir įgūdžius, kaip sutalpinti vis daugiau elementų luste ir leisti tarp jų laisvai judėti elektronams. Silicio Slėnio suklestėjimas, atrodė, kompensavo tai, leisdamas kompanijoms parduoti didžiulius kiekius savo produkcijos. Taip jos gaudavo pakankamai kapitalo, padengiančio naujesnių technologijų naudojimo kaštus ir dar galėdavo atpiginti savo produktus.
Bet laikui bėgant lustų gamyba darėsi vis sudėtingesnė, reikėjo atlikti vis daugiau veiksmų ir stadijų. Todėl kompanijos privalėjo gebėti sinchronizuoti šio sudėtingo proceso pokyčius, nes antraip rizikavo visai sustabdyti procesą.
Taip nutiko „Intel“, kai ji planavo savo procesoriuose pereiti prie 10 nm mastelio 2016 metais, tačiau turėjo pakeisti planus dėl problemų gamybos įmonėse, ir atidėti šio technologinio proceso įgyvendinimą iki antros 2017 metų pusės.
Dar viena problema yra tai, kad tranzistorių gausėjimas nebūtinai reiškė, kad keičiantis tūkstantmečiui, šiuos lustus lengviau panaudoti. Dėl išskiriamos šilumos naujausių lustų našumas didėjo tik vos vos. Nors teorinis procesorių našumas padidėjo, programinė įranga sunkiai šiaip patobulinimais pasinaudodavo.
Dėl viso šito 2014 metais ITRS nusprendė, kad tolesnėse savo gairėse, kurios bus paskelbtos kitą mėnesį, nebebus sekama Moore’o dėsniu ir vietoje to pereinama prie skirtingų vertinimų – pramonė pereis nuo susitelkimo į lustuose naudojamas technologijas ir vietoje to dėmesį skirs įvairiems jutikliams ir mažos galios procesoriams. Šį judėjimą, be abejo, sukėlė išmaniųjų telefonų ir Daiktų interneto vystymasis. Planuojamuose lustuose, kitaip nei ankstesniuose, bus diegiama RAM, srovės reguliavimas, GPS komponentai arba giroskopai, visos savybės, taip vertinamos mobiliuosiuose įrenginiuose.
Tai reiškia naujų technologijų kūrimą. Tarp medžiagų, kurių panaudojimą mikroprocesoriuose tiria kompanijos yra anglies nanovamzdeliai ir grafenas.
Tačiau elementų mažinimas dar jokiu būdu nėra nurašomas. Tiesiog pramonė laukia kvantinių savybių ištyrimo, alternatyvių medžiagų ir kitų technologijų sukūrimo, kad galėtų vėl imtis mažinimo.
Tad kolei kas, Moore’o dėsnio rangas pakeičiamas į nurodymą. Bet klientai te nesigąsdina, jų prietaisai bei kompiuteriai ir toliau darysis vis galingesni, tik ne tokiu pat būdu, kaip anksčiau.
