Cronologia della legge di Moore

Trovo incredibile come i transistor per area continuino ad aumentare. Come è stato realizzato finora? La mia ignoranza mi dice che se i circuiti integrati fossero stati progettati correttamente da uno stadio all'altro avrebbero dovuto andare molto più a lungo in un breve periodo di tempo, ma allo stesso tempo sono sicuro che si sono verificati numerosi miglioramenti incrementali. La domanda è: quali miglioramenti sono stati? Erano tutte variazioni su un tema o miglioramenti completamente diversi, probabilmente era un mix, ma una certa illuminazione su che tipo di miglioramenti erano e sul perché è stato fatto in così tanti piccoli incrementi.

Si trattava principalmente di miglioramenti nella foto-litografia? O progetti di transistor / circuiti che consentivano una maggiore tolleranza alle imperfezioni? O miglioramenti nella scienza dei materiali che hanno permesso materiali di qualità superiore nei transistor, nelle tracce e nella stratificazione? Altre sfaccettature?

Grazie

Se hai mai lavorato a un progetto tecnico molto complesso, saprai che è praticamente impossibile progettare qualcosa in modo corretto fin dall'inizio.

Pensaci. Se gli uomini delle caverne avessero appena pensato correttamente, avrebbero dovuto camminare sulla luna 100.000 anni fa.

La produzione di semiconduttori moderni è un affare seriamente difficile e ha comportato così tante sfide ingegneristiche che dovevano essere superate per renderlo possibile. Non puoi superare queste sfide semplicemente progettando qualcosa in primo luogo. L'unico modo per farlo è fare piccoli passi. Ottieni una nuova tecnologia in esecuzione. Non sarà molto buono per cominciare. Ci saranno molte imperfezioni nel processo e la resa sarà bassa. Le persone imparano lentamente come ottimizzare le variabili di processo al fine di rendere il processo affidabile e avvicinare il rendimento al 100%. Quindi fai un altro piccolo passo.

In teoria non c'è differenza tra teoria e pratica, ma in pratica lo è.

Per passare dal circuito integrato alla CPU multicore di oggi sono state apportate innovazioni in:

• Chimica: rivestimenti, crescita di cristalli ultra puri
• Ottica: come focalizzate i fotoni che sono più grandi delle caratteristiche che state realizzando? Come si genera una sorgente luminosa abbastanza luminosa e alla breve lunghezza d'onda di cui hai bisogno. Quella fonte di luce può essere uno dei maggiori consumatori di energia in una fabbrica di semiconduttori.
• Aspetti meccanici: tecniche per lucidare wafer di silicio ultra piatti. Registrazione accurata (posizionamento) dei wafer per esposizioni ripetute.
• Informatica: è necessario un computer potente per poter progettare una CPU potente. Prendi il 22.
• Costruzione: per costruire queste cose in modo affidabile ed economico è stato necessario costruire fab complesse e costose.

"avrebbero dovuto andare così lontano in un tempo molto più breve"

Veramente? Sono passati solo 53 anni da quando il primo circuito integrato è stato brevettato nel 1959. È incredibilmente veloce, considerando che gli umani esistono da centinaia di migliaia di anni e la maggior parte di questo tempo non hanno fatto alcun progresso nei circuiti integrati.

Uno dei miglioramenti non è elettronico, ma piuttosto ottico. I stepper wafer che vengono utilizzati per proiettare i pattern per diversi strati sui fotoresist del wafer utilizzano lenti ottiche. Negli anni '80, quando erano comuni dimensioni di alcuni micron, si temeva che a dimensioni inferiori a circa 400 nm (il limite per la luce visibile) il sistema ottico utilizzato non sarebbe più sufficiente.

Oggi abbiamo dimensioni delle caratteristiche fino a 22 nm e gli stepper usano ancora l'ottica per trasferire i motivi. Ma non l'ottica degli anni '80, non erano abbastanza buoni per questo tipo di risoluzione.

Questo è un settore molto competitivo. Se qualche azienda avesse potuto realizzare dispositivi a 100 nm nel 1985, lo avrebbero fatto. È proprio a causa di questa competitività che la legge di Moore continua a essere valida.

Ridurre le dimensioni lineari di un fattore 2 non è solo una cosa. I progressi devono essere fatti su un certo numero di fronti per rendere possibile un chip redditizio nel mondo reale. Uno dei limiti della tecnologia, come menzionato Steven, è stata la fotolitografia, ma ce ne sono stati molti altri. Non sono un designer di chip o fab quindi non conosco tutti i dettagli. So che l'investimento in un nuovo processo fab di dimensioni più piccole è enorme. Di solito le aziende costruiscono fab completamente nuove per un nuovo processo perché non è così semplice come sostituire una singola macchina con una migliore. Solo il trattamento dell'aria da solo è un grosso problema, e ce ne sono molti altri.

Realizzare transistor più piccoli è solo una parte della creazione di chip più piccoli. Devi considerare le proprietà elettriche dei transistor quando diventano più piccole. La dissipazione per area aumenta, il che abbassa la tensione di esercizio, ma che fornisce un rapporto inferiore tra FET on e off current. Ciò a sua volta fa aumentare la corrente di dispersione, aumentando la dissipazione quiescient. È necessaria una migliore conduttività termica al case e un migliore trasferimento di calore sulla scheda, ecc. Questo continua all'infinito con molti parametri interagenti.

Sono abbastanza vecchio da ricordare diverse "barriere" in cui la fisica di base avrebbe detto che non potevamo andare oltre e che la legge di Moore era destinata a bloccarsi. Ogni volta le persone intelligenti hanno trovato il modo di fare qualcosa di diverso per aggirare la fisica. Non ne so abbastanza per avere una buona idea quando il ritmo dell'avanzamento rallenterà. Avendo osservato questo processo dalla metà degli anni '70, sono rimasto davvero colpito da quanti cicli della legge di Moore ci siano già stati e da quanto è cambiata enormemente l'informatica in una frazione della vita.

1. L'economia impone una nuova modifica del processo di fabbricazione dei wafer ogni 2 anni. I costi di nuove attrezzature miliardi, mentre il processo di costruzione e messa a punto e la progettazione richiedono tempo per ottimizzare i rendimenti elevati e quindi devono essere ammortizzati durante la produzione. Intel e IBM sono leader in questo gioco con brevetti di ricerca e sviluppo e capacità di processo.
2. Le modifiche apportate alla progettazione includono la memoria flash che va dai livelli binari a N di quantizzazione, quindi l'uso di DAC <> ADC può ottenere nel log N una densità maggiore per cella, ma questo ha aggiunto sovraccarico e grandi codec ECC. anche ogni altra area è migliorata.

3. IBM ha ora inventato celle RAM che potrebbero richiedere 5 ~ 10 anni per produrre chip da 150 TB che vanno da 1e6 atomi a 12 atomi usando un reticolo cristallino antiferromagnetico

4. I miglioramenti includono molti cambiamenti materiali come;

   • silicio filtrato, introdotto con il processo a 90 nm nel 2003
   • cancello metallico high-k high-k a base di afnio (HKMG)

Ci sono troppi cambiamenti per riassumere la realizzazione della Legge di Moore, ma è realizzata in ogni livello e reparto; finanziamento, ricerca, progettazione, architettura, fabbricazione, materiali, processi, ridondanza e correzione degli errori.

Cosa divertente, non è una legge della fisica, solo un particolare modello di crescita o restringimento a seconda di come la vedi.

Gordon Moore ha 83 anni, è stato ritirato / Chairman Emeritus, co-fondatore ed ex Presidente e CEO di Intel Corporation.

aggiunto

Una grande parte della crescita delle CPU deve essere concessa alla riduzione dei costi in $ / GB di RAM. Oltre alla densità dell'area, all'architettura gerarchica ci sono dozzine di altri fattori come la riduzione del tempo di ciclo da 100 ore a 36 ore negli anni '90 per la realizzazione di ciascun chip.

Le principali società di memoria asiatiche hanno gareggiato e continuano a avere successo in questo settore. Questo articolo descrive alcuni motivi interessanti che sono rilevanti per le sfide della "legge di Moore" e della memoria.