Конец близок. Или все-таки нет? Некоторые считают, что практически применимые предсказания Гордона Мура о возрастании числа транзисторов на кристалле с течением времени уже утрачивают свою актуальность. Однако другие говорят: «Подождите, не так скоро». Даже Мур, один из основателей Intel, считает, что они будут жить еще лет десять.
Все эти рассуждения и предположения активизировались в связи с приближением 50-летней годовщины первоначального предсказания Мура, опубликованного в апреле 1965 года в журнале Electronics. Изначальное пророчество Мура гласило, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждый год. Это было верно, однако впоследствии, в 1975 году и позднее, «закон» подвергался корректировкам. Для одних типов транзисторов и схем число транзисторов удваивается каждые два года, а для других – каждые 18 месяцев. И это остается неизменно справедливым на протяжении многих десятилетий. В настоящее время некоторые производители микросхем могут разместить на одном кристалле свыше 10 миллиардов транзисторов. И такая тенденция сохраняется. Пока.
Технология производства полупроводников развивается, позволяя инженерам делать транзисторы все меньше и меньше. С каждым новым сокращением размера приходит повышение скорости и снижение потребляемой мощности. И появляется возможность разместить больше транзисторов на той же площади кремния. Это, в свою очередь, снижает стоимость транзистора. Сегодня один MOSFET интегральной схемы стоит всего несколько микроцентов. Огромный скачок произошел при переходе от биполярных схем с резисторами к MOSFET. Как итог, мы получаем все бóльшие и бóльшие объемы памяти и более быстрые процессоры с более богатой архитектурой. Это делает возможным год за годом наращивать производительность и функциональность современных ПК и смартфонов, не увеличивая их стоимость. И что же?
Сейчас наблюдаются признаки того, что действие закона Мура заканчивается. Размеры транзисторов приближаются к физическим пределам. Сегодня Intel делает транзисторы с проектными нормами 14 нанометров, ширина затвора которых равна размеру примерно 30 атомов кремния. Кроме того, меньшие размеры транзисторов и более плотное их расположение приводят к утечке электронов, ухудшающей характеристики и увеличивающей потребление мощности. Некоторое время помогало снижение напряжения питания, однако и тут уже достигнут предел. Рост тактовых частот остановился, и упор теперь делается на снижение потребляемой мощности.
 |
| Гордон Мур. |
Одним из ключевых препятствий на пути движения в направлении, указанном законом Мура, является процесс фотолитографии. Он представляет собой перенос топологии проекта с масок на пластины. На какой-то период времени эта проблема была решена использованием ультрафиолетового света и некоторых уловок с процессом двойного структурирования. Но даже это имеет свои пределы. В настоящее время предполагается, что предельный размер затвора транзистора составляет 5 нм. И эта тупиковая ситуация, если такое действительно произойдет, может наступить уже в 2020 году или около того. Кто может сказать точно?
Производители процессоров преодолели ограничения производительности за счет увеличения числа ядер ЦПУ на кристалле. Это позволило повысить скорость вычислений без дальнейшего увеличения тактовой частоты. Однако проблемой стало программирование нескольких ядер. Что касается памяти, рост плотности транзисторов прекратился, когда производители DRAM и NAND-флэш сознательно ограничили его, опасаясь навредить таким параметрам, как время хранения и надежность. USB-накопители не могут стать ни больше, ни дешевле.
Это не конец электроники в привычном для нас понимании. Мы все еще будем иметь большие, быстрые микросхемы и превосходные изделия. При этом мы можем не увидеть постоянного улучшения характеристик и такого снижения цен, как в прошлом. Эффект закона Мура может замедлиться до удвоения через каждые 36 месяцев, и эта тенденция может продолжаться все следующее десятилетие или около того, пока инженеры будут соображать, что делать дальше и как это делать. А вы, тем временем, продолжайте использовать те преимущества, которые дает нам нынешнее направление развития.
Снимем же шляпы перед Гордоном Муром, ныне находящимся на пенсии, за то, что он дал нам прослужившую долгие годы надежную систему прогнозирования производительности и ценообразования электронной продукции.
