Двумерное производство микросхем подходит к технологическому пределу

Закон Мура, по которому производители микроэлектроники жили последние 50 лет, начал подводить. Уменьшать транзисторы физически все сложнее, и сейчас нужно найти другие способы создания микросхем. Например, в трех измерениях.

Законом Мура называют эмпирическое наблюдение, сделанное основателем Intel Гордоном Муром. Он заметил, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Десятилетиями производители следовали этому правилу, представляя все новые поколения микропроцессоров.

Эти удвоения определили развитие вычислительной техники. Компактные смартфоны, мощные ПК и экзафлопсные суперкомпьютеры — результат того, что закон работал, и число транзисторов действительно регулярно увеличивалось по предсказанному Муром сценарию.

В компьютере, который управлял кораблем, доставившим Нила Армстронга на Луну, было 12300 транзисторов. В процессора iPhone 7 их — 3,3 млрд.
Однако в последнее время на пути закона Мура встали физические ограничения — минимальные размеры транзисторов и скорость света. В 2007 году сам Мур предсказал, что скоро его закон перестанет работать из-за атомарной природы вещества. И сейчас этот момент настает.

Процессоры уже
с применением 7-нм техпроцесса, и дальнейшие уменьшения не принесут былого эффекта.
делают
«Мы видим, что закон Мура замедляется, — соглашается Марк Папермастер, главный технический директор AMD. — Мы по-прежнему получаем больше плотности, но это стоит дороже и занимает больше времени. Это вызывает фундаментальные изменения».

Он среди тех инженеров, которые считают, что придется искать принципиально новые способы и дальше повышать производительность схем.

В другом лагере технический директор ARM Майк Мюллер. Но согласен, что закон Мура устаревает, но советует сильно не переживать: в обозримом будущем пользователи компьютеров вряд ли заметят значительную разницу. Улучшать продукты будет стоить дороже, это потребует новых методов, но прогресс не остановится.

Он указывает и еще на одну движущую силу закона Мура — рекламу. Фактически прорывов может и не быть, но отделы маркетинга убедят в обратном всех, кого надо.
В комментарии Wired старший главный инженер Intel Рамун Нагисетти объясняет, что закон Мура попросту ожидает эволюция. Он говорит, что число транзисторов — не такой важный показатель, как производительность. А она будет расти и дальше — за счет улучшения архитектуры существующих чипов, за счет появления новых способов их пространственного расположения.

Например, друг над другом, чтобы создать 3D-эффект. Intel, AMD и Пентагон уже работают над концепцией чиплетов. В этом случае процессоры будут представлять не отдельные схемы, как сейчас, а целые системы, собранные на одной подложке, словно кубики LEGO.

Недавно исследователи из США впервые создали трехмерную микросхему при помощи полностью автоматизированного процесса.

Революцию в оценке производительности связывают и с приближающейся эпохой квантовых компьютеров. Когда наступит квантовое превосходство, связывать скорость вычислений и число транзисторов станет бессмысленным.