Закон Мура на пороге своего 50-летия, и следовать ему становится все труднее

По мере дальнейшего совершенствования процессорных технологий становится все сложнее сохранять действие закона Мура, но, по словам генерального директора Intel, закон этот по-прежнему остается для корпорации ключевым ориентиром при решении задач, связанных с увеличением производительности и расширением функциональности ее процессоров.

«Вся наша работа направлена на то, чтобы закон этот просуществовал как можно дольше», – заявил Брайан Кржанич.

В следующем году закону Мура исполняется 50 лет, и в Intel намерены отметить это событие.

Закон Мура базируется на наблюдениях одного из основателей Intel Гордона Мура, который предположил, что число транзисторов в микросхемах будет удваиваться через каждые два года и это позволит соответствующими темпами увеличивать производительность процессоров и обеспечивать выполнение ими новых функций. В Intel всегда руководствовались законом Мура, сформулированным в 1965 году, в качестве ориентира для оценки перспектив роста числа транзисторов в чипах и уменьшения их габаритов и стоимости. (Более того, со временем специалисты указали, что прогресс в полупроводниковых технологиях идет еще быстрее, и число транзисторов в микросхемах удваивается каждые 18 месяцев. — Прим. ред . )

Но размеры процессорных элементов начинают приближаться к размерам атомов, и, по мнению многих инженеров и ученых, уже вскоре закон Мура исчерпает себя. Как отмечают в Intel, новейшие процессоры корпорации отличаются еще более высокой производительностью и экономичностью, что позволяет экономить средства в полном соответствии с законом Мура, но в дальнейшем направления развития производства и конструкторские решения потребуют пересмотра.

В последнее время в Intel анонсировали новые процессоры ежегодно, а новые производственные процессы внедрялись раз в два года. Однако с переходом на 14-нанометровую технологию (самую совершенную в отрасли) у компании возникли определенные трудности. Для того чтобы освоить 14-нанометровый производственный процесс в полном объеме, Intel понадобилось два с половиной года.

«Первые чипы, выпускаемые по 14-нанометровой технологии, появились в начале текущего года, однако добиться ожидаемых результатов нам удалось только сейчас, – отметил генеральный менеджер Intel Technology and Manufacturing Group Билл Холт. – В настоящее время с производством чипов, разрабатывавшихся под кодовым наименованием Broadwell и изготавливаемых по 14-нанометровой технологии, никаких проблем нет, но после ошибок, выявленных на начальном этапе, нам еще не удалось полностью восстановить объемы. На уровень, который был достигнут при использовании 22-нанометровой технологии, мы планируем выйти в начале 2015 года. Технология с нормой проектирования 22 нм принесла нам самую большую отдачу за все время существования корпорации. Планка сегодня поднята очень высоко. И это естественно, ведь при попытке сократить затраты нужно сделать так, чтобы все остальные параметры были по крайней мере не хуже, чем у предыдущего поколения».

Пока же для Intel, которая известна тем, что всегда укладывалась в заданные сроки, ситуация остается ненормальной. Проблемы с производством процессоров Broadwell привели к задержке выпуска мобильных компьютеров и планшетов. Первые планшеты и гибридные компьютеры с процессорами Broadwell только начинают заполнять полки магазинов, а в ноутбуках, ориентированных на массового потребителя, они появятся лишь в начале следующего года.

Intel пытается преодолеть трудности, возникшие на начальном этапе производства процессоров с использованием 14-нанометровой технологии, и оценивать ближайшие перспективы. На осенней конференции Intel Developer Forum о проблемах с Broadwell ничего не говорилось, а корпорация представила архитектуру следующего поколения Skylake, которая также базируется на 14-нанометровом производственном процессе, поддерживая в то же время беспроводные технологии и улучшенную графику.

При этом рынок ждет от Intel определения производственных приоритетов. В условиях спада на рынке ПК корпорация стала выпускать больше мобильных процессоров, для которых параметры энергопотребления важнее производительности. Это привело к изменению подходов, которых придерживалась Intel. Сегодня корпорация делает ставку на однокристальные системы, в которых вычислительные блоки и модули беспроводной связи интегрированы в одном чипсете.

По словам Кржанича, транзисторы надо продолжать совершенствовать, но в зависимости от выбранных приоритетов действие закона Мура можно продлевать различными способами. Потребителям нужен баланс между стоимостью, производительностью и энергопотреблением.

Подход Intel к закону Мура основывался на уменьшении стоимости транзистора, которая по мере создания все более миниатюрных чипов продолжала снижаться. При переходе на 22-нанометровый производственный процесс корпорация представила новую конструкцию процессора, в которой транзисторы располагались друг над другом. В 14-нанометровой технологии эта тенденция была продолжена, а размеры чипов стали еще меньше.

«При переходе на 14-нанометровый процесс мы опустились чуть ниже уровня тренда на снижение стоимости по сравнению с предыдущим производственным процессом, если принимать во внимание закон Мура», – отметил Холт.

В конструкции процессора в Intel уменьшили расстояние между диэлектрическими ребрами транзистора, а также размеры внутренних соединений, благодаря чему отдельные блоки чипа стали теснее прилегать друг к другу. Вместе с тем существенного уменьшения затвора транзистора и ячеек памяти SRAM не произошло.

Критики закона Мура говорят о том, что расширять функционал процессоров при неуклонном уменьшении их размеров становится все сложнее. Растет число разнообразных дефектов, а производителям при проектировании и изготовлении процессоров все больше внимания приходится уделять деталям.

Intel рассматривает возможность внедрения новых технологий (в частности, технологии EUV – extreme ultraviolet lithography), которые помогут выпускать чипы еще меньшего размера. Возможен переход к 450-миллиметровым подложкам, при использовании которых процессоры будут обходиться дешевле. Исследователи из Intel изучают также материалы, которые могли бы заменить кремний.

На смену 14-нанометровой производственной технологии придут технологические процессы с нормой проектирования 10 и 7 нм. Когда появятся первые процессоры, изготовленные по таким технологиям, еще неизвестно, но пока закон Мура по-прежнему актуален.

«Мы вполне уверены в том, что сможем сдержать все свои обещания в отношении закона Мура», – подчеркнул Холт.