قانون مور في مفترق طرق جديد

كان هناك عدد من القصص في الآونة الأخيرة حول كيفية اقتراب قانون مور. هذا ليس مفاجئًا بشكل خاص - لقد توقع الناس زواله لعقود من الزمن حرفيًا ، وقد عالجت المشكلات من قبل - لكن المناقشة استغرقت حياة جديدة. تؤكد إحدى القصص في مجلة Nature التي كتبها M. Mitchell Waldrop ما يشتبه به أكثر من غيرهم في الصناعة - أن الجيل القادم من خارطة طريق التكنولوجيا الدولية لأشباه الموصلات (ITRS) لن يركز على جعل الترانزستورات أصغر ، ولكن على تطوير تقدم الرقاقات لتطبيقات محددة.

يعتمد قانون مور ، بالطبع ، على الملاحظة التي أدلى بها غوردون مور (الذي سيواصل لاحقًا تأسيس شركة إنتل) ، في عدد أبريل من عام 1965 من الإلكترونيات ، مفادها أن عدد الترانزستورات في المعالج يتضاعف كل عام. (توجد نسخة على الإنترنت هنا). وبحلول عام 1975 ، ثبت أنه صحيح ، لكنه غير تقديره لمضاعفة الرقاقة إلى كل عامين ، وهي وتيرة اتبعتها الصناعة إلى حد كبير حتى وقت قريب.

في عام 1991 ، بدأت صناعة أشباه الموصلات الأمريكية ما سيصبح ITRS بمساهمات من مجموعات الصناعة من أوروبا واليابان وتايوان وكوريا الجنوبية. على مر السنين ، كان هناك الكثير من التغييرات على خريطة الطريق هذه. حتى وقت مبكر من عام 2000 ، لم يقتصر الأمر على عدد الترانزستورات على شريحة مضاعفة كل جيل ، كما زادت معدلات الساعة ، مما أعطى زيادة واضحة في الأداء كذلك. اتبعت Chips ما كان يسمى تحجيم Dennard ، استنادًا إلى ورقة عام 1974 التي ذكرت أنه مع زيادة حجم الترانزستورات ، زاد الأداء بنفس العامل تقريبًا بنفس القوة. لكن عندما تقل رقائقها عن 90 نانومتر أو نحو ذلك ، توقف ذلك عن العمل ، وبعد أن وصلت الرقائق إلى 3 جيجاهيرتز أو 4 جيجا هرتز ، استخدموا ببساطة الكثير من الطاقة وأصبحوا أكثر سخونة. بدلاً من استخدام النوى الأسرع ، تحولت الصناعة إلى استخدام المزيد من النوى ، التي تعمل على بعض التطبيقات ولكن ليس على تطبيقات أخرى. وفي الوقت نفسه ، أصبحت رقائق الهواتف المحمولة أكثر شيوعًا ، حيث جلبت معها متطلبات لاستخدام طاقة أقل.

تغيير كبير آخر جاء مع المواد. بالنسبة لمعظم هذه الفترة ، كانت الرقائق معظمها من MOSFETs أو ترانزستورات التأثير الميداني لأكسيد الفلز ، مما يعني أن المواد الأساسية كانت بسيطة إلى حد ما. على مدار العقد الماضي ، شهدنا إدخال السيليكون المتوتر ، البوابة المعدنية عالية k ، وتقنيات FinFET - جميع الطرق لزيادة الكثافة والأداء بما يتجاوز ما يمكن أن تنجزه المواد والتصاميم التقليدية. يعتقد معظم المراقبين أنه مع وصولنا إلى إنتاج يبلغ 7 نانومتر وما دونه ، سنحتاج إلى مواد بديلة أحدث مثل السيليكون الجرمانيوم (SiGE) وزرنايد زرنيخيد الغاليوم الإنديوم (InGaAs) ، وفي النهاية قد ننتقل إلى بنية ترانزستور مختلفة مثل بوابة الكل حول الترانزستورات المعروفة باسم أسلاك متناهية الصغر.

في الآونة الأخيرة ، كانت أدوات الطباعة الحجرية - تلك التي تضيء الأضواء التي تنشط المواد على رقاقة السيليكون لرسم أنماط تصميم الرقاقة - ثابتة أيضًا نسبيًا ، حيث كانت الطباعة الحجرية التي تحتوي على 193nm قياسية منذ سنوات. وبدون استبدالها ، والمعروفة باسم الطباعة الحجرية الفائقة الأشعة فوق البنفسجية (EUV) ، يضطر صناع الرقائق إلى استخدام أنماط متعددة ، مما يرفع التكاليف. تعمل ASML وشركاؤها على EUV لبعض الوقت ، ويبدو الآن أنها تستهدف إنتاج 7nm.

أدى الجمع بين نهاية قياس Dennard والمواد الجديدة والنماذج المتعددة إلى زيادة تكاليف طرح كل جيل جديد من التكنولوجيا. وأصبح من الصعب القيام بذلك ، حيث قالت إنتل مؤخرًا إن خططها لل 10 نانومتر كانت بعد عامين ونصف من مقدمة 14 نانومتر ، وهذا يعني أن هذا سيحدث في عام 2017. تتحدث كل من سامسونغ و TSMC أيضًا عن إعداد رقائق بقدرة 10 نانومتر للإنتاج بالجملة في عام 2017 ، ومن المحتمل أنها قد تغلب على Intel حتى هذه العقدة (على الرغم من ذلك ، بالطبع ، هناك أسئلة حول تسمية العقدة وعما إذا كانت عملياتها كثيفة مثل Intel.)

لا تنكر التغييرات في خريطة طريق ITRS أن التحجيم المستمر سيحدث لفترة من الوقت ، على الرغم من أنه لم يعد في فترة السنتين التي اعتدنا عليها ، مع وجود قيود مادية حقيقية قادمة. لكن الإصدار الجديد - المسمى خريطة الطريق الدولية للأجهزة والأنظمة - يبدو أنه يركز بدلاً من ذلك على أنواع مختلفة من التكنولوجيا للتطبيقات المختلفة ، مثل أجهزة الاستشعار والهواتف الذكية والخوادم ؛ والجمع بين أنواع مختلفة من الترانزستورات لأشياء مختلفة ، مثل الذاكرة ثلاثية الأبعاد أو إدارة الطاقة أو الإشارات التناظرية.

فهل قانون مور قد مات حقاً هذه المرة؟ اشك به. تستمر شركة Intel في قول "قانون مور على قيد الحياة وبصحة جيدة" ويعطون هم وآخرون أسبابًا وجيهة لاستمرار ازدهار الرقائق خلال العقد المقبل أو نحو ذلك ، حتى مع استمرار ارتفاع التكاليف. ولكن ليس هناك شك في أننا سنرى العديد من التغييرات في تصميم الرقائق ، حيث نتحرك بعيدًا بعيدًا عن مفهوم التصميم الفردي الذي يتدرج من الأجهزة الصغيرة وصولًا إلى مركز البيانات. وهذا يعني أن مصممي الرقائق سيواجهون بعض القرارات الخطرة ، وأن العملاء سيحتاجون إلى أن يكونوا أكثر حرصًا بشأن الاختيارات التي يقومون بها.