Вспомните, каким был ваш первый компьютер и сравните его со нынешним. Почему каждый следующий смартфон или компьютер получается более мощным и компактным, чем предыдущий? Ответ на этот вопрос вы найдёте в законе Мура, который гласит: «Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца!». Готовы поспорить, что об этом законе многие слышат впервые и к тому же, совсем не понимают, о чём идёт речь. Между тем, он отметил свой 50-летний юбилей. И эти полстолетия электроника развивалась строго в соответствии с ним. Но будет ли так всегда?

Наблюдение, ставшее законом

Закон Мура известен любому, кто имеет отношение к производству микропроцессоров, разбирается в микроэлектронике и микросхемах или хорошо понимает, как устроен компьютер.Чтобы смысл закона Мура стала понятен и вам, мы сформулируем его по-другому, используя простые и понятные слова: Вычислительная мощность и производительность компьютера удваивается каждые 24 месяца.

Действительно, персональные , ноутбуки, смартфоны очень быстро устаревают. Вы, наверное, замечали: не успел купить новую модель, через некоторое время появляются более мощные, более быстрые, с большим объёмом памяти. При этом их цена остаётся прежней, а если повышается, то не на много. И все это благодаря развитию технологий.

Гордон Мур – один из тех, кто в 1968 году основал корпорацию Intel. В течение первых семи лет был исполнительным вице-президентом корпорации. Затем президентом и главным управляющим Intel. До 1997 года занимал пост председателя совета директоров. Ныне 87-летний Гордон Мур является почётным председателем совета директоров корпорации Intel и проживает на Гавайях.

Свой закон Гордон Мур вывел на основе наблюдений, а огласил его в 1965 году. Он заметил, что ежегодно стоимость одного транзистора уменьшается, а их количество на одном кристалле удваивается. Это объяснялось бурным развитием микроэлектроники и растущими потребностями в более мощных компьютерах. Но через десять лет Гордон Мур внёс в свой закон небольшие изменения: число транзисторов удваивается каждые два года.

Связано это было с тем, что разработка новинок стоит дополнительных денег и их необходимо окупить. Поэтому слишком частый выпуск новых продуктов не даёт компании достаточно времени заработать на них, а слишком редкий выпуск новых продуктов открывал бы дорогу конкурентам. Чтобы компания не осталась в убытках, нужна золотая середина, которую и нащупал Мур.

То, что изначально было интересным наблюдением, впоследствии стало правилом и законом для всей индустрии, которая жила и развивалась по ним все 50 лет. Однако теперь многие эксперты заявляют, что дни «закона Мура» сочтены. Чтобы разобраться, так ли это, нужно стать немножко специалистом. Попробуем?

Как работает транзистор

Итак, интегральная схема (синонимы: микросхема, чип) – это, как бы, мозг любого электронного устройства. Мы не зря использовали слово мозг, ведь у чипа тоже есть своя память и логика. Человеческий мозг получает информацию, перерабатывает, а потом передаёт её другим органам человека. Вернее, это делают нейроны головного мозга при помощи химических и электрических сигналов. Чип, как и мозг, также обрабатывает, хранит и передаёт информацию при помощи электрических сигналов. Но только роль нейронов играют транзисторы. Благодаря транзисторам, чип может выполнять наши команды. Например, банковские карты, удостоверения личности, SIM-карты имеют встроенные чипы, которые хранят разную информацию, обрабатывают её, а также выполняют разные операции.

Таким образом, транзисторы определяют работу всей интегральной схемы, потому что они усиляют, генерируют и преобразовывают электрические сигналы. Другими словами, транзистор – это усилительный элемент. Он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.

Чтобы было понятно, приведём аналогию. При нажатии педали акселератора (педали газа) увеличивается скорость автомобиля. При этом на педаль нажимать приходится не очень сильно. Мощность нажатия на педаль ничтожна по сравнению с мощностью, которую развивает при этом двигатель. Чем больше угол нажатия на педаль, тем больше открываются специальные клапаны (заслонки в карбюраторе), которые регулируют количество подаваемой топливно-воздушной смеси в двигатель, где она и сгорает, увеличивая давление внутри двигателя. Как следствие, увеличивается частота вращения вала двигателя и скорость движения автомобиля.

То есть, акселератор можно назвать усилительным элементом, который при помощи слабой энергии, затрачиваемой человеком при нажатии на педаль, управляет и преобразовывает более мощную энергию, источником которой является бензин.

В транзисторе всё происходит также. Только через него проходит не бензин, а электрический ток.

Физический предел

Как вы помните, закон Мура есть результат наблюдательности господина Мура, который при его формулировке не задумывался о законах математики и физики. Поэтому, чтобы он работал и далее, нужно, чтобы производители каждые два года умудрялись «впихивать» в чип в два раза больше транзисторов.

К сожалению, этот процесс не может быть бесконечным, и уменьшение размеров транзисторов имеет свой предел. Связано это в первую очередь с физическими ограничениями: невозможно делать элементы бесконечно маленькими. Когда транзистор станет размером в несколько атомов, в силу вступят квантовые взаимодействия. Это означает, что предсказать движение электронов станет просто невозможным,а это сделает транзистор бесполезным.

Но проблемы на этом не закончатся. Чем больше количество транзисторов в чипе, тем больше тепловыделение. Как вы знаете, высокие температуры сильно влияют на проводимость тока, что опять же может сделать транзистор непригодным.

На данный момент самый маленький размер транзисторов – 22 нанометра – в процессоре Intel Haswell (1 нанометр равен одной миллиардной части метра, т. е. 10−9метра). У корпорации Intel ещё имеется потенциал дальнейшего уменьшения размеров транзистора. Так, 10-нанометровые чипы должны появиться на рынке во второй половине 2017 года.

С каждым годом удвоение транзисторов на кристалле уже не делает их дешевле. Иначе говоря, следовать закону Мура уже невыгодно для производителей. Ведь с каждым новым шагом на преодоление физических барьеров начинает уходить больше средств: сложные материалы, суперсовременное оборудование, огромный штат научных сотрудников и при этом – большое количество отбракованных микросхем, ведь при создание супертонкой кристаллической кремниевой пластинки с встроенными в неё микроскопическими транзисторами будет очень чувствительна даже к небольшим, незаметным человеку изменениям, например колебаниям земной коры.

Итак, рано или поздно, законы природы положат конец господству закона Мура. Окончание эры стремительного развития кремниевых транзисторов предсказывают на 2020-2025 годы. Что же ждёт компьютеры дальше? Эксперты предрекают, что появятся 3D- и молекулярные транзисторы, а в более далёкой перспективе – квантовые.

Размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Часто цитируемый интервал в 18 месяцев связан с прогнозом Давида Хауса из Intel , по мнению которого производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и быстродействия каждого из них.

Рост числа транзисторов на кристалле микропроцессора показан на графике справа. Точки соответствуют наблюдаемым данным, а прямая - периоду удвоения в 24 месяца.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

✪ НАУКА ЗА МИНУТУ_Спинтроника

✪ Парадокс Мура

✪ Артем Оганов: Новые материалы

Субтитры

НАУКА ЗА МИНУТУ [ЗВУК ТИКАЮЩИХ ЧАСОВ] В 1965 году один из основателей Intel Гордон Мур обнаружил удивительную закономерность: количество транзисторов в микросхемах возрастает примерно вдвое за год. Мы называем это правило, с несущественными модификациями, законом Мура. Закон Мура – страшная сила. Посмотрите на небо. Все звезды, которые вы видите, входят в нашу галактику. А теперь вообразите, что сейчас за одну секунду в мире производится 25 таких галактик, но из транзисторов! Этот закон Мура - главный драйвер Индустрии 4.0. Но такой рост не может быть вечным. Такие люди, как вице-президент NVIDIA Билл Дэлли или физик-теоретик Мичио Каку, говорят, что закон Мура либо уже мертв, либо умрет в ближайшие 5 лет. Дело в том, что нельзя уменьшать размеры транзисторов до бесконечности. Когда они станут меньше 5 нанометров, рабочая температура чипов станет слишком высокой, и электроны начнут улетать. Неужели рост скоро замедлится? Нет! На смену приходит новая технология, называемая спинтроника. В устройствах спинтроники, в отличие от устройств обычной электроники, энергию или информацию переносит не электрический ток, а ток спинов! Сейчас в мире идет бум – спинтроника вместо электроники. Новые технологии наступают! Индустрия 4.0! Готовьтесь! НАУКА ЗА МИНУТУ МЕДИАЦЕНТР БФУ ИМЕНИ И. КАНТА Субтитры КАРИНЫ МОКИНОЙ

История

По поводу эффектов, обусловленных законом Мура, в журнале «В мире науки » как-то было приведено такое интересное сравнение:

«Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы 500 долл. и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом пять галлонов (~18,9 л) топлива. Приведенные цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ».

В 2003 году Мур опубликовал работу «No Exponential is Forever: But „Forever“ Can Be Delayed!», в которой признал, что экспоненциальный рост физических величин в течение длительного времени невозможен, и постоянно достигаются те или иные пределы. Лишь эволюция транзисторов и технологий их изготовления позволяла продлить действие закона еще на несколько поколений .

В 2007 году Мур заявил, что закон, очевидно, скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света .

Одним из физических ограничений на миниатюризацию электронных схем является также принцип Ландауэра , согласно которому логические схемы, не являющиеся. На протяжении многих лет, производители процессоров постоянно увеличивали тактовую частоту и параллелизм на уровне инструкций, так что на новых процессорах старые однопоточные приложения исполнялись быстрее без каких-либо изменений в программном коде. Сейчас по разным причинам производители процессоров предпочитают многоядерные архитектуры, и для получения всей выгоды от возросшей производительности ЦП программы должны переписываться в соответствующей манере. Однако, по фундаментальным причинам, это возможно не всегда.

Закон Мура умер в возрасте 51 года после продолжительной болезни.

В 1965 г. один из основателей компании Intel Гордон Мур заметил, что число электронных компонентов в интегральных схемах удваивается примерно каждые 12 месяцев. Кроме того, как много раз говорилось на этом сайте в 2003 г., оптимальное с точки зрения цены количество транзисторов в одной микросхеме удваивалось каждые 12 месяцев. В 1965 г. самая низкая стоимость одного транзистора достигалась при 50‑ти транзисторах на одной микросхеме; Мур предсказал, что в 1970 г. оптимальное количество достигнет 1 000 компонентов на микросхему, а цена за транзистор упадёт до 90 центов.

Кое‑что добавив и упростив, это наблюдение стали называть «Законом Мура»: количество транзисторов на одну микросхему будет удваиваться каждые 12 месяцев.

В этом наблюдении не было ни научной, ни инженерной необходимости. Гордон Мур просто зафиксировал текущее положение дел. Индустрия микроэлектроники приняла эту заметку не только как описание ситуации и предположение о будущем, но и как имеющий силу, директивный закон - цель, к которой должна стремиться вся промышленность.

Достижение этой цели не произошло само собой. Создание кремниевой микросхемы сложный процесс, включающий оборудование, программное обеспечение и сырьё, и всё это исходит от нескольких разных компаний. Чтобы синхронизовать работу отдельных производителей для обеспечения Закона Мура, представители индустрии публиковали графики появления технологий и переходов на новые уровни, необходимых для соблюдения Закона Мура. Ассоциация полупроводниковой промышленности, состоящая преимущественно из компаний Северной Америки и включающая фирмы Intel, AMD, TSMC, GlobalFoundries и IBM, начала публиковать такие графики в 1992 г., а в 1998 г. к ассоциации присоединилось множество организаций со всего мира, чтобы составить Международный план по развитию полупроводниковой технологии. Последний план был опубликован в 2013 г.

Проблемы с оригинальной формулировкой закона проявились уже на ранних стадиях. В 1975 г., собрав больше фактических данных, Гордон Мур внёс корректировки в закон: время удвоения он увеличил с 12 месяцев до 24. Однако на протяжении трёх десятилетий простое пропорциональное уменьшение геометрических размеров - уменьшение всех элементов на микросхеме - обеспечило стабильное соблюдение предсказаний Мура.

В 2000 г. стало ясно, что пропорциональное уменьшение размеров уже подошло к своему пределу, но были разработаны различные технические меры, чтобы продолжать двигаться по кривой закона. При 90 нм был применён напряжённый кремний, при 45 нм - новые материалы для увеличения ёмкости каждого транзистора, наслоённого на кремний. При 22 нм эстафету подхватили транзисторы с тройным затвором.

Подпись к изображению: Экстраполяция оптимального (с точки зрения цены за один компонент) количества электронных компонентов на одной интегральной схеме»

Но и эти техники исчерпали свои возможности. Существуют большие сложности с процессом фотолитографии, используемой для переноса топологии микросхемы на кремниевую подложку: применяемый сегодня свет с длиной волны в 193 нм позволяет достичь разрешения в 14 нм. Применение света с меньшей длиной волны возможно, но усложняет производственный процесс и увеличивает его стоимость. Долгое время была надежда, что фотолитография в глубоком ультрафиолете (экстремальная ультрафиолетовая литография - ЭУФ), в которой используется источник с длиной волны в 13,5 нм, позволит преодолеть это ограничение, но готовые к внедрению в производство технологии ЭУФ обнаружили множество сложностей, связанных с их наладкой.

Даже при использовании ЭУФ всё равно не ясно, насколько ещё возможно уменьшать размеры элементов; при 2 нм транзисторы будут всего 10 атомов в ширину, и вряд ли они будут надёжно работать при таких размерах. Даже если бы эту проблему удалось решить, то встаёт во весь рост угроза большого энергопотребления и рассеяния мощности: по мере уплотнения компоновки транзисторов увеличивается и рассеяние.

Новые технологии, как, например, напряжённый кремний и транзисторы с тройным затвором, потребовали больше десяти лет на внедрение в производство. Разговоры об ЭУФ идут уже ещё дольше. Присутствует также важный фактор стоимости. У Закона Мура есть неприятный аналог - Закон Рока (по имени Артура Рока), в котором говорится, что стоимость фабрик по производству микросхем удваивается каждые 4 года. Можно разработать технологии для увеличения количества транзисторов на микросхеме, но производство соответствующего оборудования может обойтись в запредельную сумму. Ситуация усложняется ростом использования более простых и дешёвых процессоров.

Недавно мы видели, как компании сталкиваются с проблемами по этим причинам. Компания Intel планировала перейти на техпроцесс в 10 нм в 2016 г. с процессорами Cannonlake - переведённой на более тонкий техпроцесс версией 14‑нанометрового процессора Skylake, который поставляется в настоящее время. В июле прошлого года компания изменила свои планы. Новое поколение процессоров Kaby Lake выйдет в 2016 г. и будет производиться по 14‑нанометровому процессу. Выпуск Cannonlake с 10‑нанометровым процессом не отменены, но не ожидаются раньше второй половины 2017 г.

Всё это усугубляется тем, что всё большее количество транзисторов становится всё сложнее применить. В 1980‑х и 1990‑х значение дополнительных транзисторов было очевидным: процессор Pentium был гораздо быстрее процессора 486, Pentium II - гораздо быстрее Pentium и т. д., и т. п. Выполнение вычислительной задачи существенно ускорялось просто за счёт замены процессора, благодаря более быстрому процессору (учитывая развитие от простых процессоров с выполнением инструкций по порядку до сложных суперскалярных с внеочередным исполнением) и благодаря более высокой частоте. В 2000-х развитие в этих направлениях остановилось. Из-за проблем с тепловыделением рост частоты, по большому счёту, прекратился, а повышение производительности каждого отдельного процессорного ядра происходит лишь небольшими порциями. Взамен стали появляться несколько процессорных ядер на одной микросхеме. Это приводит к росту общей теоретической производительности процессора, но в реальности задействовать эти мощности на исполнение программного обеспечения довольно сложно.

Эти трудности означают, что план на основе Закона Мура больше не актуален. В 2014 г. создатели Международного плана по развитию полупроводниковой технологии решили, что следующий выпуск плана не должен соответствовать закону, а в научном журнале Nature («Природа») сообщили, что следующий план, ожидаемый к выходу в грядущем месяце, будет основаться на другом подходе.

Вместо того, чтобы концентрировать внимание на технологиях, применяемых в микросхеме, для создания нового плана будет использоваться подход под названием «Больше, чем закон Мура» («More than Moore»). Рост количества смартфонов и Интернета вещей, например, привёл к тому, что широкий спектр датчиков и процессоров с низким энергопотреблением теперь является важным ориентиром для компаний, производящих микросхемы. Использование высокоинтегрированных процессоров в таких устройствах привело к необходимости создания процессоров, содержащих не только логику и кеш, но и ОЗУ, регулятор мощности, аналоговые модули для навигационных систем, сотовой связи и Wi‑Fi или даже микроэлектромеханические элементы, как гироскопы и акселерометры.

Эти различные компоненты обычно используют разные процессы производства и предъявляют к ним разные требования, поэтому новый план будет содержать программу действий для объединения всего этого множества. Для интеграции различных производственных процессов и для использования различных материалов потребуются новые процессы и поддерживающие технологии. Производителям микросхем для этих новых рынков, внимание к таким вопросам, вероятно, более насущно, чем покорное удвоение количества транзисторов в процессорной логике.

Также будет уделено внимание новым технологиям, не связанным с используемыми сегодня техпроцессами для КМОП. Компания Intel уже объявила, что не будет использовать кремний для 7 нм. Антимонид индия (InSb) и арсенид индия‑галлия (InGaAs) кажутся перспективными и демонстрируют бо́льшую скорость переключения и меньшее энергопотребление, чем кремний. Продолжаются исследования углерода, как в форме нанотрубок, так и в виде графена, так что здесь также ещё могут быть достигнуты высокие показатели.

В то же время, уменьшение размеров, хотя и с более низким приоритетом, всё же остаётся в плане. Вслед за транзисторами с тройным затвором появятся, возможно, в районе 2020 г., транзисторы с круговым затвором и нанопроводы. К середине 2020‑х - монолитные трёхмерные микросхемы, в которых многослойные компоненты встроены в единый цельный кристалл кремния.

Тема дальнейшего уменьшения размеров ещё не закрыта. Использование альтернативных материалов, различных квантовых эффектов или даже таких экзотических технологий, как сверхпроводимость, может снова позволить с лёгкостью масштабировать микросхемы, как это было на протяжении десятилетий, или, может быть, вернуть времена, когда уменьшение происходило с преодолением трудностей, как в последние пятнадцать лет. Возможно, по какой-то существенной причине снова возникнет потребность в процессорах, которые просто быстрее, а не компактнее и потребляют меньше энергии.

Тем не менее на сегодня несоблюдение закона становится нормой. Времена, когда Закон Мура определял будущее развитие событий и был руководством к действию, прошли.

Microsoft Windows в 1,5 раза медленнее.

Вопрос : с какой скоростью корпорация Microsoft должна выпускать свои продукты, чтобы пользователи не заметили действия закона Мура?..

( )

Немного истории

19 апреля 1965 г., в журнале Electronics (vol . 39, № 8) в рубрике «Эксперты смотрят в будущее» вышла ныне всемирно знаменитая статья Гордона Мура (Gordon Moore ) «Cramming more components onto integrated circuits» («Объединение большого количества компонентов в интегральных схемах»). Кстати, желающие могут ознакомиться с «оригиналом» документа в виртуальном музее корпорации Intel. В этой статье Мур (будущий сооснователь корпорации Intel), работавший тогда директором отдела разработок компании Fairchild Semiconductors , дал прогноз развития микроэлектроники на ближайшие десять лет на основании анализа шестилетнего развития микроэлектроники, предсказав, что количество элементов на кристаллах электронных микросхем будет и далее удваиваться каждый год .

Вскоре после выхода статьи эта эмпирически подмеченная закономерность получила название закона Мура (Moore’s Law ) и стала, пожалуй, самым знаменитым законом в IT-сфере и полупроводниковой индустрии, задав некий фундаментальный вектор развития технологии, которому разработчики микропроцессоров невольно стараются следовать вот уже более сорока лет! И хотя, строго говоря, закон Мура не принадлежит к числу научных – физических или математических – законов, на базе которых строятся наши современные представления о природе и протекающих в ней процессах, а является просто метко подмеченным эмпирическим правилом, отражающим экспоненциальный характер развития одной из многочисленных тенденций в современном человеческом обществе (в этом смысле закон Мура – скорее «социологический», чем «компьютерный»), он оказался очень удобным для описания определенных вещей и весьма полезным для прогнозирования деятельности компаний в этой области. Именно поэтому его так полюбили многие маркетологи и директора микроэлектронных предприятий, превратив в своеобразный фетиш.

Когда было сделано предсказание Мура, микроэлектроника пребывала в зачаточной фазе своего развития. Первый транзистор был создан в 1947 г. (а в 1956 г. за его открытие Бардину, Браттейну и Шокли вручили Нобелевскую премию по физике). Первая микросхема заработала 12 сентября 1958 г. в компании Texas Instruments (за ее изобретение Нобелевскую премию по физике присудили лишь в 2000 г.). «Первооткрывателями» микросхемы (то есть отцами современной микроэлектроники) считаются Джек Килби и один из основателей Intel Роберт Нойс. Физики, как таковой, при создании микросхемы было немного, но Килби и Нойс «всего-навсего» придумали технологию, которая совершила полный переворот в электронной промышленности. Кстати, к 1965 г. в самой сложной микросхеме компании Fairchild было всего лишь 64 транзистора, и о каких-либо достоверных статистических данных в этой отрасли не приходилось и говорить. Поэтому остается лишь поражаться, как в таких обстоятельствах Гордон Мур сумел предугадать фантастические темпы развития всей отрасли на несколько десятилетий вперед.

Выступая в 1975 г. на конференции International Electron Devices Meeting (см. в том же виртуальном музее Intel другой документ), Гордон Мур отметил, что за прошедшее десятилетие количество элементов на кристаллах действительно удваивалось каждый год, однако в будущем, когда сложность чипов возрастет, удвоение числа транзисторов в микросхемах будет происходить несколько медленнее – каждые два года. Это новое предсказание также сбылось, и закон Мура продолжает в этом виде (удвоение за два года) действовать поныне (то есть в течение сорока лет!), в последнее время немного ускорившись до удвоения за 18 месяцев, что можно наглядно проследить на примере деятельности лидера современной полупроводниковой индустрии корпорации Intel.

О названии

Само название «закон Мура» впервые было дано утверждению Мура Карвером Мидом. Закон Мура настолько разрекламирован, что кажется незыблемой истиной. Популярность закона Мура выгодна и самим производителям , так как спекуляции на этом законе позволяют сделать хорошую рекламу – именно так сейчас Intel преподносит его на своём сайте: «Инновации Intel продолжают воплощать закон Мура в жизнь! ».

Существует несколько интерпретаций закона Мура :

Наиболее выгодное число транзисторов на кристалле удваивается каждый год;

Число транзисторов в производимых чипах удваивается каждые два года;

Технологически возможное число транзисторов на кристалле удваивается каждые два года;

Производительность удваивается каждые 18 мес.;

Тактовая частота удваивается каждые 18 мес.;

Вычислительная мощность удваивается каждые 18 мес.;

Доступная вычислительная мощность удваивается каждые 18 мес.;

Плотность транзисторов на чипе удваивается каждые 18 мес.;

Вычислительная мощность, доступная за $1, удваивается каждые 18 мес.;

Стоимость чипа падает вдвое каждые 18 мес.

«Рост» числа транзисторов на одном кристалле :

Микропроцессор	Год выпуска	Число транзисторов
4004	1971	2.300
8008	1972	2.500
8080	1974	5.000
8086	1978	29.000
	1982	120.000
	1985	275.000
	1989	1.180.000
Pentium	1993	3.100.000
Pentium II	1997	7.500.000
Pentium III	1999	24.000.000
Pentium IV	2000	42.000.000
Itanium	2002	220.000.000
Itanium 2	2003	410.000.000
Itanium (Montecito )	2005	1.720.000.000
Tukwila	2008	более 2 млрд.

Кто такой Гордон Мур

Гордон Мур был одним из основателей Intel в августе 1968 г. и в течение последующих семи лет занимал должность исполнительного вице-президента корпорации. В 1975 г. он стал президентом и главным управляющим Intel и занимал обе должности до 1979 г., когда пост президента сменил на должность председателя совета директоров. Главным управляющим корпорации Intel доктор Мур работал до 1987 г., а на посту председателя совета директоров – до 1997 г., когда его удостоили звания почётного председателя совета директоров. Ныне 87-летний Гордон Мур является почётным председателем совета директоров корпорации Intel и проживает на Гавайях.

Заключение

Справедливости ради, следует признать, что так называемый закон Мура не выполняется с точностью, достаточной для того, чтобы считать его не только законом, но и эмпирической зависимостью. Возможно, что шумиха вокруг закона Мура – это ловкий маркетинговый ход корпорации Intel. Но так или иначе, этот закон был подхвачен всеми и пришелся по душе компьютерным обывателям. Многие учёные считают, что закон Мура стал популярен потому, что в простой и очень доступной форме определяет фантастические (пока недоступные ни одной другой отрасли экономики!) темпы развития полупроводниковой индустрии.

…В 2003 г. Гордон Мур подсчитал, что количество транзисторов, ежегодно поставляемых на рынок в мире, достигло 10.000.000.000.000.000.000 (10 19). Это в сто раз больше, чем количество всех муравьёв на Земле...

TSMC собирается строить новый завод для 3D-упаковки чипов

За каких-то три года компания TSMC незаметно стала крупнейшим в мире упаковщиком чипов объёмной (3D) компоновки. Как сообщает тайваньский интернет-ресурс DigiTimes, в области 2.5D/3D-упаковки чипов TSMC обладает возможностями обрабатывать до 200 тыс. подложек в месяц. Для сравнения, лидирующие на рынке упаковки чипов компании Advanced Semiconductor Engineering (ASE) и Amkor Technology могут ежемесячно упаковывать в 2.5D/3D-упаковку кристаллы с 20-30 тыс. пластин каждая, а компания Siliconware Precision Industries (SPIL) — 100-120 тыс. пластин. Ради справедливости уточним, все перечисленные компании (кроме TSMC) имеют куда большие возможности для упаковки обычных планарных или одиночных кристаллов, куда TSMC вход заказан.

История самостоятельной 2.5D/3D-упаковки TSMC с покупки в 2014 году тайваньского завода компании Qualcomm по выпуску дисплеев Mirasol на MEMS-ячейках. Тайваньский производитель превратил завод Qualcomm в фабрику по передовой упаковке чипов. Внедрённый на предприятии метод упаковки InFO-WLP (integrated fan-out wafer-level packaging) TSMC выиграть заказы на выпуск часов Apple Watch и 10-нм SoC Apple. В настоящий момент на предприятии в основном применяется метод упаковки CoWoS (chip on wafer on substrate), с помощью которого, например, TSMC выпускает GPU NVIDIA Volta с памятью HBM на общей подложке. Но это всё упаковка 2.5D, которая использует тот или иной субстрат (мост, подложку).

2.5D упаковка TSMC: InFO и CoWoS

Настоящая 3D-упаковка с освоения технологии WoW (wafer-on-wafer). Это прямая состыковка кристаллов либо со стороны контактной группы, либо с лицевой стороны (со стороны расположения элементов). Сообщатся даже о первом клиенте на эту технологию, которым якобы стала компания HiSilicon (подразделение Huawei).

Сообщается, что для упаковки WoW и более прогрессивных методов производства чипов компания TSMC собирается строить на севере Тайваня новый завод. В компании TSMC не подтвердили эту информацию, но знакомые с работой правительственного агентства по контролю за окружающей средой источники раскрыли, что Environmental Protection Administration (EPA) начала оценку влияния возможного завода на среду вблизи города Чунань в провинции Мяоли.

Объёмная упаковка чипов представляется ключевой технологией для продления действия закона Мура. Пусть в видоизменённой форме, но этот закон продолжит работать. Это означает дальнейший прогресс в деле выпуска более совершенных полупроводниковых решений, а для компании TSMC самостоятельное участие в процессе прогрессивной упаковки чипов станет гарантией успешного будущего.

NVIDIA сотрудничает с DARPA в разработке систем для эпохи после закона Мура

NVIDIA снова была выбрана Агентством перспективных оборонных исследований США (DARPA) для совместной работы с группой университетских и отраслевых специалистов. Проект предусматривает разработку таких систем, которые бы позволили для алгоритмов, требующих интенсивного использования данных, добиваться производительности, близкой к специализированным под определённые задачи интегральным схемам (ASIC), не жертвуя при этом программируемостью чипов.

DARPA (подразделение исследований и разработок Министерства обороны США) в рамках прошедшего конкурса наградило команду NVIDIA четырёхлетним контрактом на сумму до $23 млн. Это произошло в рамках новой программы «Аппаратные системы, задаваемые программным обеспечением» (Software Defined Hardware, SDH), входящей в «Инициативу DARPA по возрождению электроники» (Electronics Resurgence Initiative, ERI).

В состав команды входят исследователи из NVIDIA, Массачусетского технологического института, Иллинойского университета в Урбане-Шампейне и Калифорнийского университета в Дэвисе. В ходе программы планируется продемонстрировать новаторские технологии в области прототипов аппаратного и программного обеспечения.

«Инициатива по возрождению электроники исследует новации, которые могли бы решить проблемы, вытекающие из прекращения действия так называемого „закона Мура“, — отметил вице-президент отдела архитектурных исследований NVIDIA Стив Кеклер (Steve Keckler). — Технологии, разработанные в рамках программы ERI , окажут существенное влияние на будущее электронных вычислительных устройств и продуктов NVIDIA » .

NVIDIA также будет сотрудничать с Cadence Design Systems для применения алгоритмов машинного обучения в области проектирования потоков автоматизации в рамках новой программы DARPA «Интеллектуальная разработка электронных активов» (Intelligent Design of Electronic Assets, IDEA).

Программа направлена на создание полностью автоматизированного генератора электронных схем без участия человека, который позволил бы пользователям, не имеющим опыта в области электронного проектирования, разработать физический дизайн электронного оборудования. Эти усилия будут дополнять текущие исследования NVIDIA методологии разработки высокопроизводительных интегральных схем в рамках программы DARPA Circuit Realization at Faster Timescales (CRAFT).

Intel готовится к эре «после закона Мура»

Intel активно развивает вычислительные технологии следующего поколения, которые помогут корпорации подготовиться к наступлению эры «после закона Мура».

Напомним, что закон Мура — это эмпирическое наблюдение, изначально сделанное Гордоном Муром, одним из основателей Intel. Закон в современной формулировке гласит, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые два года.

До сих пор производителям, пусть и с некоторыми отклонениями, в целом удавалось следовать закону Мура. Но с внедрением всё более «тонких» техпроцессов делать это становится труднее и труднее. Так, у Intel возникли значительные сложности с внедрением 10-нанометровой технологии, и корпорация нынешний 14-нанометровый процесс для четырёх поколений процессоров.

Ряд экспертов считают, что в скором времени закон Мура перестанет действовать, а компаниям, рано или поздно, придётся делать ставку на принципиально новые технологии.

Как сообщил глава Intel Брайан Кржанич (Brian Krzanich; на фото), корпорация делает «серьёзные инвестиции» в квантовые и нейроморфные вычисления.

Основным элементом квантовых вычислительных систем станут квантовые биты, или кубиты. Они могут находиться в когерентной суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей. Таким образом, с ростом количества использующихся квантовых битов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии. Результат — огромная скорость выполнения сложных задач.

Что касается нейроморфных вычислений, то речь идёт о создании компьютеров, работающих на принципах биологических нейронных сетей. Они, в частности, смогут принимать решения на основе моделей и ассоциаций.

Впрочем, господин Кржанич признаёт, что пройдёт, возможно, не одно десятилетие, прежде чем такие системы появятся на коммерческом рынке.

Исследователи продлили действие Закона Мура, создав 1-нм затвор

Как сообщает исследователь из Калифорнийского университета в Беркли Суджай Десай (Sujai Desay), в полупроводниковой индустрии долгое время считалось, что любые транзисторы с размером затвора менее 5 нм не будут работать. Всё что меньше этого размера даже не принималось во внимание. В последние годы это предположение, впрочем, стало выглядеть шатким, а теперь было полностью опровергнуто благодаря открытиям, сделанным исследователями упомянутого университета, а также магии углеродных нанотрубок, графена.

Команде в составе Али Джави (Ali Javey), Джеффа Бокора (Jeff Bokor), Ченминга Ху (Chenming Hu), Муна Кима (Moon Kim) и Филиппа Вонга (H.S. Philip Wong) удалось создать транзистор с 1-нанометровым затвором. В теории это открытие позволит сделать полупроводниковые чипы ещё меньше. Для сравнения: размеры затворов современных кремниевых транзисторов составляют 20 нм. Стоит отметить, что графен — не единственный материал, позволивший сделать столь серьёзный прорыв. Для достижения результата исследователи также использовали дисульфид молибдена (MoS2).

Проблема со сверхмалыми транзисторами состоит в том, что чем меньше они, тем сложнее становится контролировать передачу электронов через материал, утечки становятся слишком высокими, и транзисторы не работают. Но благодаря тому, что электроны «тяжелеют», проходя через MoS2, появляется возможность использовать меньшую длину затвора, вплоть до 1 нм. Измерения учёных показали, что транзистор на основе дисульфида молибдена с 1-нм затвором из углеродных нанотрубок позволяет осуществлять эффективное управление потоком электронов.

Стоит отметить, что хотя речь идёт о серьёзном открытии, учёные не в первый раз преодолевают порог в 5 нм при создании транзисторов, как об этом говорит Калифорнийский университет в Беркли. Например, ещё в 2008 году Университет Манчестера использовал графен для создания 1-нм транзистора, а в 2006 году корейские учёные применили FinFET для создания транзистора с длиной канала в 3 нм.

Так что можно быть спокойными: смерть Закона Мура (по крайней мере, с точки зрения плотности транзисторов на единицу площади) немного откладывается.

Через пять лет уменьшать техпроцессы станет невозможно

Многие эксперты полупроводниковой отрасли уже давно высказывали мнение о том, что Закон Мура себя изживает, и дальнейшее уменьшение размеров транзисторов вскоре упрётся в физический предел. Действительно, для производителей чипов переход на каждый новый техпроцесс становится всё более затратным.

Согласно прогнозам Ассоциации полупроводниковой промышленности (Semiconductor Industry Association), членами которой являются такие гиганты, как IBM и Intel, уже после 2021 года эра уменьшения размера полупроводниковых элементов завершится. Конечно, физически можно будет и дальше развивать новые проектные нормы, но эта затея станет настолько затратной, что попросту не окупится. Но это не означает, что прогресс остановится и Закон Мура перестанет выполняться. Просто инженеры будут искать другие пути развития. Среди наиболее перспективных отмечаются современные технологии 3D-микросхем и другие разработки, позволяющие более эффективно использовать доступное пространство.

Количество компаний, которые располагают достаточными ресурсами для конкуренции в производстве чипов, сокращается. Среди крупных игроков остались Intel, Globalfoundries, Samsung, TSMC. И, по мнению аналитиков, нет никаких гарантий, что кто-то ещё не покинет этот список.

Чип Google Tensor Processor упростит процесс машинного обучения и вернёт силу закону Мура

Сфера нейросетей и машинного обучения сегодня необычайно популярна. Искусственного разума она нам не обещает, но полностью автоматические машины уже появились на наших дорогах, причём практически все зарегистрированные с их участием аварии произошли по вине человека. И это только начало долгого пути. Компания Google уверена, что сумеет внести в дело машинного обучения серьёзный вклад, представив новый специализированный чип Tensor Processing Unit (TPU). Генеральный директор компании Сундар Пичаи (Sundar Pichai) на конференции I/O заявил, что решения класса TPU обеспечат в данной области производительность, на порядок превосходящую все решения на базе FPGA и даже GPU, включая NVIDIA Pascal GP100. Пока архитектура и возможности TPU Google остаются в строжайшем секрете, было лишь сказано, что они являются частью системы AlphaGo, обыгравшей чемпиона мира Ли Седоля в такой сложной настольной игре, как Го.

Судя по радиатору, Google TPU выделяет совсем немного тепла

Она, напоминаем, существенно сложнее классических шахмат именно в силу своей многовариантности и требовательности к творческому мышлению. Глава Google немного приоткрыл завесу секретности и заявил, что компания использует модули TPU в своих проектах уже больше года и проведённые исследования показывают необычайную энергоэффективность этих решений. Она настолько высока, что позволит, по мнению Google, продлить действие закона Мура ещё на три поколения вперёд, что примерно эквивалентно семи годам. Сам модуль представляет собой маленькую плату со скромным радиатором и легко монтируется в любой стоечный сервер, снабжённый нужным слотом. Модули TPU уже трудятся в системах RankBrain и Street View. Что же такое TPU или тензорный процессор?

Компания Silicon Graphics имела чип с аналогичным названием в своих рабочих станциях в начале двухтысячных годов. Это был вариант сигнального процессора (DSP), а DSP необычайно хороши там, где требуется многократное выполнение сравнительно простой задачи. Но если верить Google, связи между этими двумя TPU нет. Аналитики считают, что Google TPU не является тем звеном, которое непосредственно обучается. Скорее, это проигрыватель сложных алгоритмов, создаваемых на CPU, GPU и FPGA. По всей видимости, это своеобразная разновидность ASIC, похожая на те, что сделали криптовалюты недоступными рядовым добытчикам, вернее, сделали невыгодной их добычу. Главным недостатком чипов класса ASIC является высокая стоимость разработки и узкая направленность, неспособность выполнять операции, хоть как-то выходящие за пределы возможностей, заложенных в чип аппаратно. Вот почему они обычно используются там, где стоимость не важна — в правительственных организациях или корпорациях масштаба Google.

Intel: Закон Мура будет актуальным по меньшей мере 10 лет

Cпециалисты корпорации Intel предсказывают, что закон Мура проживёт ещё как минимум 10 лет, а количество транзисторов в микросхемах будет удваиваться каждые два года. Хотя дальнейшая минимизация транзисторов сопряжена с существенными трудностями, инженеры Intel готовы их решать.

В этом месяце закону Мура — согласно которому количество транзисторов в микросхемах удваивается каждые 18-24 месяца —исполняется полвека; беспрецедентный срок для промышленности, где каждое нововведение устаревает через пару лет. На самом деле, причиной того, почему закон Мура до сих пор актуален, является то, что каждый прорыв в технологии производства полупроводников сопровождается новым прорывом через 24 месяца, что позволяет разработчикам чипов удваивать количество их элементов.

Поскольку эмпирическое наблюдение об увеличении количества транзисторов было сделано Гордоном Муром (Gordon Moore), одним из основателей Intel, компания очень ревностно следит за дальнейшим соблюдением закона Мура. Инженеры Intel неустанно трудятся над исследованием и созданием новых материалов для построения микросхем, разрабатывают новые технологические процессы, а также проектируют ещё более высоко-интегрированные чипы. Глядя вперёд, в Intel считают, что эволюция полупроводников будет продолжаться в быстром темпе, и закон будет актуален по крайней мере ещё 10 лет. Или, может быть, больше.

«Мы видим примерно на 10 лет вперёд, наши исследователи выявили некоторые перспективные опции (для техпроцессов с линейным разрешением литографического оборудования в 7 нм и 5 нм)», — сказал Марк Бор (Mark Bohr), директор архитектуры техпроцессов и интеграции в Intel, во время специального мероприятия. «Мы считаем, что мы можем продолжать соблюдать закон Мура по крайней мере ещё 10 лет».

Специалисты Intel отмечают, что так как исследования и развитие производственных технологий процесс по большей части последовательный, практически невозможно точно предсказать, какие вызовы могут возникнуть, какие из них будут решены, а какие могут означать конец закона Мура. В том, что касается технологий производства полупроводников, Intel имеет горизонт около 10 лет.

«Если бы вы спросили меня 10 или 20 лет назад, я бы дал вам тот же ответ: наше видение тогда простиралось на десятилетие вперёд», — сказал господин Бор. «Было бы справедливо сказать, что в конечном итоге закон Мура замедлится или подойдёт к своему логическому концу, но мы не считаем, что это случится в скором будущем».

Руководитель разработки техпроцессов в Intel подтвердил, что компания рассматривает материалы на основе элементов из третьей-пятой колонок (III-V) таблицы Менделеева для возможного использования в канале транзисторов вместо гафния, который используется в четырёх последних технологическим процессах Intel в качестве диэлектрика. Господин Бор отказался комментировать, какие именно элементы рассматриваются в рамках исследований, а также не высказал каких-либо мыслей по поводу использования графена, или возможного использования новых транзисторных структур, таких как транзисторы с круговым затвором (gate-all-around field-effect transistor, GAA FET). Cчитается, что GAA FET-транзисторы c двумя или четырьмя затворами откроют новые возможности в масштабировании микросхем.

Несмотря на то, что закон Мура считается основополагающим для полупроводниковой промышленности, следует понимать, что в первую очередь это экономический закон. Как следствие, он может эволюционировать, трансформироваться или вообще пойти в другом направлении. Например, вместо того, чтобы уменьшать размеры транзисторов, производители микросхем могут начать устанавливать компоненты «слоями» поверх друг друга, тем самым увеличивая уровень интеграции. Уже сегодня микропроцессоры для мобильных телефонов имеют в своём составе слои оперативной, а также NAND флеш-типов памяти.

Поскольку в Intel уже исследуют возможности для освоения 5-нм и 7-нм технологических процессов, в то время как ASML (мировой лидер в производстве литографического оборудования для изготовления микросхем) изучает технологии, необходимые для разработки оборудования, которое будет использоваться для производства чипов с использованием 2-нм и 3-нм технологий, нет никаких сомнений, что закон Мура будет продолжать жить ещё 10 или более лет. Тем не менее, большой вопрос в том, сколько компаний будут иметь капитал на разработку новых технологий, покупку оборудования для производства микросхем, а также проектирование сверхсложных чипов.

Закону Мура исполняется 50 лет

В текущем месяце исполняется ровно 50 лет знаменитому эмпирическому закону Мура, который продолжает действовать по сей день, несмотря на то, что ему далеко не один раз пророчили потерю актуальности.

В апреле 1965-го в американском журнале Electronics Magazine была опубликована статья малоизвестного в то время химика Гордона Мура с обзором состояния микроэлектронной индустрии. Именно в этой работе содержалась короткая фраза, впоследствии превратившаяся в знаменитый закон: автор подметил, что появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно год после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое. Мур пришёл к выводу, что при сохранении этой тенденции мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени может вырасти экспоненциально.

Со временем формулировка закона Мура трансформировалась. Так, один из президентов Intel — Дэвид Хаус — предложил вариант, согласно которому «производительность процессоров удваивается приблизительно каждые полтора года».

За прошедшие десятилетия будущее закона Мура не раз ставилось под сомнение, но Intel удавалось найти решения, продляющие его актуальность. Помимо внедрения более «тонких» техпроцессов в этом помогают и принципиально новые технические решения, предусматривающие изменение структуры транзисторов. Так, в 2003 году для ускорения движения зарядов в канале был впервые применен напряжённый кремний (с растянутой кристаллической решеткой). В 2005-м изменили металл, из которого изготавливается затвор транзистора, а подзатворный диэлектрик стали делать из материала с высокой диэлектрической проницаемостью (High-K). А выход процессоров Ivy Bridge сопровождался переходом на транзисторы Tri-gate, характеризующиеся объёмной структурой.

В настоящее время наиболее передовые процессоры Intel производятся по 14-нанометровой технологии. В дальнейшем планируется переход на нормы 10, 7 и даже 5 нанометров.

Ещё в апреле 1965 года в журнале Electronics Magazine появилась статья малоизвестного в то время научного сотрудника Гордона Мура, затрагивающая микроэлектронную отрасль. Автор подметил закономерность: появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно год после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое. Именно это наблюдение и легло в основу закона Мура.

Впоследствии, уже занимая пост главы Intel, Гордон Мур (на фото) слегка подкорректировал свой закон, подняв длительность цикла удвоения количества транзисторов на кристаллах интегральных схем до двух лет. Существуют и другие формулировки закона: например, один из президентов Intel — Дэвид Хаус — предложил считать, что производительность процессоров удваивается каждые полтора года.

До сих пор производителям, пусть и с некоторыми отклонениями, в целом удавалось следовать закону Мура. Но с внедрением всё более «тонких» техпроцессов делать это становится труднее и труднее. К примеру, у той же Intel возникли сложности с массовым производством 14-нанометровых процессоров Broadwell. В корпорации говорят, что выпуск годных изделий этого поколения выйдет на уровень 22-нм продукции не ранее первого квартала 2015-го.

Так или иначе, но в Intel говорят, что дальнейшее соблюдении закона Мура будет возможно не только за счёт перехода на новые техпроцессы, но и благодаря внедрению инновационных технологий, таких как, например, транзисторы с трёхмерной структурой.

О сборке собственного компьютера : «Однажды я собрал ПК своими руками и, больше того, это была система с жидкостным охлаждением. Это было в 2001 году, и мне удалось разогнать процессор до частоты выше 4 ГГц. Увы, сейчас на такие увлечения у меня попросту нет времени».

О новых устройствах : «Сейчас я использую носимое устройство, позволяющее отслеживать биометрические показатели вроде сердечного ритма и количества сделанных шагов. Это очень интересно».

О планшетах : «В прошлом году мы продали около 12 млн планшетов [имеются в виду устройства различных производителей с процессорами Intel]. Цель на этот год — не менее 40 млн».

О законе Мура : «Я слышал предсказания о конце закона Мура пять или шесть раз, поэтому отношусь к таким заявлениям скептически. Ничто не указывает на то, что в течение ближайших десяти лет он перестанет действовать».

О будущем персональных устройств : «Тенденция такова, что компьютеры постоянно становятся компактнее, легче, мобильнее и всё более полагаются на Интернет. Если кто-то думает, что это прекратится, он сильно ошибается. На достигнутом IT-отрасль не остановится».

О будущем микрочипов : «В течение нескольких ближайших лет большое влияние на полупроводниковую промышленность окажут графен, углеродные нанотрубки и ещё три-пять материалов. Они позволят уменьшить токи утечки, снизить потребляемую мощность и сократить размеры чипов».

Биотехнологии продлят жизнь закону Мура

Британские ученые из Королевского общества в эти дни проводят специализированную конференцию под названием "За пределами закона Мура" (Beyond Moore"s Law). Выступить на конференции пригласили ведущих ученых и специалистов академической и прикладной науки. Целью мероприятие назвали определение судьбы упомянутого закона, сформулированного в 1965 году инженером и основателем корпорации Intel Гордоном Муром. Суть закона касается электроники и изначально гласила, что раз в год появляется новое поколение микросхем, а число транзисторов в них удваивается. Спустя 10 лет Мур подкорректировал закон, увеличив срок с одного до двух лет. Но сути самого закона это не изменило: электроника развивается экспоненциально.

Впрочем, спустя 40 лет, в течение которых данных закон был более-менее справедлив, специалисты и наблюдатели заговорили о скорой смерти казалось бы ставшего аксиомой посыла. Так ли это, покажут ближайшие несколько лет. Но на этой конференции в Лондоне обсуждалась применимость закона не только к электронике, но и к другим направлениям развития науки и технологий. В первую очередь разговор касался биотехнологий и вопросов здравоохранения.

По мнению организатора конференции профессора университета Глазго и специалиста по электронным системам Дэвида Камминга, чтобы современная цивилизация развивалась, необходимо подходить с точки зрения закона Мура не только к микроэлектронике, но и к любым другим техническим достижениям. И биотехнологии видятся основным поддерживающим фактором. Классическая электроника, как утверждает Камминг, будет развиваться все медленней. Но закон Мура будет и дальше работать, только уже в другой технологической нише.