Hukum Moore di persimpangan jalan baru

Ada beberapa cerita belakangan ini tentang bagaimana Hukum Moore akan segera berakhir. Itu tidak terlalu mengejutkan - orang telah memperkirakan kematiannya selama beberapa dekade, dan saya sudah membahas masalah ini sebelumnya - tetapi diskusi telah mengambil kehidupan baru. Sebuah cerita dalam jurnal Nature oleh M. Mitchell Waldrop mengkonfirmasi apa yang paling dicurigai dalam industri - bahwa generasi berikutnya dari Roadmap Teknologi Internasional untuk Semikonduktor (ITRS) akan fokus bukan pada membuat transistor lebih kecil, tetapi pada pengembangan chip maju untuk aplikasi spesifik..

Hukum Moore, tentu saja, didasarkan pada pengamatan yang dilakukan oleh Gordon Moore (yang kemudian akan menjadi co-found Intel), dalam edisi April 1965 Electronics , bahwa jumlah transistor dalam sebuah prosesor berlipat dua setiap tahun. (Salinan online di sini.) Pada tahun 1975, ia telah terbukti benar, tetapi mengubah estimasi chipnya menjadi dua kali lipat setiap dua tahun, kecepatan yang diikuti sebagian besar industri hingga saat ini.

Pada tahun 1991, industri semikonduktor AS memulai apa yang kemudian menjadi ITRS dengan kontribusi dari kelompok industri dari Eropa, Jepang, Taiwan, dan Korea Selatan. Selama bertahun-tahun, ada banyak perubahan pada peta jalan ini. Hingga awal 2000-an, tidak hanya jumlah transistor pada chip yang berlipat ganda setiap generasi, clock rate juga meningkat, yang memberikan peningkatan kinerja yang jelas juga. Chips mengikuti apa yang disebut penskalaan Dennard, berdasarkan pada makalah 1974 yang mengatakan bahwa ketika skala ditingkatkan, kinerja meningkat dengan faktor yang kira-kira sama pada daya yang sama. Tetapi ketika chip di bawah 90nm atau lebih, itu berhenti bekerja, dan setelah chip mencapai 3GHz atau 4GHz, mereka hanya menggunakan terlalu banyak daya dan menjadi terlalu panas. Daripada menggunakan core yang lebih cepat, industri beralih ke menggunakan core lebih banyak, yang bekerja pada beberapa aplikasi tetapi tidak pada yang lain. Sementara itu, chip ponsel menjadi lebih populer, membawa serta persyaratan untuk penggunaan daya yang lebih rendah.

Perubahan besar lainnya datang dengan materi. Untuk sebagian besar periode ini, chip sebagian besar MOSFET atau transistor efek medan logam-oksida-silikon, yang berarti bahan dasarnya cukup sederhana. Selama dekade terakhir, kami telah melihat pengenalan silikon tegang, gerbang logam high-k, dan teknologi FinFET - semua metode untuk meningkatkan kepadatan dan kinerja di luar apa yang bisa dicapai oleh bahan dan desain tradisional. Sebagian besar pengamat berpikir bahwa ketika kita sampai pada produksi 7nm dan di bawah, kita akan membutuhkan bahan alternatif yang lebih baru seperti silikon germanium (SiGE) dan indium gallium arsenide (InGaAs) dan bahwa pada akhirnya kita dapat pindah ke struktur transistor yang berbeda seperti gerbang-semua Transistor -around dikenal sebagai kawat nano.

Baru-baru ini, alat litografi - yang menyinari lampu yang mengaktifkan bahan pada wafer silikon untuk menggambar pola desain chip - juga relatif statis, dengan litografi perendaman 193nm telah menjadi standar selama bertahun-tahun. Tanpa penggantiannya, yang dikenal sebagai litografi ultraviolet ekstrim (EUV), pembuat chip dipaksa untuk menggunakan banyak pola, yang meningkatkan biaya. ASML dan mitranya telah bekerja pada EUV selama beberapa waktu, dan sekarang tampaknya ditargetkan pada produksi 7nm.

Kombinasi akhir skala Dennard, material baru, dan multi-pola telah meningkatkan biaya untuk meluncurkan setiap generasi teknologi baru. Dan semakin sulit untuk melakukannya, dengan Intel baru-baru ini mengatakan rencananya untuk 10nm adalah dua setengah tahun setelah pengenalan 14nm, yang berarti ini akan terjadi pada 2017. Samsung dan TSMC keduanya juga berbicara tentang mendapatkan chip 10nm yang siap untuk produksi massal di 2017, dan mungkin mereka bahkan mungkin mengalahkan Intel ke node ini (meskipun, tentu saja, ada pertanyaan tentang penamaan node dan apakah proses mereka sama padatnya dengan Intel.)

Perubahan dalam roadmap ITRS tidak menyangkal bahwa penskalaan berkelanjutan akan terjadi untuk sementara waktu, meskipun tidak lagi pada irama dua tahun yang biasa kita gunakan, dan dengan batas fisik nyata yang akan datang. Tetapi versi baru - yang disebut Roadmap Internasional untuk Perangkat dan Sistem - tampaknya malah menekankan berbagai jenis teknologi untuk aplikasi yang berbeda, seperti sensor, smartphone, dan server; dan menggabungkan berbagai jenis transistor untuk berbagai hal, seperti memori 3D, manajemen daya, atau sinyal analog.

Jadi apakah Hukum Moore benar-benar mati kali ini? Aku meragukan itu. Intel terus mengatakan "Hukum Moore masih hidup dan sehat" dan mereka dan yang lain memberikan alasan bagus mengapa chip akan terus menjadi lebih padat selama dekade berikutnya, bahkan ketika biaya terus meningkat. Tetapi tidak ada keraguan bahwa kita akan melihat banyak perubahan dalam desain chip, karena kita bergerak semakin jauh dari konsep desain tunggal yang berkembang dari perangkat kecil sampai ke pusat data. Dan itu berarti perancang chip akan menghadapi beberapa keputusan berisiko, dan bahwa pelanggan perlu lebih berhati-hati dengan pilihan yang mereka buat.