To już jest koniec. Prawo Moore’a, które tak długo nadawało ton rozwojowi branży technologicznej, już nie obowiązuje. Ale czy na pewno? Co będzie dalej?
Na początku 2019 r. prawdziwą sensację wywołał CEO Nvidia, Jensen Huang, który powiedział, że „prawo Moore’a już nie obowiązuje”. Można by wnioskować, że wie, co mówi, zwłaszcza jako szef koncernu ściśle związanego z branżą półprzewodników. A przecież to z miniaturyzacją tranzystorów wiązano do tej pory stały postęp technologiczny w niemal wszystkich urządzeniach elektronicznych – od smartfonów, po kuchenki mikrofalowe.
Czym jest prawo Moore’a?
Gordon Moore, współzałożyciel firmy Intel, w 1965 r. przewidział stały, dwuletni cykl ulepszeń układów, który podwajałby wydajność procesora co kilka lat. Prawo Moore’a stało się czymś więcej niż wytyczną dla producentów procesorów. Zamiast tego przekształciło się w skróconą definicję innowacji w regularnych odstępach czasu i stało samospełniającą się przepowiednią. Napędzała ona przemysł technologiczny przez długi czas. Wszelkie ulepszenia w iPhone’ach, laptopach gamingowych i tabletach wynikają z prawa Moore’a.
Ale skoro skala układów scalonych zbliża się coraz bardziej do rozmiaru pojedynczych atomów, coraz trudniej jest nadążyć za prawem Moore’a. Podwojenie liczby tranzystorów, a tym samym – mocy obliczeniowej – dla danego układu co dwa lata jest teraz droższe i technicznie trudniejsze.
Prawo Moore’a rosło 10 razy co pięć lat, 100 razy co 10 lat. Teraz prawo Moore’a rośnie tylko kilka procent rocznie. Przez kolejne 10 lat, moc obliczeniowa zwiększy się może dwukrotnie. Dlatego uważam, że prawo Moore’a się skończyło.
Jensen Huang
Pocieszające dla branży jest to, że Jensen Huang już wcześniej głosił koniec prawa Moore’a. W ciągu ostatnich kilku lat wypowiadał się w podobnym tonie. Intel jednak nie uważa, że prawo Moore’a jest już martwe. Firmy dopiero szukają nowych sposobów na utrzymanie go przy życiu, chociaż nie jest to łatwe. Proces technologiczny nazywany Foveros umożliwia nałożenie kilku różnych elementów na jeden chip, co powinno radykalnie zwiększyć wydajność układów. Ale debata o sensowności istnienia prawa Moore’a trwa już od debaty.
Istnieje powszechna obawa, że zwolnienie postępów w dziedzinie półprzewodników zahamuje również ogólne innowacje w elektronice. Pomniejszanie procesorów poprawiało żywotność baterii, obniżało koszty produkcji i zwiększało ogólną wydajność. Przynajmniej do niedawna.
Łamigłówki półprzewodników
Intel, który od dawna jest liderem w produkcji półprzewodników, wielokrotnie opóźniał przejście do procesu technologicznego 10 nm, podczas gdy inne firmy (jak Samsung) z powodzeniem składają zaawansowane układy 7 nm. Specjaliści od materiałów nadal znajdują sposoby na wydłużenie żywotności tranzystorów krzemowych, a nawet sięgają po alternatywy. Dobrym pomysłem mogą być cienkie arkusze grafenu.
To właśnie grafen, czyli płaska struktura złożona z atomów węgla, połączonych w sześciokąty (na kształt plastra miodu), może być materiałem przyszłości, który zrewolucjonizuje elektronikę. Patrick Moorhead, analityk Moor Insights & Strategy powiedział:
Prawo Moore’a zgodne z najbardziej restrykcyjną definicją związaną z podwojeniem gęstości chipów co dwa lata, już nie ma racji bytu. Jeżeli przestaniemy zmniejszać chipy, będzie to katastrofalne dla każdej branży technologicznej.
Branża coraz chętniej korzysta z innych rodzajów obliczeń wykorzystujących GPU produkowanych przez Nvidia oraz nowych sposobów układania układów scalonych. Dyrektor finansowy firmy MediaTek – David Ku – powiedział, że jego zdaniem „prawo Moore’a nie jest martwe, ale zauważalnie zwalnia”. Obecnie Chińczycy produkują jednostki w litografii 7 nm, ale planują przejść na proces technologiczny 5 nm. Co ciekawe, koszt przyszłych układów może nawet wzrosnąć, ponieważ do produkcji wymagamy coraz bardziej złożonego sprzętu, takiego jak maszyny litograficzne EUV.
Jakie perspektywy na przyszłość?
Duże nadzieje wiąże się z litografią 5 nm. Firma Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) twierdzi, że ten proces technologiczny zapewnia wzrost szybkości układu o 15% i poprawę wydajności energetycznej o 30%. Samsung obiecuje 10-procentowy wzrost szybkości i 20-procentową poprawę wydajności energetycznej. Analitycy twierdzą, że te liczby są zgodne z oczekiwaniami. Ale w porównaniu z czasami, w których wprowadzenie nowej litografii wiązało się ze wzrostem wydajności o 50%, jasne jest, że prawo Moore’a w klasycznej postaci, przestało obowiązywać. Nie umarło, ale naturalnie wyewoluowało do innej postaci.
Niewykluczone, że w przyszłości pojawią się inne procesy technologiczne – 6 nm, wspomniane 5 nm, a następnie 3 nm – które realnie ulepszą układy scalone w urządzeniach elektronicznych. Na rewolucję w wydajności nie ma co jednak liczyć. Będziemy obserwować wzrosty, ale nie zwiększające się w sposób wykładniczy a stopniowy. Co będzie po maksymalnym zbliżeniu się do granicy 0? Wiele zależy od materiałów przyszłości, którymi wtedy będziemy dysponowali oraz faktu, czy procesy ich wytwarzania będą opłacalne.
