Закон Мура — это одно из тех чудес современной жизни, которые мы все воспринимаем как должное, например, продуктовые магазины и стоматология с наркозом.
Вот уже 50 лет компьютерные процессоры удваивают производительность
за доллар за квадратный сантиметр каждые 1-2 года. Эта экспоненциальная тенденция подняла нас с 500 флоппсов ENIAC (операций с плавающей запятой в секунду) примерно до 54 петафлопс для самого мощного суперкомпьютера на сегодняшний день, Тяньхэ-2. Это примерно в десять триллионов раз больше, чем за столетие. Это невероятно для всех.
Это достижение происходило настолько надежно, так долго, что стало мирской истиной в вычислительной технике.
Мы принимаем это как должное.
Вот почему это так страшно, что все это может остановиться в ближайшем будущем. Ряд фундаментальных физических ограничений сходится, чтобы остановить развитие традиционных кремниевых компьютерных чипов. Пока есть теоретические вычислительные технологии
Это может решить некоторые из этих проблем, но факт остается фактом: в настоящее время прогресс замедляется. Дни экспоненциально улучшающихся компьютеров могут подходить к концу.
Но пока не совсем.
Новый прорыв от IBM показывает, что у закона Мура все еще есть ноги. Исследовательская группа, возглавляемая компанией, продемонстрировала прототип процессора с транзисторными компонентами шириной всего 7 нанометров. Это вдвое меньше (и в четыре раза превышает производительность) нынешней 14-нанометровой технологии, что ведет к упадку закона Мура как минимум до 2018 года.
Так как же был достигнут этот прорыв? И когда можно ожидать увидеть эту технологию в реальных устройствах?
Старые Атомы, Новые Уловки
Новый прототип не является производственным чипом, но он был произведен с использованием коммерчески масштабируемых технологий, которые могут появиться на рынке в ближайшие несколько лет (есть слух, что IBM хотела бы, чтобы этот чип был представлен в 2017-2018 годах. Прототип — это продукт IBM / SUNY, исследовательской лаборатории IMB, которая сотрудничала с Государственным университетом Нью-Йорка. Ряд компаний и исследовательских групп сотрудничали в этом проекте, включая SAMSUNG и Global Foundries, компанию, которую IBM платит примерно 1,3 миллиарда долларов, чтобы взять над его нерентабельным крылом изготовления чипов.
По сути, исследовательская группа IBM сделала два ключевых улучшения это сделало это возможным: разработка лучшего материала и разработка лучшего процесса травления. Каждый из них преодолевает серьезный барьер на пути развития более плотных процессоров. Давайте посмотрим на каждый из них по очереди.
Лучший материал
Одним из барьеров для меньших транзисторов является просто сокращение количества атомов. 7-нм транзистор имеет компоненты, размер которых составляет всего около 35 атомов кремния. Чтобы ток протекал, электроны должны физически перепрыгивать с орбиты одного атома на орбиту другого. В чистой кремниевой пластине, как это традиционно используется, трудно или невозможно получить достаточный ток для прохождения через такое небольшое количество атомов.
Чтобы решить эту проблему, IBM пришлось отказаться от чистого кремния в пользу использования сплава кремния и германия. Это имеет ключевое преимущество: это увеличивает так называемую «подвижность электронов» — способность электронов течь через материал. Кремний начинает плохо функционировать в масштабе 10 нанометров, что является одной из причин того, что усилия по разработке 10 нм процессоров зашли в тупик. Добавление германия перепрыгивает через этот барьер.
Более точный Офорт
Существует также вопрос о том, как вы на самом деле формируете такие крошечные объекты. Способ компьютерных процессоров
производятся с использованием чрезвычайно мощных лазеров, а также различной оптики и трафаретов для вырезания мельчайших деталей. Ограничением здесь является длина волны света, которая накладывает ограничение на то, насколько хорошо мы можем вытравить элементы.
В течение долгого времени производство чипов стабилизировалось с использованием фторидного аргонового лазера с длиной волны 193 нм. Вы можете заметить, что это немного больше, чем у 14-нанометровых функций, которые мы гравировали. К счастью, длина волны не является жестким ограничением разрешения. Можно использовать помехи и другие приемы, чтобы добиться большей точности. Тем не менее, производители чипов исчерпали свои умные идеи, и теперь необходимы серьезные изменения.
IBM взяла на себя эту идею и использовала источник света EUV (Extreme Ultra Violet) с длиной волны всего 13,5 нм. Это, используя трюки, аналогичные тем, которые мы использовали с фтористым аргоном, должно дать нам разрешение травления всего пару нанометров с большей проработкой.
К сожалению, это также требует использования большей части того, что мы знаем о производстве чипов, а также большей части технологической инфраструктуры, разработанной для этого, что является одной из причин того, что технология заняла так много времени, чтобы обрести собственную.
Эта технология открывает двери для продолжения разработки закона Мура вплоть до квантового предела — точки, в которой квантовая неопределенность вокруг положения электрона больше, чем сам транзистор, что приводит к случайному поведению элементов процессора. Оттуда действительно новые технологии
будет необходимо продвигать вычисления дальше.
Следующие пять лет изготовления чипов
Intel все еще изо всех сил пытается произвести жизнеспособный 10-нм процессор. Не исключено, что коалиция IBM может победить их. Если это произойдет, это будет означать, что баланс сил в полупроводниковой промышленности окончательно сместился с Intel.
Будущее Закона Мура неясно. Однако история заканчивается, она будет бурной. Королевства будут выиграны и потеряны. Будет интересно посмотреть, кто окажется сверху, когда пыль осядет. И в краткосрочной перспективе приятно знать, что неудержимый марш человеческого прогресса не прекратится, по крайней мере, еще несколько лет.
Вы рады более быстрым фишкам? Обеспокоены концом закона Мура? Дайте нам знать об этом в комментариях!
Авторы изображения: компьютерный микрочип от Shutterstock, «Кремниевая крода», «Аргон-ионный лазер», «Логотип Intel» от Wikimedia
