Ötven éve diktál a Moore-törvény
Kereken fél évszázada jelentette meg Gordon E. Moore később Moore-törvényként elhíresült tanulmányát az Electronics Magazine-ban, amellyel a következő ötven évre megszabta az informatika fejlődésének tempóját. Bár megfigyelése eddig kiállta az idő próbáját, a törvény néhány éven belül érvényét veszítheti.
Valószínűleg még maga sem tudta, de a Fairchild Semiconductors, illetve később az Intel társalapítója, Gordon Earle Moore 1965-ben legalább fél évszázadra - és jó eséllyel még hosszabb időre - megszabta a számítástechnika fejlődésének ütemét. A Moore-törvény gerjesztette hajrában a gyártók kénytelenek voltak tartani a feszes tempót, ha versenyben akartak maradni - aki lemarad, kimarad. A törvény persze, ahogy azt Moore is kifejtette, nem örök érvényű, bár eddig mindig azok tévedtek, akik halálhírét keltették.
A Moore-törvény elnevezése némileg megtévesztő lehet, miután valójában nem törvényről, hanem megfigyelésről van szó. Gordon Moore 50 évvel ezelőtt, az Electronics Magazine hasábajain megjelent Cramming More Compontents onto Integrated Circuits című munkájában felvázolt koncepciója szerint az integrált áramkörök összetettsége, pontosabban a szilíciumchipekben lévő tranzisztorok száma nagyjából évente megduplázódik. A cikk megjelenésekor a részben általa alapított Fairchild Semiconductorsnál dolgozó Moore ezt tíz évvel később, az írás után eltelt évtized tapasztalatai alapján két évre módosította, megfigyelése pedig ugyanebben az évben megkapta a Moore-törvény nevet, amit a California Institute of Technology professzora, Carver Mead tett népszerűvé.
Gordon E. Moore
Ünnepi mix a bértranszparenciától a kódoló vezetőkig Négy IT karrierrel kapcsolatos, érdekes témát csomagoltunk a karácsonyfa alá.
Moore mintegy fél évszázados megfigyeléséhez több félreértés is kapcsolódik: amellett, hogy az elnevezéssel ellentétben nem a szó szoros értelmében vett törvényről van szó, a tranzisztorszám duplázódása kapcsán is sokan 18 hónapos időintervallumról beszélnek. Ez gyakori tévedés, a 18 hónapos ciklus ugyanis nem Moore, hanem egyik Intelnél dolgozó kollégája, David House elmélete, amely ráadásul nem is a tranzisztorok számára, hanem az egyes lapkák teljesítményére vonatkozik.
Törvény vagy (önbeteljesítő) termékterv?
A szabályszerűség, amit Moore megfigyelt, illetve tanulmányával kvázi előírt a gyártók számára, hatalmas lendületet adott a félvezetőipari fejlődésnek - ez a lendület azonban idővel elfogy, ahogy arra ő is többször rámutatott. Az utóbbi években határozott körvonalat öltöttek azok a korlátok, melyek meggátolják az "előírt" ár-tranzisztorszám arány betartását, és ha ezeken még valamilyen váratlan áttörésnek köszönhetően sikerülne is átlendülni, a gyártók egy idő után fizikai korlátokba fognak ütközni. Ahogy arra Moore is rámutatott, amikor az egyes tranzisztorok elérik az atomi szintet, az ilyen technológiával készült chipek teljesítményét már csak azok méretének bővítésével lehet majd növelni, ez pedig elkerülhetetlenül a lapkák drágulásához vezet.
A gyártók mindenesetre mindent megtesznek, hogy tartani tudják a tempót a Moore-törvénnyel, ami így inkább iparági termékterv, amelyhez a legjobb félvezetőipari szereplők igyekeznek hozzáigazítani fejlesztéseiket. Ez az elmúlt 50 évben sikerült is, a jövő azonban komoly gyártástechnológiai kihívásokat tartogat. Bár már számos alkalommal hallhattunk róla, hogy a tendencia megtörni látszik, az mindeddig derekasan kiállta a próbát. Az Integrated Circuitsben megjelent publikáció öt évtizedes jubileumának megünneplésekor ugyanakkor maga Moore is kilátásba helyezte, könnyen lehet, az általa felfedezett szabályszerűség már jelen évtized végére érvényét veszti.
Két fő gyártástechnológiai kihívás
A törvény koporsójába az első szöget az új generációs, extrém ultraibolya fénnyel dolgozó levilágítókat alkalmazó gyártási technológia késlekedése ütheti, amit a 450 milliméteres wafergyártásra való átállás határozatlan idejű elnapolása követhet. Az elsőként említett, általában csak EUVL (Extreme Ultraviolet Lithography) néven emlegetett megoldás a 7 nanométeres, illetve kisebb gyártási eljárással készülő chipeknél lesz fontos, amelyeknél a hagyományos UV fény 193 nanométeres hullámhossza már túl nagy, ezért nem alkalmas pontos levilágításra. Az extrém UV fény ennek kevesebb mint tizedét, 13,5 nanométert kínál, ami új kapukat nyithat meg a processzorgyártás előtt.
Annak ellenére, hogy a technológia fejlesztésének éllovasa, az ASML a legnagyobb félvezetőgyártókkal, többek között a Samsunggal, az Intellel és a TSMC-vel is évekre visszanyúló partneri kapcsolatot ápol, az EUVL még mindig komoly kihívásokkal küzd. Pedig a vállalatok komoly, több százmillió dolláros előlegekkel támogatták a fejlesztéseket, sőt, összesen mintegy 23 százalékos részesedést is szereztek a cégben.
A fő problémát a gyenge fényforrások jelentik. Bár EUVL megoldások már léteznek, az ismert eszközök egyelőre nem képesek a chipek megmunkálásához megfelelő energia leadására. A nehézségre a Cymer nevű vállalat már korábban ígért megoldást, lézerindukált plazmán alapuló technológiájával. A céget az ASML 2012-ben fel is vásárolta, ugyanakkor ennek dacára még mindig nem tudott áttörést felmutatni az extrém UV fényt használó gyártás területén. Korábbi becslések szerint a technológia leghamarabb 2016-ra érhet be, a 10 nanométeres eljárás leváltása után - ez azonban önmagában valószínűleg kevés lesz, hogy az egyre nagyobb teljesítményű lapkák árát a megfelelő szinten tartsa.
Újabb éveket csúsznak a 450 milliméteres waferek
A processzorok fejlődési ütemének megtartásában a másik komoly akadályt a 450 milliméteres szilíciumszeletekre való átállás jelenti. A jelenleg használt, 300 milliméteres wafereket leváltó megoldás bevezetését nemrég még 2015-re ígérték, ez azonban tavaly határozatlan időre eltolódott, miután a területen szintén élvonalbeli ASML átmenetileg leállította ilyen irányú fejlesztéseit, a megrendelők közötti nézeteltérésekre hivatkozva. Pesszimistább elemzők szerint így lehet, hogy az első ilyen szilíciumlapok csak a következő évtizedben kerülnek piacra.
A nagyobb waferekre való átállást annak hatalmas tőkeigénye sem segíti. A 450 milliméteres technológia bevezetéséhez a gyártósorok túlnyomó részét le kellene cserélni, a költség pedig akár a 10 milliárd dollárt is meghaladhatja. Ez nagyjából a duplája egy 300 milliméteres gyártási eljárást használó üzem felépítésének. A technológia előnyei ugyanakkor vitathatatlanok, hiszen egy 450 milliméteres waferen több mint kétszer több chip fér el (azonos magméret mellett) mint egy 300 milliméteresen, ami egyes becslések szerint 30 százalékos költségcsökkenést jelent chipenként. A fajlagos költségek leszorítása és a gyártási kapacitás növelése mellett, az eljárás a környezeti terhelést is visszaszorítja. De még ezeket a tényezőket figyelembe véve is, jelenlegi állás szerint több mint húsz évre lenne szükség, mire az átállás költségei megtérülnek - miközben sok gyártó épp csak kiheverte a váltást a 300 milliméteres technológiára.
A tranzisztorszám növeléséhez tehát az EUVL fejlődésére, az árak alacsonyan tartásához pedig a 450 milliméteres waferek bevezetésére lenne szükség - a két gyártási eljárás szénája azonban nem áll jól, ennek megfelelően pedig a közeljövőben Moore törvénye is érvényét veszítheti - ahogy az az Intel társalapítójának idei előrejelzésében is áll.