Отвъд Закона на Мур – какво следва?

SiliconWafer

Знаете ли какъв е проблемът със Закона на Мур? Че съвсем скоро ще престане да бъде закон. Всъщност още когато е формулиран през 1965 година от Гордън Мур (един от съоснователите на Intel) той е бил по-скоро научно наблюдение констатиращо интересна зависимост, според която изчислителната мощ се удвоява на всеки 18 месеца.

Иначе казано – микропроцесорната индустрия съумява по някакъв „магически“ (всъщност доста солидно научно обоснован начин) да произведе точно два пъти по-бързи чипове пред период от грубо година и половина.

За близо половин век Законът на Мур неизменно доказва правилността си, но напоследък индустрията която осигурява действието му все повече се доближава до сблъсък с един изглеждащ непреодолим проблем, който в дългосрочен план може да доведе до тотално преосмисляне на тази зависимост.

Става дума за следното: за удвояването в изчислителната мощ на всяко следващо поколение микропроцесори, на практика е свързано основно с едно – удвояване (или почти удвояване) броя на най-малките елементи от които те са изградени – така наречените транзистори.

a-silicon-wafer-in-sand-maybe-640x353

Прогресивното увеличаване на бройката транзистори обаче води до непрекъснато нарастване на плътността с която те се разполагат върху единица площ. За целта разстоянието между тях непрекъснато намалява с годините – зависимост която е изразена в наименованието на производствения (литографски) процес използван за създаването им. Ако през последните години слушате за „14, 16 или 22 нанометрови процесори“ именно това е причината – тези термини обозначават минималното разстояние между отделните транзистори от които те са изградени, измерено в нанометри.
Колкото по-малко е разстоянието, толкова по-голяма е плътността на единица площ, респективно бройката на транзисторите, а оттам и мощта на съответния микропроцесор.

Разбира се това е твърде опростено представяне на една изключително комплексна технология, но достатъчно добра илюстрация на Закона на Мур и неговия принцип на действие.

Лошата новина за производителите на процесори е свързана най-вече с материала който през последните 50 и повече години основно се използва за изработка на микрочипове. Широко известен факт е, че тук става дума за силиций или по-точно за сцилициеви пластини с определена площ, обработвани с помощта на специална технология, а след това разкроявани и нарязвани на отделни процесорни единици.

Проблема обаче е, че съществуват определени физични зависимости, които не позволяват безкрайно намаляване на разстоянието между отделните транзистори в базираните на силиций чипове. Колкото по-малко пространство има между два съседни транзистора, толкова повече се увеличава вероятността от свободно прескачане на електронни от един силициев атом към друг, а това води до куп неприятни странични ефекти, като например възникване на грешки при изчисленията, загуба на електрически заряд при работа (утечки на ток) и прочее дефекти, които пречат на чипа да изпълнява коректно задачите си.

Intel CPU mit 48 Kernen

През последните десетина години редица големи компании в бранша усилено търсят решение на този проблем, водени от ясното разбиране, че ако такова не се намери, със Закона на Мур е свършено. В един момент смаляването на разстоянието между транзисторите няма да доведе до никакъв полезен ефект, а до купчина дефектни и съответно напълно безполезни силициеви пластини.

И макар напоследък да се говори за какви ли не екзотични и изглеждащи обещаващи (но само на хартия) футуристични технологии, базирани на материали от следващо поколение, като графен и нано тръби, повечето компании, които гледат сериозно на проблема са наясно, че има точно три възможни решения, които биха могли да обезпечат действието на Закона на Мур през идните десет години.

Едно от тях са така наречените III-V полупроводници (сплави изградени от метали групи III и V). Техническата и инженерна материя зад тази идея е твърде сложна за разискване, но накратко идеята е, че тук говорим за материал напълно способен да замени силиция като основа за изработка на масови микропроцесори – при това почти веднага, а не след 30 или 50 години напред в бъдещето.

Доказателство за перспективността на тази технология са резултатите постигнати от Imec – един от най-големите изследователски центрове в света занимаващи се с проучвания в областта на полупроводниците.

Неотдавна оттам беше изнесена информация за създаването на първата монолитна 300 мм пластина, която може да бъде използвана за създаване на работещи CMOS чипове. Макар и да е все още относително далеч от етапа на внедряване за масово, серийно производство, този успех несъмнено е първата стъпка към успешна замяна на добрия, стар силиций и постигане на още по-голяма плътност за разполагане на транзистори върху единица площ.

IntelBroadwell-640x353

Например най-съвършеният в момента производствен процес използван от Intel за целта успява да постигне минимално разстояние от 14 нанометра между отделните транзистори. III-V технологията на Imec обещава разстояния от 7 и по-малко нанометра т.е. почти два пъти по-малки.

Интересен е и факта, че за Imec стои доста солиден консорциум от компании – много от които водещи в областта на производството на микропроцесори – говорим за гиганти от ранга на Intel, TSMC, GlobalFoundries, Samsung, Micron и SK Hynix.

Както виждате това далеч не са случайни имена и факта, че всички те активно подпомагат Imec в дейността им, говори достатъчно за надеждите, възлагани на тази многообещаваща, нова технология.

Author: Драгомир Дончев

Share This Post On

Submit a Comment

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *