7nm IBM Chip zdvojnásobuje výkon, prokazuje Mooreův zákon do roku 2018

Mooreův zákon je jedním z těch zázraků moderního života, které všichni považujeme za samozřejmost, jako jsou obchody s potravinami a stomatologie s anestézií.

Počítačové procesory již 50 let zdvojnásobují svou výkonnost. Co je Mooreův zákon a co to má s vámi společného? [MakeUseOf vysvětluje] Co je Mooreův zákon a co to má s vámi společného? [MakeUseOf vysvětluje] Smůla nemá nic společného s Mooreovým zákonem. Pokud je to asociace, kterou jste měli, plete ji s Murphyho zákonem. Nebyli jste však daleko, protože Mooreův zákon a Murphyho zákon ... za dolar na centimetr čtvereční každé 1-2 roky. Tento exponenciální trend nás posunul z 500 flopů ENIAC (operace s pohyblivou řádovou čárkou za sekundu) na přibližně 54 petaflop pro nejsilnější superpočítač dnes, Tianhe-2. To je asi deset biliónkrát zlepšení za méně než století. To je neuvěřitelné tím, že někdo počítá.

Tento úspěch se odehrává tak spolehlivě, tak dlouho, že se to stalo světskou pravdou o práci na počítači.

Bereme to jako samozřejmost.

Proto je tak strašidelné, že se v blízké budoucnosti vše zastaví. Sbližuje se řada základních fyzikálních limitů, které zastaví vývoj tradičních křemíkových počítačových čipů. I když existuje teoretická výpočetní technologie Nejnovější počítačová technologie, kterou musíte vidět, abyste věřili Nejnovější počítačová technologie, kterou musíte vidět, aby jste uvěřili Podívejte se na některé z nejnovějších počítačových technologií, které jsou nastaveny k transformaci světa elektroniky a počítačů v příštích několika letech . které by některé z těchto problémů mohly vyřešit, zůstává skutečností, že pokrok se v současné době zpomaluje. Dny exponenciálně se zlepšujících počítačů se mohou blížit ke konci.

Ale ještě ne.

Nový průlom od IBM ukazuje, že Mooreův zákon má stále nohy. Výzkumná skupina vedená společností ukázala prototyp procesoru s tranzistorovými součástmi širokými pouze 7 nanometrů. To je poloviční velikost (a čtyřnásobek výkonu) současné 14 nanometrové technologie, což tlačí zánik Mooreova zákona na nejméně 2018.

Jak byl tento průlom dosažen? A kdy můžete očekávat, že uvidíte tuto technologii ve skutečných zařízeních?

Staré atomy, nové triky

Nový prototyp není výrobním čipem, ale byl vyroben pomocí komerčně škálovatelných technik, které by mohly být uvedeny na trh v příštích několika letech (říká se, že by IBM chtěla, aby čip měl premiéru v letech 2017–2018. Prototypem je produkt výzkumné laboratoře IMB společnosti IBM / SUNY, která spolupracovala se Státní univerzitou v New Yorku. Na projektu spolupracovalo několik společností a výzkumných skupin, včetně společností SAMSUNG a Global Foundries, společnosti, které IBM platí zhruba 1,3 miliardy dolarů, aby si vzala přes jeho nerentabilní křídlo výroby čipu.

V podstatě to provedla výzkumná skupina IBM dvě klíčová vylepšení to umožnilo: vyvinout lepší materiál a vyvinout lepší leptací proces. Každý z nich překonává hlavní překážku ve vývoji hustších procesorů. Podívejme se postupně na každou z nich.

Lepší materiál

Jednou z překážek menších tranzistorů je prostě zmenšující se počet atomů. 7nm tranzistor má komponenty, které mají pouze asi 35 atomů křemíku. Aby proud mohl proudit, elektrony musí fyzicky skočit z orbitálu jednoho atomu na druhý. V čistém křemíkovém oplatku, jak se tradičně používá, je těžké nebo nemožné získat dostatečný proud, který protéká tak malým počtem atomů.

K vyřešení tohoto problému musela IBM opustit čistý křemík ve prospěch používání slitiny křemíku a germania. To má klíčovou výhodu: zvyšuje tzv “pohyblivost elektronů” - schopnost elektronů protékat materiálem. Křemík začíná špatně fungovat v měřítku 10 nanometrů, což je jeden z důvodů, proč se úsilí o vývoj procesorů 10 nm zastavilo. Přidání germania přeskočí tuto bariéru.

Jemnější leptání

Je zde také otázka, jak vlastně tvarujete objekty, které jsou malé. Jak počítačové procesory Co je CPU a co dělá? Co je CPU a co dělá? Výpočtové zkratky jsou matoucí. Co je vlastně CPU? A potřebuji čtyřjádrový nebo dvoujádrový procesor? A co AMD nebo Intel? Jsme tu, abychom vám pomohli vysvětlit rozdíl! jsou vyráběny pomocí extrémně výkonných laserů a různých optik a vzorníků k vyřezávání drobných funkcí. Omezení je zde vlnová délka světla, což omezuje, jak jemně můžeme leptat vlastnosti.

Výroba čipů se dlouhodobě stabilizovala pomocí argon-fluoridového laseru s vlnovou délkou 193 nanometrů. Možná si všimnete, že je to o dost větší než 14 nanometrových funkcí, které jsme leptali. Naštěstí délka vlny není pevným limitem rozlišení. Ke zvýšení přesnosti je možné použít interference a další triky. Výrobcům čipů však docházejí chytré nápady a nyní je třeba provést zásadní změnu.

IBM převzala tuto myšlenku použít světelný zdroj EUV (Extreme Ultra Violet), s vlnovou délkou pouhých 13,5 nanometrů. Toto, použitím podobných triků, jaké jsme použili s argon-fluoridem, by nám mělo poskytnout leptací rozlišení jen pár nanometrů s dalším vývojem.

Bohužel to také vyžaduje vyhodit většinu toho, co víme o výrobě čipů, jakož i většinu technologické infrastruktury vyvinuté pro tento účel, což je jeden z důvodů, proč tato technologie trvalo tak dlouho, než se dostala do své vlastní.

Tato technologie otevírá dveře k pokračování vývoje Mooreova zákona až k kvantovému limitu - do bodu, ve kterém je kvantová nejistota kolem polohy elektronu větší než samotný tranzistor, což způsobuje, že se procesorové prvky chovají náhodně. Odtud skutečně nová technologie Quantum Computers: The End of Cryptography? Kvantové počítače: konec kryptografie? Kvantová výpočetní technika jako nápad již nějakou dobu existuje - teoretická možnost byla původně zavedena v roce 1982. Během posledních několika let se toto pole přibližovalo praktičnosti. bude muset posunout výpočetní techniku ​​dále.

Dalších pět let výroby čipů

Intel se stále snaží vyrábět životaschopný 10nm procesor. Není vyloučeno, že koalice IBM je dokázala porazit. Pokud k tomu dojde, bude to znamenat, že se rovnováha výkonu v polovodičovém průmyslu konečně posunula od Intelu.

Budoucnost Mooreova zákona je nejistá. Nicméně příběh končí, bude to bouřlivé. Království bude vyhráno a prohráno. Bude zajímavé sledovat, kdo se nahoře zastaví, až se usadí veškerý prach. A v krátkém časovém horizontu je příjemné vědět, že nezastavitelný pochod lidského pokroku se nevytrhne alespoň dalších několik let..

Jste nadšeni z rychlejších čipů? Bojíte se konce Mooreova zákona? Dejte nám vědět v komentářích!

Image Credits: počítačový mikročip přes Shutterstock, “Křemík Croda”, “Argon-iontový laser,” “Logotyp Intel,” Wikimedia