Czy proces technologiczny 14nm jest finałem rozwoju silikonowych

W latach 80-tych i 90-tych rozpoczęła się walka o proces technologiczny z jak największą gęstością tranzystorów zawartych w chipsecie. Marki IBM, Intel i TMSC toczyły zacięty bój prześcigając się w komplikowaniu architektury procesorów. Pierwszym krokiem milowym był zaprezentowany w 1985 roku procesor Inetl 80386 - zastosowano w nim architekturę 1 mikrona, czyli 1000 nm. Rozpoczął się nanometrowy wyścig.

Dziewiętnaście lat później, w 2004 roku, standardem były już procesory o architekturze poniżej 100 nm. 90 nanometrów stało się normą i było szeroko stosowane, między innymi w procesorach Winchester AMD64 oraz Intel Prescott Pentium 4.

W ostatnich latach i czołówka i peleton sporo zwolnili. Większość mikoroukładów oparta jest o proces technologiczny na poziomie 45 czy 60 nm. Niewielu producentów, poza "potentatem gęstości" Intelem, było w stanie wprowadzić 32 nm do swoich układów. Żeby już nie wspominać o Ivy Bridge Intela i jego 22 nm, który, jak do tej pory, nie ma rywala na rynku.

Powodem jest ograniczenie technologiczne nanoszenia mikroskopijnych układów na silikonową podstawę. Nawet proces osadzania warstw atomowych (ALD - Atomic Layer Deposition), który doprowadził nas do 22 nm, a w przyszłości umożliwi tworzenie układów o gęstości 16 i 14 nm, nie jest w stanie zapewnić jeszcze niższych wartości.

Powód jest prosty, atomy może i są małe, ale mają skończony rozmiar. Atom wodoru ma 0,1 nm średnicy, atom cezu - 0,3 nm. Atomy używane do tworzenia chipów są idealnie pomiędzy i mają wielkość około 0,2 nm. Jak to się ma do architektury? Przecież w 22 nm pojedynczych atomów zmieści się wiele. Trzeba jednak pamiętać, że wartość podawana przy procesie technologicznym nie dotyczy rozmiaru tranzystora, a odległości pomiędzy nimi. W wypadku najgęstszego Ivy Bridge Intela pojedyncza warstawa dielektryka ma zaledwie 0,5 nm grubości. To dwa lub trzy atomy!

Poniżej 22nm jeden źle umiejscowiony atom zburzy cały układ. Nie ma żadnego miejsca na błędy. Tutaj zwiastujemy raczej absolutne odejście od obecnej konstrukcji procesorów i przejście na zupełnie inną architekturę - na przykład trójwymiarowe układy IBM i 3M. To raczej predykcja na najbliższych kilka lat, nie należy się spodziewać przełomu już w grudniu 2011.

Mimo obecnej bariery, Intel już planuje zejście do, uwaga, 11 nm. To oznacza pojedynczy element układu wielkości jednego atomu! W jaki sposób? Zapewne za pomocą głośnego w ostatnich czasach grafenu albo układów kwantowych lub fotonowych. Na razie nie ma potrzeby zaprzątać sobie tym głowę. Jeśli rozwój układów silikonowych nauczył nas czegokolwiek, to będą tym coraz tańsze, szybsze i efektywne komputery.

Całość tematu pięknie skwitował szef rozwoju układów marki Intel, Mike Mayberry - "Musimy zrobić coś zupełnie innego. Nie możemy wciąż jechać tą drogą bez kręcenia kierownicą."

Założyciel Intela, Gordon Moore, sformułował niegdyś prawo, które od tamtej pory nosi jego imię. Prawo Moore'a głosi, iż liczba tranzystorów w mikroprocesorach podwaja się co 12 miesięcy. Potem wielokrotnie korygowano okres czasu, by dojść do obecnych 24 miesięcy. Wskazuje to nie na liniowy, a raczej logarytmicznie rosnący wykres rozwoju. Prawo Moore'a obecnie stosuje się, na zasadzie analogii, do wielu innych parametrów PC-tów - pojemności dysków czy przepustowości sieci.

Zapytany o to prawo Mike Mayberry stwiedził: "Patrzymy w dół obecnej ścieżki rozwoju i widzimy mgłę. Bliskie nam rzeczy są wyraźne i ostre. O prawdziwych przełomach wiemy, że nadejdą, ale nie znamy żadnych detali".

Zobacz również nasze inne artykuły