Prawo Moore’a: wytrzymać próbę czasu

Prawo Moore’a, na którym opiera się rozwój branży półprzewodnikowej od ponad 40 lat, zostało niedawno uznane przez analityka Dana Hutchesona za „jedną z najważniejszych teorii ekonomicznych opracowanych w XX wieku” oraz „zdecydowanie najważniejszą teorię w dziedzinie ekonomii innowacji”.
Kiedy dr Gordon E. Moore pracował jako dyrektor laboratoriów rozwojowo-badawczych w firmie Fairchild Semiconductor, opublikował w magazynie Electronics rozważania dotyczące trendów produkcyjnych i modelu ekonomicznego. Zilustrował je krzywą kosztów pokazującą liczbę komponentów półprzewodnikowych, które w danym czasie miały być zintegrowane w najbardziej ekonomicznych układach. Stwierdził, że „złożoność odpowiadająca minimalnemu kosztowi komponentów co rok staje się w przybliżeniu dwukrotnie większa”.
Moore później wydłużył ten okres do dwóch lat, a jego spostrzeżenie z czasem ochrzczono „prawem Moore’a” i zinterpretowano w ten sposób, że liczba tranzystorów w układach scalonych podwaja się mniej więcej co dwa lata.

Prawo Moore’a wciąż przynosi korzyści
Zwiększanie liczby tranzystorów w mikroprocesorze pozwala uzyskać więcej funkcji w każdym chipie przy znacznie niższym koszcie każdej funkcji, co przekłada się na coraz mniejsze, wydajniejsze i bardziej energooszczędne urządzenia. Prawo Moore’a leży u podstaw ważnego trendu ostatniej dekady, jakim są procesory wielordzeniowe. Zapewniają one znacznie wyższą wydajność (zwłaszcza w aplikacjach nadających się do wykonywania równoległego), jednocześnie ograniczając zużycie energii.

Ponadto w historii technologii komputerowej stopniowo integrowano kolejne możliwości i funkcje; koprocesory matematyczne, pamięć podręczna i kontrolery pamięci zostały przeniesione z płyty głównej do obudowy procesora. Niebawem Intel pokaże mikroprocesory z kompletnym, wbudowanym rozwiązaniem graficznym. Procesory te radykalnie upraszczają konstrukcję płyty głównej i umożliwiają projektowanie bardziej kompaktowych systemów do wszystkich zastosowań.

Zwiększanie liczby tranzystorów w mikroprocesorze umożliwia również tworzenie ściśle zintegrowanych, energooszczędnych i ekonomicznych komponentów typu System-on-a-Chip (SoC) do smartfonów, mobilnych urządzeń internetowych (MID) oraz zastosowań wbudowanych.

Prawo Moore’a jest siłą napędową intelowskiego modelu „tik-tak” — nowa technologia produkcyjna mniej więcej co dwa lata i nowa mikroarchitektura procesora w naprzemiennych latach — który sprawia, że co rok na rynek trafiają nowe produkty.

Przyszłość prawa Moore’a
Intel obecnie wie, jak przedłużyć ważność prawa Moore’a na kilka kolejnych generacji. Ta perspektywa czasowa nie zmieniła się w ciągu ostatnich kilku dekad. Kontynuacja prawa Moore’a wymaga nie tylko dalszej miniaturyzacji, ale również innowacji w dziedzinie struktury obwodów scalonych i materiałów, z jakich są wykonywane. Dobre przykłady tego trendu to materiał typu „strained silicon” oraz tranzystory z metalową bramką i warstwą izolacyjną o wysokiej stałej dielektrycznej (high-k).

Kolejnym obszarem badań Intela jest stosowanie półprzewodników złożonych (a nie krzemu) w kanale tranzystora. Materiały te, znane jako III-V, mogą znacznie zwiększyć wydajność tranzystora przy mniejszym zużyciu energii. Najpierw trzeba jednak rozwiązać pewne problemy, zwłaszcza związane z integrowaniem nowych materiałów z podłożem krzemowym.

Pozostaje jeszcze wiele innych wyzwań, spośród których na szczególną uwagę zasługuje litografia. Dziś Intel kształtuje obwody w swoich chipach za pomocą światła o długości fali 193 nm, choć zawierają one elementy o wielkości zaledwie 30 nm. W przyszłości Intel i inni producenci półprzewodników będą musieli wykorzystać nowe procesy litograficzne.

Intel bada również konstrukcje trójwymiarowe i inne sposoby integracji, aby zagęścić połączenia między chipami, zmniejszyć ich wymiary i umożliwić łączenie niepodobnych technologii.

Podsumowanie
Prawo Moore’a będzie obowiązywać w branży półprzewodnikowej jeszcze przez znaczną część XXI wieku. Intel jest branżowym liderem, jeśli chodzi o wprowadzanie nowych rozwiązań do produkcji, i pozostanie siłą napędową innowacji wynikających z prawa Moore’a.

Bibliografia:
Hutcheson, Dan (32 lipca 2009). Innovation Economics: Why Moore’s Law is about more than semiconductors. The Chip Insider. Pobrano spod adresu http://www.wesrch.com/Documents/view_editorial.php?flag=3&editorial_id=EL11U2U
Moore, Gordon E. (19 kwietnia 1965). The Experts Look Ahead: Cramming more components onto integrated circuits. Electronics, tom 38, numer 8. Pobrano spod adresu http://download.intel.com/museum/Moores_Law/Articles-Press_Releases/Gordon_Moore_1965_Article.pdf

Intel i logo Intel to znaki towarowe Intel Corporation w Stanach Zjednoczonych i innych krajach.
*Inne nazwy i marki mogą być własnością odpowiednich podmiotów.