promocja

Liczba tranzystorów zawartych na tej samej powierzchni układu scalonego regularnie rośnie – i to od około 50 lat w tempie geometrycznym, podwajając się co około dwa lata. Trend ten przewidział po raz pierwszy Gordon Moore, jeden z założycieli Intela, i na jego cześć nazywany jest prawem Moore’a. Wynika to bezpośrednio z możliwości zmniejszania wymiarów tranzystora, jednak na pewno nie da się tego robić w nieskończoność.

Kilka dni temu pisaliśmy o rekordowo gęstej pamięci, w której bity informacji zapisywane są jako położenie pojedynczego atomu. Trudno sobie wyobrazić, żeby można było zbudować układ scalony z mniejszymi elementami. Jednak według najnowszego raportu  International Technology Roadmap for Semiconductors miniaturyzacja tranzystorów zatrzyma się znacznie, znacznie wcześniej: około roku 2021, kiedy zejdziemy z rozmiarem bramki tranzystora do 10 nm.

Choć wiemy, że tzw. proces produkcyjny 10 nm zadebiutować ma wcześniej niż w roku 2021, to należy pamiętać, że 10 nm to w jego przypadku nazwa marketingowa, która nie oddaje długości bramki tranzystora (ani żadnego innego fizycznego wymiaru). Dlaczego już za 5 lat miniaturyzacja tranzystorów stanie w miejscu? Czy napotkamy jakąś fizyczną barierę uniemożliwiającą budowę mniejszych?

Powód jest znacznie bardziej prozaiczny. Każdy nowy proces produkcyjny pozwalający na budowę mniejszych tranzystorów jest coraz droższy. Po roku 2021 nakłady inwestycyjne mają być już tak duże, że po prostu nie będzie się opłacało opracowanie i wdrożenie nowych procesów. Czy oznacza to koniec prawa Moore’a i rozwoju układów scalonych?

Niekoniecznie. Zmniejszanie wymiarów tranzystora to nie jedyna droga do zwiększenia gęstości ich upakowania. Kolejną jest wzrost chipu w pionie, czyli dodawanie kolejnych warstw tranzystorów. Nie jest to przy tym pomysł zupełnie egzotyczny. Tzw. pamięci 3D NAND, składające się z wielu warstw, podbijają już teraz rynek dysków SSD.

Obecnie w procesorach czy układach graficznych tranzystory znajdują się w jednej warstwie, a w kolejnych biegną już tylko łączące je ścieżki. Zmiana tego podejścia może zaowocować skokiem w gęstości upakowania tranzystorów wystarczającym na utrzymanie prawa Moore’a jeszcze przez wiele generacji.

[źródło i grafika: spectrum.ieee.org]