atomets størrelse

Ved ca. 10 til 12nm regner mange eksperter med at al yderligere nedskalering stopper. Dvs. Moores lov stopper med at gælde. Af samme årsag har selv Intel ikke nogen officiel road-map der går længere end til og med 10nm. Efter planen nås den ultimative grænse i 2018.

Med mindre "nogen" opfinder mindre atomer ;-)

Allerede med 22nm teknologien, der kommer i 2012, vil transistorerne blive opbygget lagvist, hvor hvert lag har én atoms tykkelse. Det kræver vacuumkammer teknologi, som igen vil hæve billetprisen for at deltage i konkurrencen firmaerne imellem.

Foreløbigt er Intel ene om 22nm i 2012. Dog snakker TSMC om 28nm i 2012, men allerede deres 40nm teknologi var "shaky". Spørg bare Nvidia om det...

Re: atomets størrelse

Idag er teknologien så god, at vi er meget tæt på atomstørrelser, og vi kan ikke forvente, at udviklingen fortsætter. Eneste mulighed, for at få flere transistorer på en chip, vil være at bruge flere lag.

Går vi nogle år tilbage, så var det noget andet. Jeg tror, at udviklingen til en vis grad har været politisk styret, og at man bevidst har satset på, at opnå en bestemt udviklingshastighed, sat ved More's lov.

Ser vi på andre områder, er udviklingen i højere grad gået i store skridt, med større afstand mellem gennembrud. Elektronmikroskopi har vi haft siden 50'erne, og her har man kunnet opnå mindre liniebredde, end i nutidens chips, i rigtig mange år. Tilbage i 80'erne kunne man med elektron mikroskopi fremstille prototypechips, med samme liniebredder som idag. Og også mindre liniebredder, men ved nutidens liniebredde, begyndte problemerne at opstå. Det var ikke muligt at massefremstille chips, men en stor del af de teknologiske problemer var til dels løst. Scanning tunneling mikroskopi er også fra 80'erne, og her har man kunnet komme ned på atomstørrelser.

Jeg mener derfor, at det er et godt spørgsmål, hvorfor man ikke har lavet kredsene med mindre banebredde før. Det er ikke tvivl om, at det vil have kostet udviklingsresourcer. Men jeg tror ikke, at det vil have været et teknisk problem. Det er meget sjældent, at vi ser en udvikling der ikke sker i spring indenfor fysikkens verden. Elektronmikroskopien udviklede sig hellerikke, med en fast hastighed, indtil man kom ned til nutidens liniebredder. Det gik meget hurtigere.

Nu begynder More's lov at løbe ud. Vi nærmer os atomniveauet, og More når snart den alder, han forventede at blive da han formulerede loven. Umiddelbart er mest nærliggende, at producere chips i flere lag. Men det giver problemer med varmen, og samtidigt bliver hastigheden ikke større, på grund af de mindre transistorer. En stor del af gevindsten i hastighed, som vi har set i de sidste 40 år, skyldes at transistoren er blevet fysisk mindre - ikke flere transistorer. Så med mindre nogen opdager noget sensationelt, så tror jeg vi skal forvente, at den udvikling vi kender, snart er ovre. Måske er grænsen nået allerede om 10-12 år.

Til gengæld er jo muligt med meget spændende nyt, fra kvantemekanikkens verden.

@Tomas Kjersgaard

Er det "nVidia-gate" du tænker på?

http://gigaom.com/apple/apple-...ars/

I så fald, har jeg aldrig kunnet forstå, at en sådan skandale har kunnet foregå - og slet ikke i så stor skala - her må testfasen da været sprunget over.

Mvh Rune

P.S. Havde selv noget af en kamp med Dell-Danmark, inden de accepterede at udskifte bundkortet på min daværende Dell-bærbare - (bundkortskift var nødvendigt, da grafikchippen var loddet på selve bundkortet).

nVidia-gate

@Rune K.
Hvad angår nVidia-gata så er det en separat hændelse i forhold til TSMC 40nm problemerne. Mht. sidstnævnte så snakker vi Fermi chippen og yderst dårlige yields kombineret med høj varmeudvikling. "Efter sigende" skyldes det at nVidia ikke tog hensyn til variabiliteten i TSMC's proces som AMD ellers gjorde. Konkurrenterne bruger pudsigt nok samme "fab" til at producere chips. Det gør dem emminent sammenlignelige.

Så yield og pris er vel hovedårsagen til at man ikke hurtigere er gået ned i detaljestørrelse på chips.

Mht. nVidia-gate så sagde Charlie Demerjian hos SemiAccurate(tm) at problemet var, at nVidia ønskede at sænke fremstillingsprisen for meget. Han kunne fremvise beviser fra "insider kilder" der dokumenterede problemer med loddemetal kombinationer (high lead og eutectic under samme chip), lavtemperatur underfill og manglende stress-relieve lag i siliciumet. Han kaldte det:"Piss-poor engineering"...

Graphene

Ingen forventer at Moores law er på vej imod tidlig pension.

Graphene er der i kulissen og som flere læsere anfører, så er der flerlags arkitektur allerede i dag. Og alle super computere bliver bygget med parallelle processorer.

De interessante tal når Moore drager sit sidste suk bliver ikke hastighed, men derimod cycles per power unit og for os almindelige brugere cycles per $

I dette link diskuteres de forskellige challenges. http://www.exascale.org/mediaw....pdf

jeg har tillid til udviklingen og tror at udfordringerne bliver løst.

DARPA inviterede industri og forskere til at gennemgå mulighederne på kort sigt frem til 2015 og kom frem til denne rapport. http://www.cse.nd.edu/Reports/....pdf

Forhåbningerne er store til graphene, men vi står selvfølgelig i en tidlig fase, hvor det ikke er helt til at afgøre, hvornår produkter med graphene processorer vil komme i kommercielle produkter.

Det er glædeligt for os dødelige da også batterilagringskapaciteten vokser med ca. 5% årligt, så om få år kan vi sådan set rende rundt med en super computer på batterier og med skærm som man kan have i lommen og tilmed bruge som telefon.

Med hensyn til det egentlige spørgsmål, så sker der også fremskridt mht. RAM, men disse vil når vedblivende halte efter CPU fremskridt.

afstand mellem atomer

Så vidt jeg erindrer er afstanden mellem to atomer i et siliciumkrystal ca. 0.55nm. Når så at transistoren er 10nm på bredeste sted, har man et lille problem, skulle man mene.
Variabiliteten fra transistor til transistor er ihvertfald stor. Det fortæller producenterne selv. Det gør det svært at masseproducere og opnå et højt yield i silicium.
Exascale dokumentet linket ovenfor er enig i dette.

At der så er andre måder at øge ydeevnen på er noget helt andet.

Muren er ikke nået ...

Mon ikke ovenstående trænger til en videnskabelig fundering ?

Der er vist især to fundamentale forhold som spiller ind:
1) kredsløbsproduktion, som i vidt omfang er baseret op optiske processer, hvor evnen til at bruge stadig kortere bølgelængder bestemmer hvor små dimensioner der kan skabes.
2) elektriske fænomener som er anderledes i lille skala end i stor skala. Effekterne minder vist lidt om kvantemekanik, og der er vel grænser når der flyttes på få eller een elektron (ladningsbærere).

Men uden at tilsidesætte naturlovene, så synes jeg ikke der er basis for at sige "aldrig".
Moore's Lov, (bemærk stavning) er interessant fordi den på et helt overordnet niveau, uden kendskab til begrænsninger og detaljer, har kunnet lave en simpel korrelation mellem tid og udvikling. Fremsat 1965.

Da der ikke, i 45 år, er set tydelige afvigelser, så lad os vente 10 år med at slå den ihjel. Men hvem ved ? - måske er der en "mur" foran os. Men s finder vi nok en bedre, smartere, måde at bruge de samme (last generation) kredsløb på.

Signal vejens betyding

Jeg har tænkt over om det med at RAM ikke bliver lavet i mindre teknologi har noget at gøre med at CPU'en som skal tilgå RAM'en har en vis signal vej som har en meget større betydning på hastigheden end hvor mange nm RAM'en er trykt i.

Det burde man kunne regne på.

Hvis der var en indlysende fordel ved at bruge mindre skalaer, har jeg svært ved at forestille mig, at nogle ikke ville lave en process linje.

Re: atomets størrelse

[...]

Elektronmikroskopi har vi haft siden 50'erne, og her har man kunnet opnå mindre liniebredde, end i nutidens chips, i rigtig mange år. Tilbage i 80'erne kunne man med elektron mikroskopi fremstille prototypechips, med samme liniebredder som idag. Og også mindre liniebredder, men ved nutidens liniebredde, begyndte problemerne at opstå. Det var ikke muligt at massefremstille chips, men en stor del af de teknologiske problemer var til dels løst. Scanning tunneling mikroskopi er også fra 80'erne, og her har man kunnet komme ned på atomstørrelser.

Jeg mener derfor, at det er et godt spørgsmål, hvorfor man ikke har lavet kredsene med mindre banebredde før. Det er ikke tvivl om, at det vil have kostet udviklingsresourcer. Men jeg tror ikke, at det vil have været et teknisk problem.

[...]

Forskellen på at definere transistorerne med elektronstråle eller lithografi ved produktion af chips er, at elektronstrålen skal køre rundt på hele waferens areal, hvilket tager flere timer og er ekstremt kostbart, hvor imod lithografi-processerne belyser hele waferen på minutter. Prisforskellen er bestemt ikke mindre end en faktor 1000, så det er ikke et teknisk problem, men økonomisk.

økonomi

Som et par stykker har nævnt, er det et spørgsmål om økonomi. Hvergang man træder et lille skridt videre, koster det temmelig meget mere end sidste skridt. Der skal mere eller mindre bygges en ny fabrik for hver teknologi, og fejlrate og effektforbrug er større og større vanskeligheder.

Løsningen er at omformulere moores lov så det ikke handler om hvor mange transistorer man får per dollars, men hvor meget "performance" man får per dollars - så kan det godt være den kan holde længe endnu, selvom man ikke rigtig kan skrive mindre mønstre - så handler det 3D arkitektur, software og power management.

Og foreløbigt er det "lykkes" både at øge antallet af transistorer og reducere prisen per megabyte uanfægtet at moores lov mange gange har været erklæret død de sidste 15 år - så jeg tror ligesom flere andre i tråden, at det ikke er teknologiens mulighed, men teknologiens pris, der bliver afgørende.

Re: økonomi

Løsningen er at omformulere moores lov så det ikke handler om hvor mange transistorer man får per dollars, men hvor meget "performance" man får per dollars - så kan det godt være den kan holde længe endnu, selvom man ikke rigtig kan skrive mindre mønstre - så handler det 3D arkitektur, software og power management.

Naturligvis koster det, at lave en ny generation af chips. Men en stor del af omkostningerne, skyldes ikke forskning og udvikling, men masseproduktionen på det tekniske niveau, som man er kommet til. Det som koster, er at udvikle og bygge, alle de fabrikker, der skal fremstille chips'ene, til det planlagte niveau. Forskningen er kun en mindre del. Derfor mener jeg også, at man vil kunne have ofret lidt ekstra økonomiske resourcer, og opnået en langt hurtigere udviklingshastighed, ganske enkelt ved at overspringe storproduktion for nogle af niveauerne.

Under vejs, har der også været mange problemer, der ikke direkte har været tekniske, men f.eks. skyldtes patenter, der stod i vejen for hinanden. Hver udviklingsskridt, blev derfor indledt med, at man satte sig ved det runde bord, og udvekslede patenter, der skulle muliggøre næste generation af chips..

At skifte til røntgen, var også et problem, men det tog egentligt ikke lang tid, fra det var besluttet at tage springet, og så til at gøre det.

Der er ikke tvivl om, at det vil have kostet resourcer, hvis udviklingen skulle gå hurtigere. Men jeg tror at udviklingshastigheden har været styret politisk, dvs. af More's lov.

Re: økonomi

Naturligvis koster det, at lave en ny generation af chips. Men en stor del af omkostningerne, skyldes ikke forskning og udvikling, men masseproduktionen på det tekniske niveau, som man er kommet til. Det som koster, er at udvikle og bygge, alle de fabrikker, der skal fremstille chips'ene, til det planlagte niveau. Forskningen er kun en mindre del. Derfor mener jeg også, at man vil kunne have ofret lidt ekstra økonomiske resourcer, og opnået en langt hurtigere udviklingshastighed, ganske enkelt ved at overspringe storproduktion for nogle af niveauerne.

Det er en god pointe, og der er nok noget sandhed i den, men jeg tror (og det er ren spekulation) at de små skridt er ganske fornuftigt. Når man ændrer et procestrin i en lang procesfølge betyder det næsten altid at man skal ændre i andre trin også. Det betyder at hvis man f.eks. gik fra 130 nm direkte til 22 nm ville man stort set skulle starte forfra med at procesoptimere ALT, og med en rimelig chance for at man får bevæget sig i en retning der aldrig ville lykkes. Ved at bruge små skridt skal man måske kun ændre på 10-15% af en procesfølge at man hele tiden er relativt tæt på slutmålet og rimelig sikker på at komme derhen.

Med prisen på fabrikkerne er det nok en ganske god ide.

Ingen "lavt hængende frugter"

Det har jo i virkeligheden ikke nødvendigvis noget med processteknologi at gøre. Samme svar ville gælde, hvis spørgeren spurgte hvorfor man ikke bare hoppede direkte fra biler der kører 10Km/L til nogle der kører 20Km/L.

De "lavest hængene frugter" er forlængst blevet plukket, og fremskridtet er i stadig større grad evolutionært. Det samme gør sig i udpræget grad gældende for halvledere. Går man ned i processstørrelse, skal man bruge litografi med mindre bølgelængde. Det er der en masse komplekse problemer med, ja faktisk er man i dag nødt til at foretage alle mulige tricks for overhovedet at være i stand til at eksponere en overflade for sådan et (iøvrigt ikke længere ultraviolet) lys. (interferens, double-patterning, numerical aperature etc.). Man skal også regne med at halvlederne leaker mere strøm (field-effect) hvorfor der skal opfindes stadig bedre (high-k) materialer imellem gate og drain.

Ændrer man ved én ting, får det konsekvenser andre steder... så det er en lang kæde man gradvist piller ved og sådan har det faktisk fungeret lige siden Intel tog mere end én transistor og placerede inde i en chip.

Mht. overskriften, så er det værd at bemærke, at det faktisk er RAM der er forganger når det kommer til processteknologi. Fordi RAM består af mange ensartede og simplere dele end en CPU. Intel demonstrerede 22nm SRAM tilbage i 2009, 3 år før Ivy Bridge CPU'ene kommer ud på 22nm her i 2012.