กฎของมัวร์ยังมีชีวิตอยู่และดีหรือไม่? ขึ้นอยู่กับวิธีการกำหนดสเกล

เมื่อไม่นานมานี้มีการพูดคุยกันมากมายเกี่ยวกับกฎของมัวร์ที่ชะลอตัวลงและความท้าทายที่ผู้ผลิตชิปต้องเผชิญเมื่อพวกเขาพยายามที่จะย้ายไปสู่มิติที่เล็กลง แน่นอนว่าพีซีไม่ได้รับเร็วขึ้นเท่าที่เคยเป็นมาและความท้าทายที่ผู้ผลิตชิปต้องเผชิญก็ไม่เคยสูงขึ้น ถึงกระนั้น Intel ก็ยังยืนยันว่า "กฎของมัวร์ยังมีชีวิตอยู่และดี" เมื่อพูดถึงแผนการผลิต 10nm และ 7nm เพื่อลองคิดดูว่าเกิดอะไรขึ้นฉันดูที่การวัดความก้าวหน้าที่แตกต่างกันและได้คำตอบที่แตกต่างกัน

ในขณะที่หลาย ๆ คนกำลังพูดถึงกฎของมัวร์ด้วยความเร็วจริง ๆ แล้วเป็นการวัดอัตราในการเพิ่มความซับซ้อนขององค์ประกอบขั้นต่ำซึ่งระบุว่าจำนวนทรานซิสเตอร์จะเพิ่มเป็นสองเท่าเป็นระยะ ในกระดาษ 2508 เริ่มต้นการทวีคูณนี้เกิดขึ้นทุก ๆ ปีแม้ว่าในปี 1975 มัวร์ได้ปรับปรุงการคาดการณ์ของเขาเป็นสองเท่าทุก ๆ สองปีซึ่งโดยทั่วไปแล้วผู้ผลิตชิปมาร์คได้พยายามอย่างต่อเนื่องมานานแล้ว

เมื่อวันที่นักลงทุนของ Intel เมื่อเดือนที่แล้ว Bill Holt รองประธานบริหารและผู้จัดการทั่วไปของกลุ่มเทคโนโลยีและการผลิตได้แสดงภาพนิ่งอีกครั้งว่าจำนวนทรานซิสเตอร์ "ปกติ" ต่อพื้นที่ลดลงเร็วกว่าเท่าตัวถึงสองเท่า ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นเร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ ผลที่ได้เขากล่าวคือราคาต่อทรานซิสเตอร์ยังคงดำเนินต่อไป

แต่เป็นครั้งแรกที่ฉันจำได้เขาเน้นว่าทรานซิสเตอร์ชนิดต่าง ๆ ภายในชิปต้องการพื้นที่ในชิปที่แตกต่างกันโดยเซลล์หน่วยความจำ SRAM นั้นมีความหนาแน่นมากกว่าเซลล์ตรรกะประมาณสามเท่า เขาใช้การยืนยันนี้เพื่อเบี่ยงเบนคำถามเกี่ยวกับความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์โดยเฉลี่ยเมื่อเทียบกับชิป Apple A9 ที่ผลิตโดย Samsung หรือ TSMC

เพื่อให้ได้ภาพที่ใกล้ยิ่งขึ้นเพื่อนร่วมงานของฉัน John Morris และฉันดูสถิติที่เผยแพร่ของ Intel บนชิปของตนตั้งแต่ปี 1999 จาก Pentium III (หรือที่เรียกว่า Coppermine) ซึ่งผลิตที่ 180nm จนถึงชิป Broadwell Core ของปีที่แล้ว ด้วยเทคโนโลยี 14nm

ครั้งแรกที่เราดูที่ Gate Pitch Scaling ระยะทางต่ำสุดระหว่างประตูที่ทำขึ้นทรานซิสเตอร์ การปรับสเกลแบบดั้งเดิมจะแนะนำว่าจะลดลง 70 เปอร์เซ็นต์ต่อรุ่น ในวัดนี้เป็นที่ชัดเจนว่าในขณะที่การไต่ระดับยังคงดำเนินต่อไปเราไม่เห็นการลดลงมากเท่าที่เราคาดหวัง

แต่เทคนิคอื่น ๆ ที่ผู้ผลิตชิปใช้นั้นเปลี่ยนไปเล็กน้อย เมื่อดูที่เซลล์หน่วยความจำ SRAM ซึ่งเป็นส่วนที่หนาแน่นที่สุดและพื้นฐานที่สุดของชิปเราจะเห็นได้ว่าเมื่อไม่นานมานี้สิ่งนี้ทำให้เราลดลง 50 เปอร์เซ็นต์ต่อการสร้างกระบวนการแม้ว่ามันจะลื่นไถลก็ตาม

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาอินเทลยังได้เน้นถึงการปรับขนาดพื้นที่ตรรกะทั้งหมดซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของระยะห่างเกทและระยะห่างขั้นต่ำของการเชื่อมต่อโลหะที่ส่งสัญญาณเส้นทางรอบชิปนั้นและเชื่อมต่อกับโลกภายนอก เรื่องนี้ทำให้รู้สึกบางอย่างเพราะถ้าขนาดทรานซิสเตอร์ทรานซิสเตอร์ แต่การเชื่อมต่อระหว่างกันไม่ได้เล็กลงขนาดชิปและค่าใช้จ่ายโดยรวมจะไม่ลดลง ตัวอย่างเช่นกระบวนการ 16nm FinFET ของ TSMC ใช้กระบวนการโลหะส่วนหลังเหมือนกับชิประนาบ 20nm ดังนั้นจึงมีการหดตัวเล็กน้อย (แม้ว่าจะเร็วกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่า) ในแง่ของการปรับขนาดพื้นที่ลอจิก Intel ดูเหมือนว่าจะเป็นไปตามเป้าหมายในรุ่นล่าสุด

มีหลายวิธีในการดูแนวโน้มและสิ่งหนึ่งที่ดูเหมือนชัดเจนคือตอนนี้ใช้เวลานานกว่าที่จะไปยังโหนดถัดไปมากกว่าที่ได้รับใน 20 ปีที่ผ่านมา แทนที่จะเป็นสองปีระหว่างโหนดสำหรับ 14nm และ 10nm ที่กำลังจะเกิดขึ้นจริง ๆ มันจะเข้าใกล้ 2.5 ปีโดยชิป 10nm มีกำหนดจะมาถึงในช่วงครึ่งหลังของปี 2560

Intel ชี้ให้เห็นว่าในระยะยาว - กลับไปสู่ไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรก 4004 ซึ่งเป็นช่วงเวลาระหว่างเทคโนโลยีชิปรุ่นใหม่มีความยืดหยุ่นอยู่เสมอ

Intel ใช้สไลด์นี้ (ซึ่ง Intel Fellow Mark Bohr แสดงมาหลายครั้ง) เพื่อระบุจังหวะของกฎของมัวร์จากไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกคือ Intel 4004 ซึ่งใช้ทรานซิสเตอร์ 2, 300 ตัวในกระบวนการ 10 ไมครอนในปี 1971 จนถึงกระบวนการ 14nm ในปัจจุบัน ในการดูแผนภูมินี้ Intel กล่าวว่าจังหวะเฉลี่ยนั้นเป็นโหนดใหม่ทุก 2.3 ปี ในมุมมองนั้นการก้าว 2.5 ปีสำหรับ 14nm และ 10nm นั้นไม่สำคัญเท่าไหร่ ฉันมองดูและดูกฎของมัวร์ที่เร็วขึ้นตั้งแต่ประมาณ 1995 ถึงประมาณ 2012 เมื่อผลิตภัณฑ์ 22nm Ivy Bridge เริ่มปรากฏ ตอนนี้จังหวะดูเหมือนจะช้าลงอีกครั้ง

(โปรดทราบว่า Intel หยุดให้ข้อมูลขนาดและทรานซิสเตอร์กับ 14nm รุ่นที่อ้างถึงปัญหาการแข่งขันดังนั้นตัวเลขล่าสุดที่เรามีสำหรับ quad-core มาจาก 22nm Haswell ซึ่งมี 1.4 พันล้านทรานซิสเตอร์ใน 177 มม. ² ตาย)

กฎของมัวร์ช้าลงหรือไม่ ขึ้นอยู่กับว่าคุณจะมองอย่างไร เป็นที่ชัดเจนว่าในบางมาตรการความเร็วที่ดูเหมือนว่าจะชะลอตัวลงและความท้าทายที่ผู้ผลิตชิปเผชิญกับการทำงานหนักขึ้นในแต่ละรุ่น วันนี้มีเพียงสี่ บริษัท เท่านั้นคือ Intel, GlobalFoundries, Samsung และ TSMC อ้างว่ามีกระบวนการ 14 หรือ 16nm การสร้างชิปใหม่บนหนึ่งในกระบวนการใหม่เหล่านี้มีราคาแพงกว่าที่เคย แต่มีเหตุผลเพียงพอและแรงจูงใจมากพอที่จะคาดหวังว่าเราจะเห็นชิป 10nm ประมาณปี 2017 และชิป 7nm, 5nm และ 3nm จะตามมา