החוק של מור בצומת דרכים חדשה

לאחרונה התרחשו מספר סיפורים על כך שהחוק של מור מסתיים. זה לא מפתיע במיוחד - אנשים חוזים את מותו כבר עשרות שנים, ואני התייחסתי לסוגיות בעבר - אבל הדיון נמשך חיים חדשים. סיפור בכתב העת Nature מאת M. Mitchell Waldrop מאשר את מה שרוב התעשייה חשדה בו - שהדור הבא של מפת הדרכים הטכנולוגית הבינלאומית למוליכים למחצה (ITRS) יתמקד לא בהקטנת הטרנזיסטורים, אלא בפיתוח התקדמות שבבים ליישומים ספציפיים..

החוק של מור מבוסס כמובן על תצפיתו של גורדון מור (שהיה מאוחר יותר ימשיך למצוא את אינטל), במהדורת האלקטרוניקה של אפריל 1965, כי מספר הטרנזיסטורים במעבד הוכפל מדי שנה. (עותק מקוון כאן.) עד 1975, הוא הוכח כנכון, אך שינה את הערכתו לגבי הכפלת השבבים לשנתיים, קצב שעבר הענף ברובו עד לאחרונה.

בשנת 1991 החלה תעשיית המוליכים למחצה האמריקנית את מה שיהפוך ל- ITRS עם תרומות מקבוצות התעשייה מאירופה, יפן, טייוואן ודרום קוריאה. במהלך השנים חלו המון שינויים במפת הדרכים הזו. עד תחילת שנות האלפיים, לא רק שמספר הטרנזיסטורים על השבב הכפיל את כל הדורות, גם שיעורי השעון עלו, מה שהביא לעלייה ברורה בביצועים. שבבים עקבו אחר מה שנקרא קנה מידה של דנארד, על סמך מאמר משנת 1974 שאמר שככל שהטרנזיסטורים התרחבו, הביצועים עלו בערך באותו גורם באותו כוח. אבל כאשר השבבים ירדו מתחת ל- 90 ננומטר לערך, זה הפסיק לעבוד, ואחרי שהשבבים הגיעו ל- 3GHz או 4GHz, הם פשוט השתמשו בכוח רב מדי והתחמם מדי. במקום להשתמש בליבות מהירות יותר, התעשייה פנתה לשימוש במספר רב יותר של ליבות, שעובדות ביישומים מסוימים אך לא באחרות. בינתיים, שבבי הסלולר הפכו פופולריים יותר, מה שהביא עימם דרישה לשימוש עוד יותר בהספק.

שינוי גדול נוסף הגיע עם חומרים. במשך רוב תקופה זו, השבבים היו ברובם MOSFETs או טרנזיסטורי אפקט שדה-תחמוצת מתכת-סיליקון, כלומר החומרים הבסיסיים היו פשוטים למדי. במהלך העשור האחרון ראינו את הטמעתם של סיליקון מתוח, שער מתכת גבוה K וטכנולוגיות FinFET - כל השיטות להגברת הצפיפות והביצועים מעבר למה שהחומרים והעיצובים המסורתיים יכולים להשיג. רוב הצופים חושבים שכשנגיע לייצור של 7 ננומטר ומטה, נצטרך חומרים אלטרנטיביים חדשים יותר כמו סיליקון גרמניום (SiGE) ואינדיום גליום ארסניד (InGaAs) וכי בסופו של דבר אנו עשויים לעבור למבנה טרנזיסטור אחר כמו שער - הכל טרנזיסטורים מקדימים המכונים ננו-חוטים.

לאחרונה כלי ליטוגרפיה - אלה שמאירים את האורות המפעילים חומרים על גבי הסיליקון כדי לצייר את דפוסי עיצוב השבבים - היו גם הם סטטיים יחסית, כאשר ליטוגרפיה לטבילה של 193 ננומטר הייתה תקן במשך שנים. ללא החלפתו, המכונה ליטוגרפיה אולטרה סגולה (EUV) קיצונית, יצרני השבבים נאלצים להשתמש בדוגמאות מרובות, מה שמעלה את העלויות. ASML ושותפיה עובדים על EUV מזה זמן, ונראה כי כעת היא ממוקדת לייצור 7nm.

השילוב בין סוף קנה המידה של דנארד, חומרים חדשים ורב דפוסים העלו את עלויות הפריסה של כל דור טכנולוגיה חדש. וקשה יותר לעשות זאת, כאשר אינטל אמרה לאחרונה כי התוכניות שלה ל -10 ננומטר היו שנתיים וחצי לאחר המבוא של 14 ננומטר, כלומר, הדבר יתרחש בשנת 2017. סמסונג ו- TSMC מדברים שניהם גם על הכנת שבבי 10 ננומטר מוכנים לייצור המוני ב 2017, וייתכן שהם אפילו יכולים לנצח את אינטל לצומת זה (אם כי, כמובן, יש שאלות לגבי שמות צומת והאם התהליכים שלהם צפופים כמו זה של אינטל.)

השינויים במפת הדרכים של ITRS אינם מכחישים כי המשך שינוי הגודל יתרחש לזמן מה, אם כי כבר לא בהיקף של שנתיים אליו היינו רגילים, ובמגבלות פיזיות אמיתיות להגיע. אולם הגרסה החדשה - המכונה מפת הדרכים הבינלאומית למכשירים ומערכות - ככל הנראה מדגישה סוגים שונים של טכנולוגיה ליישומים שונים, כמו חיישנים, סמארטפונים ושרתים; ושילוב סוגים שונים של טרנזיסטורים לדברים שונים, כגון זיכרון תלת מימד, ניהול צריכת חשמל או אותות אנלוגיים.

אז האם החוק של מור באמת מת הפעם? אני בספק. אינטל כל הזמן אומרת "החוק של מור חי וקיים" והם ואחרים נותנים סיבות טובות לכך שהשבבים ימשיכו להיות צפופים יותר בעשור הבא בערך, גם כאשר העלויות ימשיכו לעלות. אך אין ספק שאנו הולכים לראות שינויים רבים בעיצוב השבבים, כאשר אנו מתרחקים יותר ויותר מהמושג של עיצוב יחיד המתרחש ממכשירים זעירים עד למרכז הנתונים. וזה אומר שמעצבי שבבים יתמודדו עם כמה החלטות מסוכנות, וכי הלקוחות יצטרכו להקפיד אפילו יותר על הבחירות שהם מבצעים.