Moore's Law voor dummies

Door witeken op woensdag 20 januari 2016 18:00 - Reacties (3)
Categorie: -, Views: 3.599

Moore's Law in 500 woorden

Naar aanleiding van nieuws: Gerucht: Intel zal drie 10nm-generaties processors uitbrengen blijkt maar weer eens hoe, jawel, out-of=date de kennis van de gemiddelde persoon over de wet van de Moore is, en de status ervan. Geen verrassing gezien het onderwerp in kwestie van academisch niveau is. Ik heb het hier in redelijk wat detail over gehad in vorige blogs, maar hier beperk ik mezelf tot de belangrijkste details en vijfhonderd woorden. Ik laat de interconnect ook maar voor wat die is. Hier volgt dus de essentie.

Begrippen

Definitie: Moore's Law stelt dat de prijs per transistor of het aantal op een chip elke twee jaar hoort te halveren of te verdubbelen, respectievelijk, idealiter.

Doemdenkers: Stellen, zonder kennis van de relevante nanowetenschap te hebben, dat er nog maar een aantal nodes zijn voor de transistor te klein is en de atomen te groot.

Een naam is gewoon een naam

Het eerste wat je moet beseffen is dat het aanduiden van de grootte van een transistor -- laat staan andere eigenschappen zoals verbruik -- met één naam al bij voorbaat gefaald is. Niet alleen omdat een transistor daar veel te complex voor is, maar simpelweg ook omdat een transistor 2D is. Wat de recentste generaties betreffen die in 2014-2015 zijn uitgekomen, zijn de exacte groottes als volgt.

http://xtreview.com/images/6deformation.jpg
http://xtreview.com/images/6deformation.jpg

Geen 14nm, geen 10, en al helemaal geen zeven nanometer. Case in point: zoals ondertussen bekend is ieders "14/16" (excl. Intel) even groot als hun "20".

Dat was grootte. Nu de andere belangrijke high-level eigenschappen als verbruik en prestaties. Merk trouwens op dat niet alleen de transistor daarvoor van belang is, maar nog legio andere technieken ook. Ook de grootte leert je weinig, tenzij misschien de gate length, maar die is nog esoterischer dan bovenstaande groottes die blijkbaar al bij niemand bekend zijn. Maar hier wordt het hoe dan ook nog moeilijker gezien de enige juiste benadering kwantitatief is, i.e. fysisch. Want hoewel dat de algemene make-up er erg vergelijkbaar uitziet, zijn de verschillen niet zo eenvoudig te zeggen. Alle huidige chips met de naam "16" of kleiner hebben strained silicon, HKMG en fins. Maar Intel heeft al een tweede generatie fins uitgebracht ("14"). Maakt dat een verschil? Wel, de eerste generatie van SS en TSMC is al niet 1:1 vergelijkbaar met iteratie 1 van Intel, dus wie zal het zeggen, buiten de heuristiek dat Intel 3 jaar meer ervaring ermee heeft?

Tot slot toekomstbeeld. Ik weet niet wat mensen zo hebben met speculatie. Tech uit de toekomst ziet er natuurlijk leuk uit, toegegeven, maar hij is er nog niet. Samen met volgende opmerking moet dat geruchten over releasedata eigenlijk waardeloos maken: Intel zélf wist minder dan een half jaar voor de beoogde productie, met zekerheid, dat die zou uitgesteld moeten worden (gezien de ontwikkeltijd van >vier jaar is dat erg klein). Dus hoe kan een bedrijf dan weten wanneer een node met de nietszeggende naam "10" (evt. excl. Intel), "7", of "5" verschijnt? Als je denkt dat bedrijven dat wel weten, wat maak je er dan van dat Intel zowel een versie van "7" mét als zónder EUV ontwikkelt?

Een algemene tendens kan wel opgemaakt worden. Moore's Law is niet dood. Moore's Law is aan het vertragen wegens de -- al sinds het begin -- eeuwig stijgende complexiteit (en dus kosten, al is het de complexiteit die voor de vertragingen zorgt), versterkt door de afwezigheid van EUV. Dit uit zich bijvoorbeeld in consolidatie, het kernwoord van 2015 voor de industrie.

http://si.wsj.net/public/resources/images/BT-AE853_CHIPDE_16U_20151018180008.jpg
http://si.wsj.net/public/...DE_16U_20151018180008.jpg

Moore's Law is aan het transformeren. Halfgeleiders hebben geen free lunch, dus dat moest ooit eens stoppen, maar zelfs na vijftig jaar kan je gerust zeggen dat de halfgeleiderindustrie er nóg wel een paar decennia bij zal doen. Voorlopig moet je je dus nog niet druk maken over het einde van nanotechnologie -- dit is pas het begin -- maar het ritme is in elk geval niet meer wat het geweest was in de gloriedagen van Tick en Tock.

Enkel geschiedenis zal voor de gewone toeschouwer kunnen oordelen of die delta van twee jaar definitief voorbij is.

Samenvatting
Als ruwe (maar wel best mogelijke) proxy moet je nemen dat node "n" van TSMC of Samsung overeenkomt met node "n-1" van Intel (bv. 10nm van Intel ~ 7nm TSMC). Dit komt overeen met de algemeen aanvaarde en goed gedocumenteerde productievoorsprong van Intel van > 2 jaar die het al ca. een decennium heeft.

Moore's Law zal nog tegen 2 à 3 jaar continueren voor zeker een decennium; de naam die een node krijgt is veel te misleidend voor de werkelijke oppervlakte.

De kosten zullen blijven stijgen, evenals de complexiteit. Dat is de oorzaak voor vertraging. In concreto betekent dit dat de yields niet snel genoeg op punt gezet kunnen worden (zie bv. Intel).

Luister niet naar, vooral TSMC's, geblaat over de productie van een toekomstige node. Uitzondering: aankondiging dat de node in kwestie in volumeproductie is.

Desondanks zijn er tientallen technologieën en nog meer ideeën die potentieel ofwel een toevoeging zijn op de gebruikelijke gang van zaken i.v.m. Moore's Law ("More than Moore", bv. 3D), ofwel een vervanging van de transistor zijn zoals die op dit moment gekend is.

Dat is, dan, waar een deel van mijn blogs dit jaar over zal gaan: een miniserie over hoe de transistor na het tijdperk van de klassieke transistor eruit zal (kunnen) zien.

Volgende: Het getal e 02-'16 Het getal e
Volgende: The Machine wordt realiteit in 2016... maar niet door HP 12-'15 The Machine wordt realiteit in 2016... maar niet door HP

Reacties


Door Tweakers user vanaalten, woensdag 20 januari 2016 18:29

Ze hadden het nooit een 'law' moeten noemen, dat gaf er veel teveel gewicht aan. 'Trend' was een beter woord geweest. Of "self-fulfilling prophecy" misschien.

Sowieso was de uitspraak in het begin "verdubbeling per jaar", en heeft Moore dat na tien jaar maar bijgesteld --> ofwel, het is nooit een rechte lijn geweest. Stijl aan het begin met verdubbeling per jaar, daarna een lange tijd een verdubbeling per ~2 jaar - en nu gaat het blijkbaar nog wat verder afbuigen. Misschien dat het beter als e-macht of zo gedefinieerd had kunnen worden. :)

Door Tweakers user H!GHGuY, woensdag 20 januari 2016 19:35

Wacht even... Moore's law spreekt over het aantal transistoren per chip. Hij zegt echter niets over process nodes, etc.
Maak je je chip dual-core? transistors maal 2.
quad-core? transistors nog eens maal 2.
Verbeter je de prefetcher met extra logic? enkele honderduizenden transistors erbij.

Process nodes verkleinen enigszins in tandem om:
- de totale chip oppervlakte (en dus ook de yields en prijs) onder controle te houden
- om het stroomverbruik (en dus ook de hitte-productie) binnen de perken te houden

Maar nergens zijn die 2 in een verplichte 1-op-1 relatie verbonden. Zoals je zelf ook al aanhaalt: elke technologie die 1 of meer van bovenstaande voordelen biedt helpt om te tendens aan te houden, ook zonder nieuwe process node.

Door Tweakers user Sissors, woensdag 20 januari 2016 22:43

Inderdaad wat H!GHGuY schrijft, je kan daardoor bijzonder weinig met Moore's Law eigenlijk, want wat is nu een chip? Het wordt standaard maar toegepast op desktop processoren, maar de chip die in je afstandsbediening zit heeft een hele hoop minder transistors.

Dan kan je desktop CPU erbij pakken, maar wat dan? Is het echt vooruitgang als ze maar het cache geheugen verdubbeld hebben, en daardoor ook een stuk groter die oppervlakte?

Naast deze originele, heb je er nog een hoop afgeleiden, zoals die je hier in je blog gebruikt. Eén van de relevantste is de kosten per transistor. En dat is een probleem, want die schaalt eigenlijk steeds slechter, waardoor voor steeds meer toepassingen bedrijven het wel mooi geweest vinden om kleiner te gaan, het wordt gewoon te duur. Enkel nog bij degene die echt om de snelheid + actief energie gebruik gaan met heel veel digitale circuits is het nog zinvol om voor het kleinste te gaan. En dit zijn wat van de bekendste chips, zoals CPUs, GPUs, etc, maar er zijn er nog een hoop andere ;).

Dus de vraag is niet alleen hoe klein kunnen we gaan, maar ook hoe klein kunnen we economisch zinvol gaan? En dat lijkt dus nog wel problematisch te zijn. Sowieso is het natuurlijk niet vreemd dat mensen verward raken door de creatieve naamgeving. In bulk-CMOS was het wel relatief correct, maar inderdaad met finfets is er weer meer ruimte in de dimensies.

Reageren is niet meer mogelijk