Закон Мура: каково его будущее?

В последние годы все чаще возникает вопрос: «Наступит ли конец процесса уменьшения размера транзисторов?», «Будет ли возможным практически и технически внедрение новых технологических процессов через каждых два года, как это предсказывает закон Мура?». Для ответа на эти вопросы следует вспомнить несколько исторических фактов. 

Немного истории

В далеком 1965 году Гордон Мур, один из сооснователей компании «Intel», сделал вывод на основе своих наблюдений о том, каждый год удваивается выгодное число транзисторов на одном кристалле. Немного позже эту закономерность назвали «законом Мура». Через 10 лет после публикации результатов наблюдений автор сделал уточнение: «Когда пройдет 1980 год, плотность транзисторов будет удваиваться через каждых два года». А коллега Гордона Мура Дэвид Хаус добавил: «Удвоение количества транзисторов в центральном процессоре в продолжение каждых 24 месяцев будет приводить к увеличению в два раза их производительности в продолжение каждых 18 месяцев». Стоит помнить, что закон Мура является продуктом эмпирических наблюдений. То есть другим компаниям, которые занимаются разработкой и выпуском кристаллов, вовсе не обязательно базировать свое производство на нем, хотя практика до сих пор подтверждает его действие. Главный технический директор «Intel» Патрик Гелсингер в 2002 году сказал, что теперь главной задачей сотрудников компании является не только продление жизни закона Мура, но и максимальное расширение сферы его действия.

Неужели это конец масштабирования?

Еще во времена активного «расцвета» технологий процесса производства полупроводников именитые эксперты предсказали вероятность конца масштабирования транзисторов. При том, что в те времена пути к разработкам новых процессов были очень простыми: уменьшение габаритов, уменьшение вертикального размера, уменьшение электрических полей, в результате чего получаем более энергоэффективный и быстрый транзистор! Многие тогда говорили о том, что большинство из теперешних технологий попросту невозможны. Но время показало, что это мнение было ошибочным. Представленный ниже график иллюстрирует действие закона Мура, начиная с 1970-х годов:

Интересно, что со временем не только изменялась структура транзистора и материалов, но и цель самого масштабирования. К примеру, в 2000-х годах, когда стремительно возрос спрос на мобильные компьютеры, производители взяли курс на уменьшение энергопотребления наряду с пределом плотности мощности.

Экономический аспект

Бывший работник компании «Intel», один из крупнейших экспертов в полупроводниковой отрасли, а также разработчик архитектуры IA-32 для ряда процессоров Pentium Pro, Pentium II, Pentium III и Pentium 4 Боб Колуэлл считает, что основным препятствием на пути к дальнейшему повышению степени интеграции станет вовсе не физика, а экономика. Поскольку с каждым годом будет возрастать стоимость освоения новых технологий, направленных на масштабирование процессоров. Также со временем будут расти сроки, необходимые на поиски новых технологических решений, которые станут экономически оправданными.

Что дальше?

По всем подсчетам, закон Мура должен прекратить свое действие приблизительно в 2020-2022 году. Шести лет, которые остались, хватит для коммерческого (полноценного) освоения процессов изготовления процессоров в 14, 10, 7 и 5 нанометров. Это не станет противоречить принципам закона Мура. Но если будут изобретены новые технологии к этому времени, экономический аспект не станет камнем преткновения и закон Мура продолжит свое существование. Одними из наиболее перспективных считаются технологии туннельных полевых транзисторов (так называемые BISFET), их активно исследуют ведущие полупроводниковые компании. Немаловажным аспектом исследований также является тесная интеграция архитектуры конечного продукта, дизайна и технологических процессов. Скорее всего такая тенденция будет сохранена и продолжится ее рост. Очень вероятно, что поиск новых технологий приведет к такому рывку в процессе производства, что сегодняшние процессоры будут похожи на процессор будущего точно так же, как и конный экипаж похож на «BMW». Транзисторы станут настолько маленькими, что на арену выйдет физика атомов или квантовая теория, поскольку электроны начнут просачиваться с полупроводников. Закончится Кремниевая эра, которая ознаменует начало Посткремниевой.