Je Moorov zakon živ in zdrav? odvisno od tega, kako določite skaliranje

V zadnjem času se veliko govori o upočasnitvi Mooreovega zakona in izzivih, s katerimi se soočajo proizvajalci čipov, ko se poskušajo preseliti v vedno manjše razsežnosti. Zagotovo osebni računalniki ne postajajo hitrejši, kot so bili nekoč, in izzivi, s katerimi se soočajo proizvajalci čipov, nikoli niso bili večji. Kljub temu Intel še naprej vztraja, da je "Mooreov zakon živ in dobro", ko govori o svojih načrtih za 10 nm in 7nm proizvodnjo. Da bi skušal ugotoviti, kaj se dogaja, sem si ogledal nekaj različnih meril napredka in dobil nekaj različnih odgovorov.

Medtem ko mnogi Mooreov zakon povezujejo s hitrostjo, je to dejansko merilo hitrosti povečanja zapletenosti najmanjše komponente, bolj ali manj pa navajajo, da se bo število tranzistorjev občasno podvojilo. V prvotnem prispevku iz leta 1965 se je to podvajanje dogajalo vsako leto, čeprav je Moore do leta 1975 svojo projekcijo posodabljal na podvojitev na vsaki dve leti, kar na splošno velja, da si proizvajalci znamk že od nekdaj prizadevajo.

Na Intelov dan vlagateljev prejšnji mesec je Bill Holt, izvršni podpredsednik in generalni direktor skupine za tehnologijo in proizvodnjo, znova prikazal diapozitive, ki kažejo, da se je število "normaliziranih" tranzistorjev na območje še naprej zmanjševalo s tempom, ki je boljše od podvojitve, čeprav poudarja da so se stroški proizvodnje povečevali celo hitreje, kot so pričakovali. Rezultat tega je, da so stroški na tranzistorji ostali v koraku.

Toda prvič se spomnim, poudaril je, da različne vrste tranzistorjev znotraj čipa zahtevajo različne količine na čipu, saj so pomnilniške celice SRAM približno trikrat gostejše od logičnih celic. To trditev je uporabil, da je odklonil vprašanja o povprečni gostoti tranzistorjev v primerjavi s čipi Apple A9, ki jih je izdelal Samsung ali TSMC.

Za boljši pogled sva s kolegom Johnom Morrisom pregledala Intelove objavljene statistike o njenih čipih od leta 1999, od Pentiuma III (znanega kot Coppermine), ki je bil izdelan na 180 nm, do lanskih Broadwell Core čipov, ki so bili prvi narejeni s 14nm tehnologijo.

Najprej smo si ogledali skaliranje vratnih vrat - najmanjša razdalja med vrati, ki sestavljajo tranzistor. Tradicionalno skaliranje bi predlagalo, da se to zmanjša za 70 odstotkov na generacijo, da dobimo 50-odstotno splošno skaliranje. Glede tega ukrepa je jasno, da čeprav se skaliranje nadaljuje, ne opažamo toliko zmanjšanja, kot bi pričakovali.

Toda druge tehnike, ki jih uporabljajo izdelovalci čipov, to nekoliko spreminjajo. Če pogledamo pomnilniške celice SRAM, najbolj gost in najosnovnejši del čipa, lahko vidimo, da nam je do nedavnega to pomenilo 50-odstotno zmanjšanje na procesno generiranje, čeprav se zdi, da zdrsne.

V zadnjih letih je Intel poudaril tudi skupno skaliranje logičnega območja, ki je rezultat nagiba vrat in najmanjšega naklona kovinskih povezav, ki usmerjajo signale okoli tega čipa in ga povezujejo z zunanjim svetom. To je smiselno, ker če se logični tranzistorji lestvice povežejo, vendar povezave ne postanejo manjše, se skupna velikost in stroški čipa ne bodo zmanjšali. Na primer, TSMC-ov 16nm FinFET postopek uporablja enak zadnji kovinski postopek kot njegov 20-nm planarni čip, zato ponuja malo možnosti krčenja (čeprav je hitrejši in porabi manj energije). Zdi se, da je Intel glede obsega logičnega območja v zadnjih generacijah na meti.

Trende je videti veliko, kar se zdi jasno, da je treba do naslednjega vozlišča trajati dlje, kot je bilo v zadnjih 20 letih. Namesto dveh let med vozlišči, za 14nm in prihajajoče 10nm vozlišče, bo dejansko bližje 2, 5 leti, z 10nm čipi, predvidenimi v drugi polovici leta 2017.

Intel poudarja, da je bil dolgoročno - vse do prvega mikroprocesorja - 4004 - čas med novimi generacijami čip tehnologije vedno nekoliko prilagodljiv.

Intel s tem diapozitivom (ki ga je Intel Fellow Mark Bohr že večkrat pokazal) označuje kadenco Mooreovega zakona, od prvega mikroprocesorja, Intel 4004, ki je leta 1971 uporabljal 2300 tranzistorjev v 10-mikronskem postopku, do današnjega 14nm procesa. Intel ob pogledu na ta grafikon pravi, da je povprečna kadenca novo vozlišče vsakih 2, 3 leta. V tem pogledu 2, 5-letni tempo za 14 nm in 10 nm ni vse tako pomemben. Gledam in vidim hitrost Mooreovega zakona od leta 1995 do približno 2012, ko so se začeli pojavljati prvi 22nm izdelki Ivy Bridge. Zdaj se zdi, da se kadenca spet upočasnjuje.

(Upoštevajte, da je Intel prenehal dajati podatke o velikosti in tranzistorjih, ko se je 14nm generacija sklicevala na konkurenčna vprašanja, zato najnovejše številke, ki jih imamo za štirijedrnico, prihajajo iz 22nm Haswella, ki je imel 1, 4 milijarde tranzistorjev v 177 mm ² die.)

Se Moorejev zakon upočasnjuje? Odvisno je od tega, kako gledaš na to. Zagotovo je jasno, da se zdi, da se je pri nekaterih ukrepih tempo upočasnil in da so izzivi, s katerimi se soočajo proizvajalci čipov, z vsako generacijo vse težji. Danes samo štiri podjetja - Intel, GlobalFoundries, Samsung in TSMC - trdijo, da imajo 14 ali 16 nm procesov. Ustvarjanje novega čipa v enem od teh novih procesov je dražje kot kdajkoli prej. A obstaja dovolj razloga in dovolj spodbude, da pričakujemo, da bomo okoli leta 2017 videli 10nm čipe in da bodo sledili 7nm, 5nm in 3nm čipi.