Là luật của moore còn sống và tốt? phụ thuộc vào cách bạn xác định tỷ lệ

Gần đây có rất nhiều cuộc nói chuyện về Luật Moore chậm lại và những thách thức mà các nhà sản xuất chip phải đối mặt khi họ cố gắng chuyển sang các chiều nhỏ hơn bao giờ hết. Chắc chắn, PC không trở nên nhanh hơn với tốc độ mà chúng từng có và những thách thức đối với các nhà sản xuất chip chưa bao giờ cao hơn. Tuy nhiên, Intel vẫn tiếp tục khẳng định rằng "Định luật Moore là sống và tốt", khi nói về kế hoạch sản xuất 10nm và 7nm của mình. Để cố gắng tìm hiểu những gì đang diễn ra, tôi đã xem xét một số biện pháp tiến bộ khác nhau và nhận được một số câu trả lời khác nhau.

Mặc dù nhiều người nhầm lẫn với Định luật Moore với tốc độ, nhưng thực tế đây là thước đo tốc độ gia tăng độ phức tạp của thành phần tối thiểu, ít nhiều nói rằng số lượng bóng bán dẫn sẽ tăng gấp đôi theo định kỳ. Trong bài báo đầu tiên năm 1969, việc nhân đôi này đã xảy ra hàng năm, mặc dù đến năm 1975, Moore đã cập nhật dự báo của mình lên gấp đôi cứ sau hai năm, thường là dấu ấn mà các nhà sản xuất chip đã phấn đấu kể từ đó.

Tại ngày đầu tư của Intel vào tháng trước, Bill Holt, phó chủ tịch điều hành và tổng giám đốc của tập đoàn công nghệ và sản xuất, một lần nữa cho thấy các slide cho thấy số lượng bóng bán dẫn "bình thường hóa" trên mỗi khu vực đang tiếp tục giảm với tốc độ tốt hơn gấp đôi, mặc dù chỉ ra chi phí sản xuất đã tăng nhanh hơn dự kiến. Kết quả, ông nói, là chi phí cho mỗi bóng bán dẫn vẫn duy trì tốc độ.

Nhưng lần đầu tiên tôi có thể nhớ, anh nhấn mạnh rằng các loại bóng bán dẫn khác nhau trong chip đòi hỏi một lượng diện tích khác nhau trên chip, với các tế bào bộ nhớ SRAM dày hơn khoảng ba lần so với các tế bào logic. Ông đã sử dụng khẳng định này để làm chệch hướng các câu hỏi về mật độ bóng bán dẫn trung bình so với chip Apple A9 do Samsung hoặc TSMC sản xuất.

Để có cái nhìn cận cảnh hơn, đồng nghiệp của tôi John Morris và tôi đã xem số liệu thống kê được công bố của Intel về chip của họ từ năm 1999, từ Pentium III (được gọi là Coppermine), được sản xuất ở 180nm, cho đến chip Broadwell Core năm ngoái, lần đầu tiên được sản xuất với công nghệ 14nm.

Đầu tiên chúng tôi nhìn vào Gate Pitch Scaling Khoảng cách tối thiểu giữa các cổng tạo ra một bóng bán dẫn. Chia tỷ lệ truyền thống sẽ gợi ý rằng điều này đang giảm 70 phần trăm mỗi thế hệ để có được tỷ lệ tổng thể 50 phần trăm. Về biện pháp này, rõ ràng là trong khi nhân rộng vẫn tiếp tục, chúng ta sẽ không thấy giảm nhiều như chúng ta mong đợi.

Nhưng các kỹ thuật khác mà các nhà sản xuất chip sử dụng đang thay đổi điều đó một chút. Nhìn vào các ô nhớ SRAM, phần dày đặc nhất và cơ bản nhất của chip, chúng ta có thể thấy rằng cho đến gần đây, điều này giúp chúng ta giảm 50% cho mỗi thế hệ, mặc dù dường như nó đang bị trượt.

Trong những năm gần đây, Intel cũng đã nhấn mạnh đến việc mở rộng tổng diện tích logic, là sản phẩm của bước cổng và cường độ tối thiểu của các kết nối kim loại định tuyến tín hiệu xung quanh con chip đó và kết nối nó với thế giới bên ngoài. Điều này có ý nghĩa bởi vì nếu các bóng bán dẫn logic quy mô, nhưng các kết nối không thể nhỏ hơn nữa, kích thước chip tổng thể và chi phí sẽ không giảm. Ví dụ, quy trình FinFET 16nm của TSMC sử dụng quy trình kim loại phụ trợ tương tự như chip phẳng 20nm của nó, do đó, nó cung cấp rất ít cách thu nhỏ (mặc dù nhanh hơn và sử dụng ít năng lượng hơn). Về quy mô khu vực logic, Intel dường như là mục tiêu trong các thế hệ gần đây.

Có nhiều cách để xem xét các xu hướng, và một điều có vẻ rõ ràng là bây giờ mất nhiều thời gian hơn để đến nút tiếp theo so với những gì đã mất trong 20 năm qua. Thay vì hai năm giữa các nút, đối với nút 14nm và nút 10nm sắp tới, nó thực sự sẽ gần hơn 2, 5 năm, với các chip 10nm dự kiến ​​sẽ đến vào nửa cuối năm 2017.

Intel chỉ ra rằng trong suốt thời gian dài, trở lại với bộ vi xử lý đầu tiên, 4004 thời gian giữa các thế hệ công nghệ chip mới luôn linh hoạt một chút.

Intel sử dụng slide này (mà Intel Fellow Mark Bohr đã thể hiện nhiều lần) để biểu thị nhịp của Định luật Moore, từ bộ vi xử lý đầu tiên, Intel 4004, sử dụng 2.300 bóng bán dẫn trên quy trình 10 micron vào năm 1971, cho đến quy trình 14nm ngày nay. Nhìn vào biểu đồ này, Intel cho biết nhịp trung bình là một nút mới cứ sau 2, 3 ​​năm. Theo quan điểm đó, tốc độ 2, 5 năm cho 14nm và 10nm không phải là quá đáng kể. Tôi nhìn vào nó và thấy sự tăng tốc của Định luật Moore từ khoảng năm 1995 đến khoảng năm 2012, khi các sản phẩm Ivy Bridge 22nm đầu tiên bắt đầu xuất hiện. Bây giờ nhịp có vẻ chậm lại một lần nữa.

(Lưu ý rằng Intel đã ngừng cung cấp thông tin về kích thước khuôn và bóng bán dẫn với các vấn đề cạnh tranh thế hệ 14nm, do đó, những con số mới nhất mà chúng tôi có cho lõi tứ đến từ Haswell 22nm, có 1, 4 tỷ bóng bán dẫn trong khuôn 177 mm ² ).

Vậy luật của Moore có chậm lại không? Nó phụ thuộc vào cách bạn nhìn vào nó. Rõ ràng là trên một số biện pháp, tốc độ dường như đã chậm lại, và những thách thức mà các nhà sản xuất chip phải đối mặt trở nên khó khăn hơn với mỗi thế hệ. Ngày nay, chỉ có bốn công ty, Intel Intel, GlobalFoundries, Samsung và TSMC, tuyên bố có quy trình 14 hoặc 16nm. Tạo một chip mới trên một trong những quy trình mới này tốn kém hơn bao giờ hết. Nhưng có đủ lý do và đủ động lực để hy vọng rằng chúng ta sẽ thấy các chip 10nm vào khoảng năm 2017, và các chip 7nm, 5nm và 3nm sẽ theo sau.