Това краят на пътя за изчислителната мощност ли е?


Може да не е действителен закон на природата, но смело изявление, направено преди десетилетия, предсказва шеметния напредък на технологиите. Сега е така на път да залитне. Бизнесът, който захранва всичко около нас, от автомобили през смартфони до нашите комунални услуги, е изправен пред разплата.

В първите дни на полупроводниковата технология,

Intel

INTC 0,84%

съоснователят Гордън Мур заяви, че броят на компонентите на интегралната схема ще се удвоява всяка година. Прогнозата от 1965 г., сега известна като Закона на Мур, по-късно е ревизирана за удвояване на броя на транзисторите приблизително на всеки две години.

напредък

продължи десетилетия, докато индустрията на чиповете създаваше някога невъобразими устройства и след това постоянно се повишаваше.

Например,

Apple‘с

Чипът M1 Max, който захранва неговите лаптопи от висок клас, има невероятните 57 милиарда транзистора. Технологията продължава да напредва, за да намали размера на чиповете: десетки хиляди транзистори могат да се поберат в зона, не по-широка от човешка коса. По-малките транзистори, които също са по-бързи и по-евтини, позволиха експоненциален напредък в изчислителната мощност и увеличиха производителността. Смартфонът в джоба ви вече е по-способен от масивните компютри, които помогнаха за изпращането на хора на Луната преди повече от 50 години и малка част от цената.

Мнозина имат писмени некролози за закона през годините, но производителите на чипове разшириха технологичния пакет, намирайки нови начини да натъпчат повече изчислителна мощност. Един от най-новите примери е екстремната ултравиолетова литография или EUV, технология, която използва светлина с по-къса дължина на вълната за ецване на суперфини характеристики на чиповете. Холандската компания ASML е единствената компания, която произвежда EUV машини за производители на чипове. Всеки от тях струва около 150 милиона долара, но производителят има голямо изоставане, тъй като светът се бори да добави капацитет.

Но тъй като размерът на транзистора сега се приближава до атомното ниво, изглежда неизбежно скоро да достигне някои физически граници. Разстоянието между транзисторите вече се измерва в десетки нанометри. Един нанометър е широк около 5 силициеви атома.

Дори преди законите на физиката най-накрая да сложат край на тенденцията, предвидена от г-н Мур преди 57 години, законите на икономиката вероятно ще го направят. Цената за производство на най-модерния чип нарасна и става все по-скъпа с всяка итерация на технологията.

“Moore’s вероятно може да продължи, но просто не в икономическа гледна точка”, казва анализаторът на индустрията Дъглас О’Лафлин, който публикува бюлетин за полупроводниците.

Всяко ново поколение чипове – наречено процесен възел – изисква значително повече стъпки. Това означава по-нисък производствен добив поради по-висок шанс за грешки в процес, който включва хиляди сложни стъпки. Разходите за транзистор спряха да падат, както правеха от десетилетия, и се покачват.

Глобалният недостиг на чипове влияе върху това колко бързо можем да изкараме кола от парка или да си купим нов лаптоп. WSJ посещава завод за производство в Сингапур, за да види сложния процес на производство на чипове и как един производител се опитва да преодолее недостига. Снимка: Едуин Ченг за The Wall Street Journal

Има зона Златокос. Свиването на целия чип… всъщност би струвало повече и не означава непременно по-добра производителност и мощност.


— Дилън Пател

Това също означава, че цената на изграждането на авангарден завод за производство може да надхвърли 10 милиарда долара –непосилно скъпи за всички освен тези фирми с най-дълбок джоб. В момента има само трима, които се опитват.

Тайванско производство на полупроводници Ко

, най-големият договорен производител на полупроводници в света, планира капиталови разходи от 40 до 44 милиарда долара за тази година. на Южна Корея

Samsung Electronics

планира да инвестира 17 милиарда долара за изграждане на съоръжение за производство на чипове в Тейлър, Тексас. А Intel, компанията, съосновател на г-н Мур, ще построи два завода за чипове в Охайо за първоначална инвестиция от 20 милиарда долара.

Но може би законът на Мур вече не е правилният начин да се мисли за по-нататъшни постижения. Има повече от един начин да одирате котка. Дизайнерите биха могли например да направят чиповете по-подходящи за техните задачи. Apple демонстрира това, като проектира свои собствени процесори за iPhone, iPad и наскоро своите компютри Mac –подмяна на процесорите на Intel в последния. Специализираните чипове могат да използват по-добре изчислителната мощност на устройството, отколкото готовия силиций, особено когато са направени от компания като Apple, която също контролира софтуера на устройството.

Производителите на чипове могат също да използват подход на „чиплет“, който ефективно свива части от процесора и пакетира тези чиплети с памет и други компоненти, направени по начин, който е по-евтин, но все пак постига цялостни подобрения в производителността.

СПОДЕЛЕТЕ ВАШИТЕ МИСЛИ

Чувствали ли сте се някога, че електронните джаджи са станали твърде малки? Присъединете се към разговора по-долу.

„Сега в процесните технологии има зона Златокос, където различните възли всъщност са по-добри за различни части от пъзела“, казва Дилън Пател, главен анализатор в SemiAnalysis. “Свиването на целия чип или поставянето на всичко на най-модерния възел всъщност би струвало повече и не означава непременно по-добра производителност и мощност.”

Използването на нови материали, като галиев нитрид, за замяна на силиция може да бъде начин да продължите да опаковате повече транзистори при по-ниски разходи. Друг възможен кандидат е въглеродни нанотръби-тръбни структури, направени от графен, които са само нанометри в диаметър.

Наричането на нещо „закон“ го прави неизменно. Прогнозата на г-н Мур беше по-скоро като пророчество — самоизпълняваща се една, играчите в индустрията се стремяха да издържат толкова дълго, колкото могат. Това не означава, че вече рутинните устройства, които биха изглеждали магически преди няколко десетилетия, все още ще представляват авангарда след 20 години. Скоростта на напредък просто може да е по-малко невероятна в заден план.

Тясната дефиниция на закона – редовното удвояване на плътността на транзистора – вероятно не може да продължи, но човешката изобретателност не познава граници.

Пиши на Джаки Уонг на jacky.wong@wsj.com

Copyright ©2022 Dow Jones & Company, Inc. Всички права запазени. 87990cbe856818d5eddac44c7b1cdeb8