Linha do tempo da lei de Moore

Acho incrível como os transistores por área continuam aumentando. Como isso foi alcançado até agora? Minha ignorância me diz que, se os CIs foram projetados adequadamente de um estágio para outro, eles deveriam ter chegado tão longe em um tempo muito menor, mas ao mesmo tempo, tenho certeza de que houve um grande número de melhorias incrementais. A questão é: que melhorias foram elas? Foram todas as variações de um tema, ou melhorias completamente diferentes, provavelmente foi uma mistura, mas alguma esclarecimento sobre que tipo de melhorias elas foram e por que é feito em tantos pequenos incrementos.

Foram principalmente melhorias na foto-litografia? Ou projetos de transistor / circuito que permitiam maior tolerância a imperfeições? Ou melhorias na ciência dos materiais que permitiram materiais de maior qualidade nos transistores, trilhos e camadas? Alguma outra faceta?

obrigado

Se você já trabalhou em um projeto técnico seriamente complexo, saberá que é basicamente impossível projetar algo corretamente desde o início.

Pense nisso. Se os homens das cavernas tivessem acabado de pensar corretamente, deveriam estar andando na lua há 100.000 anos.

A fabricação de semicondutores modernos é um negócio seriamente difícil e envolveu tantos desafios de engenharia que precisaram ser superados para possibilitar isso. Você não pode superar esses desafios simplesmente projetando algo certo em primeiro lugar. A única maneira de fazer isso é dar passos de bebê. Obtenha uma nova tecnologia em execução. Para começar, não será muito bom. Haverá muitas imperfeições no processo, e o rendimento será baixo. Lentamente, as pessoas descobrem como otimizar as variáveis ​​do processo para tornar o processo confiável e obter o rendimento mais próximo de 100%. Então você dá outro pequeno passo.

Em teoria, não há diferença entre teoria e prática, mas na prática é.

Para progredir do circuito integrado para a CPU multicore atual, foram necessárias inovações em:

• Química: revestimentos, crescimento de cristais ultra puros
• Óptica: Como você focaliza fótons maiores do que os recursos que você está criando? Como você gera uma fonte de luz brilhante o suficiente e no curto comprimento de onda que você precisa. Essa fonte de luz pode ser um dos maiores consumidores de energia em uma fábrica de semicondutores.
• Aspectos mecânicos: técnicas de polimento de pastilhas de silício ultra planas. Registrando (posicionando) com precisão as bolachas para exposições repetidas.
• Computação: você precisa de um computador poderoso para projetar uma CPU poderosa. Captura 22.
• Construção: fabs extremamente complexas e caras tiveram que ser construídas para construir essas coisas de maneira confiável e econômica.

"eles deveriam ter chegado tão longe em muito menos tempo"

Mesmo? Faz apenas 53 anos desde que o primeiro circuito integrado foi patenteado em 1959. Isso é surpreendentemente rápido, considerando que os seres humanos existem há centenas de milhares de anos e, na maioria das vezes, eles não fizeram nenhum progresso em circuitos integrados.

Uma das melhorias não é eletrônica, mas sim óptica. Os steppers de wafer que são usados ​​para projetar os padrões de diferentes camadas nos fotorresistentes do wafer usam lentes ópticas. Nos anos 80, quando tamanhos de feições de alguns mícrons eram comuns, temia-se que em tamanhos de feições abaixo de cerca de 400 nm (o limite de luz visível) o sistema óptico usado não fosse mais suficiente.

Hoje, temos tamanhos de recursos de até 22 nm, e os steppers ainda usam óptica para transferir os padrões. Mas não a ótica dos anos 80, eles não eram bons o suficiente para esse tipo de resolução.

Esta é uma indústria muito competitiva. Se alguma empresa pudesse fabricar dispositivos de 100 nm em 1985, teria. É precisamente por causa dessa competitividade que a lei de Moore continua mantendo.

Diminuir as dimensões lineares por um fator 2 não é apenas uma coisa. É necessário avançar em várias frentes para tornar possível um chip lucrativo no mundo real. Um dos limites da tecnologia, como Steven mencionou, foi a fotolitografia, mas houve muitos outros. Eu não sou um designer de chips ou fab, então não conheço todos os detalhes. Sei que o investimento em um novo processo fab de tamanho de recurso menor é enorme. Normalmente, as empresas constroem fábricas totalmente novas para um novo processo, porque não é tão simples quanto substituir uma única máquina por uma melhor. Apenas o manuseio de ar é um grande problema e existem muitos outros.

Fazer transistores menores é apenas parte da fabricação de chips menores. Você deve considerar as propriedades elétricas dos transistores à medida que eles diminuem. A dissipação por área aumenta, o que diminui a tensão operacional, mas isso gera uma relação mais baixa entre a corrente ligada e desligada do FET. Isso, por sua vez, aumenta a corrente de fuga, o que aumenta a dissipação quieta. É necessária uma melhor condutividade térmica para o gabinete e uma melhor transferência de calor na placa, etc. Isso continua e continua com muitos parâmetros de interação.

Tenho idade suficiente para lembrar várias "barreiras" nas quais a física básica supostamente dizia que não podíamos ir mais longe e a lei de Moore estava fadada a estagnar. Cada vez que pessoas inteligentes encontravam uma maneira de fazer algo diferente para contornar a física. Eu não sei o suficiente para ter uma boa idéia quando o ritmo do progresso diminuirá. Tendo assistido esse processo desde meados da década de 1970, fiquei realmente impressionado com quantos ciclos da lei de Moore já existiram e com o quanto a computação mudou amplamente em uma fração da vida.

1. A economia determina uma nova mudança no processo de fabricação de wafer a cada 2 anos. Novos equipamentos custam bilhões, enquanto o processo de construção e ajuste e o design levam tempo para otimizar altos rendimentos e, em seguida, devem ser amortizados durante a produção. Intel e IBM são líderes neste jogo com patentes de P&D e recursos de processo.
2. As alterações no projeto incluem memória flash, passando dos níveis de quantização binário para N, para que o uso do DAC <> ADC possa obter mais densidade de log N por célula, mas isso acrescentou sobrecarga e grandes codecs de ECC. todas as outras áreas também melhoraram.

3. A IBM agora inventou células RAM que podem levar de 5 a 10 anos para produzir chips de 150 TB, passando de 1e6 átomos para 12 átomos, usando a estrutura de cristal antiferromagnético

4. As melhorias incluem muitas mudanças materiais, como;

   • silício tensionado, introduzido com o processo de 90 nm em 2003
   • último portão de metal high-k (HKMG) baseado em háfnio

Existem muitas mudanças para resumir a realização da Lei de Moore, mas ela é realizada em todas as camadas e departamentos; financiamento, pesquisa, design, arquitetura, fabricação, materiais, processos, redundância e correção de erros.

O engraçado é que não é uma lei da física, apenas um padrão peculiar de crescimento ou encolhimento, dependendo de como você a vê.

Gordon Moore tem 83 anos, é aposentado / presidente emérito, co-fundador e ex-presidente e CEO da Intel Corporation.

adicionado

Uma grande parte do crescimento das CPUs deve ser concedida às reduções de custo em $ / GB de RAM. Além da densidade da área, na arquitetura hierárquica existem dezenas de outros fatores, como a redução do tempo do ciclo de 100 horas para 36 horas nos anos 90 para a fabricação de cada chip.

As principais empresas asiáticas de memória competiram e continuam a ter sucesso nessa área. Este artigo detalha alguns motivos interessantes que são relevantes para os desafios da "lei de Moore" e da Memória.