r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Za 5 lat nastąpić ma kres miniaturyzacji. Na dalszą nie będzie pieniędzy

Strona główna AktualnościSPRZĘT

Za pięć lat nastąpi koniec świata jaki znamy. Tranzystory przestaną się zmniejszać, technologie miniaturyzacji, które napędzały przez całe dziesięciolecia postęp w komputerowej branży staną się bezużyteczne, a prawo Moore’a przez prasę po raz kolejny zostanie ogłoszone za martwe. Doszliśmy do ściany 10 nanometrów i dalej już nie pójdziemy – takie to przewidywanie znalazły się w branżowym raporcie 2015 International Technology Roadmap for Semiconductors, który został oficjalnie opublikowany przez stowarzyszenie Semiconductor Industry Association.

To znacznie bardziej pesymistyczna wizja przyszłości w porównaniu do tego, co mogliśmy zobaczyć jeszcze w raporcie z 2013 roku, kiedy to prognozowano spowolnienie miniaturyzacji, ale nie jej kres. Tym razem jednak, biorąc pod uwagę realne doświadczenia wiodących firm branży półprzewodników z procesami litograficznymi i ich opłacalnością. To nie tylko fizyka jest problemem. Po prostu na dalszą miniaturyzację może nie być już pieniędzy. Co więcej już dziś obserwujemy wiele segmentów rynku półprzewodników, gdzie po prostu miniaturyzacja przestała się opłacać, więc od lat korzysta się z ostatniego opłacalnego procesu, np. 40 nm.

Zamiast gonić za miniaturyzacją, stwierdzają autorzy raportu, producenci sięgną po inne metody zwiększenia gęstości tranzystorów, przede wszystkim pójścia w trzeci wymiar i układania na sobie elektroniki warstwa po warstwie. Kwestią otwartą pozostaje to, czy im się to uda – i kto zostanie na rynku, by robić to dalej. Problem bowiem w tym, że w wyścigu o utrzymanie się w czołówce, który przez wiele lat można było też ukazywać jako wyścig o nadążenie za przewidywaniami prawa Moore’a, niewielu już zostało.

r   e   k   l   a   m   a

Według analityka Dana Hutchesona z VLSI Research, w 2001 roku na globalnym rynku działało 19 producentów czipów, zdolnych do wytwarzania konkurencyjnych produktów. Dzisiaj zostało ich jedynie czterech – to Intel, Samsung, TSMC i Global Foundries. Do niedawna był tu jeszcze IBM, ale Wielki Błękitny w końcu sprzedał swoje fabryki Global Foundries. Do tego jeszcze coraz częściej ci producenci mają coraz mniej do gadania. To zamawiający czipy, ich projektanci, wskazują, czego potrzebują. Branża już nie jest sterowana od dołu do góry, lecz od góry do dołu, liczą się zastosowania – i do nich producenci półprzewodników muszą się dostosować, czy będzie to Internet Rzeczy, superkomputery czy smartfony.

Oczywiście trójwymiarowe upakowanie czipów już nie jest tylko eksperymentem, w segmentach takich jak pamięci flash NAND stosuje się to na skalę przemysłową. Coraz częściej rozważa się też monolityczne konstrukcje 3D, w których zamiast niezależnych warstw, spinanych w pionie grubymi magistralami przezkrzemowych ścieżek (TSV), na każdą warstwę nakładana jest kolejna, a ich pionowe połączenia są tak gęste jak połączenia poziome.

Właśnie dlatego, podkreślają analitycy, nie ma co znów mówić o kresie prawa Moore’a, ponieważ w swoim oryginalnym brzmieniu nic ono nie mówi o miniaturyzacji ani o formie upakowania tranzystorów. Mówi jedynie, że liczba tranzystorów w czipach podwaja się co dwa lata. Można by było iść tu dalej z miniaturyzacją, gdyby nie pieniądze. Po prostu trójwymiarowe struktury bardziej się opłacają.

Nie jest to pierwszy raz, gdy branża musi zrobić zwrot, odchodząc od tego, co wcześniej robiła. Gdy tranzystory malały i rosła gęstość ich upakowania, rosła też szybkość komputerów. W połowie lat 90 jednak okazało się, że konieczność „okablowania” rosnącej liczby tranzystorów za pomocą wykorzystanych w tym celu metalicznych warstw jedynie spowalnia czipy. Konieczne stało się przeprojektowanie mikroarchitektury. W połowie lat zerowych XXI wieku sytuacja się powtórzyła – skończył się wyścig na gigaherce, przez wysoką gęstość upakowania tranzystorów i generowane przez nie ciepło nie dało się już podbijać zegarów. Wtedy to nastąpił zwrot w stronę architektury wielordzeniowej. I wtedy też zobaczyliśmy, że wcale rosnąca liczba tranzystorów nie przekłada się już liniowo na wzrost wydajności czipu.

Uderzyliśmy bowiem nie w kres prawa Moore’a, lecz w kres tzw. prawa Amdahla – jeśli algorytmy mają części, których nie można sparalelizować, to będą one wąskim gardłem całego procesu, i rzucanie na nich więcej rdzeni niczego nie da. Nie w ilości tranzystorów jest tu problem, lecz w tym, że krzemowe tranzystory są bardzo powolne, w porównaniu z tymi wykonanymi z arsenku galu. W wielu zastosowaniach lepiej mieć bowiem jeden jednordzeniowy procesor taktowany zegarem 1 THz, niż 250 czterordzeniowych procesorów taktowanych zegarem 4 GHz.

Zanim jednak pojawią się procesory 3D, wcześniej jeszcze zobaczyć mamy inne ciekawe konstrukcje. Eksperci Semiconductor Industry Association przewidują porzucenie popularnych dziś tranzystorów FinFET, z „płetewką”, czyli kanałem kontrolującym przepływ napięcia. W tym roku firma imec już pokazała następcę, tranzystor z dookólną bramką i bocznymi pionowo ułożonymi krzemowymi nanowłóknami, o średnicy 8 nm. Odtąd tranzystory zaczną się przekształcać w pionowe struktrury, ich kanały staną się filarami z nanowłókien, pojawią się też materiały inne niż krzem. Do „komputerów ostatecznych” Stanisława Lema, których możliwości limitowane były przez finalne ograniczenia fizyki (stałą Plancka, szybkość światła) wciąż bardzo daleka droga.

© dobreprogramy
r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Komentarze

r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a
Czy wiesz, że używamy cookies (ciasteczek)? Dowiedz się więcej o celu ich używania i zmianach ustawień.
Korzystając ze strony i asystenta pobierania wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.