Cronología de la Ley de Moore

Me parece increíble cómo los transistores por área siguen aumentando. ¿Cómo se ha logrado hasta ahora? Mi ignorancia me dice que si los circuitos integrados se diseñaron correctamente de etapa en etapa, deberían haber llegado tan lejos en un tiempo mucho más corto, pero al mismo tiempo estoy seguro de que ha habido una gran cantidad de mejoras incrementales. La pregunta es, ¿qué mejoras fueron? Si se tratara de variaciones de un tema, o de mejoras completamente diferentes, probablemente fue una combinación, pero alguna aclaración sobre qué tipo de mejoras fueron y por qué se realiza en tantos pequeños incrementos.

¿Fue sobre todo mejoras en la foto-litografía? ¿O diseños de transistores / circuitos que permitieran una mayor tolerancia a las imperfecciones? ¿O mejoras en la ciencia de los materiales que permitieron materiales de mayor calidad en los transistores, pistas y capas? ¿Alguna otra faceta?

Gracias

Si alguna vez ha trabajado en un proyecto técnico muy complejo, sabrá que es básicamente imposible diseñar algo correctamente desde el principio.

Piénsalo. Si los hombres de las cavernas hubieran pensado correctamente, entonces deberían haber estado caminando en la luna hace 100.000 años.

La fabricación de semiconductores modernos es un negocio muy difícil, e implicó tantos desafíos de ingeniería que tuvieron que superarse para hacerlo posible. No puede superar estos desafíos simplemente diseñando algo en primer lugar. La única forma de hacerlo es dar pequeños pasos. Obtenga una nueva tecnología en funcionamiento. Para empezar, no será muy bueno. Habrá muchas imperfecciones en el proceso y el rendimiento será bajo. Poco a poco, las personas descubren cómo optimizar las variables del proceso para hacer que el proceso sea confiable y obtener un rendimiento más cercano al 100%. Entonces das otro pequeño paso.

En teoría no hay diferencia entre teoría y práctica, pero en la práctica sí lo es.

Para progresar desde el circuito integrado hasta la CPU multinúcleo actual, se innovaron en:

• Química: recubrimientos, crecimiento cristalino ultra puro
• Óptica: ¿cómo enfoca los fotones que son más grandes que las características que está creando? ¿Cómo se genera una fuente de luz lo suficientemente brillante y en la longitud de onda corta que necesita? Esa fuente de luz puede ser uno de los mayores consumidores de energía en una fábrica de semiconductores.
• Aspectos mecánicos: técnicas para pulir obleas de silicio ultra planas. Registrar (posicionar) con precisión las obleas para exposiciones repetidas.
• Computación: necesita una computadora poderosa para poder diseñar una CPU poderosa. 22 capturas.
• Construcción: Debieron construirse fabulosos complejos y costosos para construir estas cosas de manera confiable y económica.

"Deberían haber llegado tan lejos en mucho menos tiempo"

De Verdad? Han pasado solo 53 años desde que el primer circuito integrado fue patentado en 1959. Eso es increíblemente rápido, considerando que los humanos han existido durante cientos de miles de años, y la mayoría de las veces no progresaron en absoluto en los circuitos integrados.

Una de las mejoras no es electrónica, sino más bien óptica. Los steppers de obleas que se usan para proyectar los patrones para diferentes capas en los fotorresistentes de la oblea usan lentes ópticos. En los años 80, cuando los tamaños de las características de unas pocas micras eran comunes, se temía que en los tamaños de las características inferiores a aproximadamente 400 nm (el límite para la luz visible) el sistema óptico utilizado ya no fuera suficiente.

Hoy tenemos tamaños de características de hasta 22 nm, y los steppers todavía usan ópticas para transferir los patrones. Pero no las ópticas de los 80, no eran lo suficientemente buenas para este tipo de resolución.

Esta es una industria muy competitiva. Si alguna empresa pudiera haber fabricado dispositivos de 100 nm en 1985, lo habrían hecho. Precisamente por esta competitividad, la ley de Moore sigue siendo válida.

Reducir las dimensiones lineales por un factor de 2 no es solo una cosa. Es necesario avanzar en varios frentes para hacer posible un chip rentable en el mundo real. Uno de los límites tecnológicos, como Steven mencionó, ha sido la fotolitografía, pero ha habido muchos otros. No soy un diseñador de chips o fabuloso, así que no conozco todos los detalles. Sé que la inversión en un nuevo proceso fab de tamaño de característica más pequeño es enorme. Por lo general, las empresas construyen fabs completamente nuevos para un nuevo proceso porque no es tan simple como reemplazar una sola máquina por una mejor. Solo el manejo del aire solo es un gran problema, y ​​hay muchos otros.

Hacer transistores más pequeños es solo una parte de hacer chips más pequeños. Debe tener en cuenta las propiedades eléctricas de los transistores a medida que se hacen más pequeños. La disipación por área aumenta, lo que reduce el voltaje de funcionamiento, pero da una relación más baja entre la corriente de encendido y apagado del FET. Eso a su vez aumenta la corriente de fuga, lo que aumenta la disipación silenciosa. Se necesita una mejor conductividad térmica para la carcasa, y una mejor transferencia de calor en el tablero, etc. Esto sigue y sigue y sigue con muchos parámetros de interacción.

Soy lo suficientemente mayor como para recordar varias "barreras" donde la física básica supuestamente decía que no podíamos ir más allá y la ley de Moore estaba condenada a estancarse. Cada vez que las personas inteligentes encuentran una manera de hacer algo diferente para moverse por la física. No sé lo suficiente para tener una buena idea de cuándo disminuirá el ritmo de avance. Después de observar este proceso desde mediados de la década de 1970, me ha impresionado realmente cuántos ciclos de la ley de Moore ya han existido, y cuán enormemente ha cambiado la informática en una fracción de la vida.

1. La economía dicta un nuevo cambio en el proceso de fabricación de obleas cada 2 años. El equipo nuevo cuesta miles de millones mientras que el proceso de construcción y puesta a punto y el diseño requieren tiempo para optimizar los altos rendimientos y luego deben amortizarse durante la producción. Intel e IBM son líderes en este juego con patentes de I + D y capacidades de proceso.
2. Los cambios de diseño incluyen memoria flash que pasa de niveles de cuantificación binarios a N, por lo que el uso de DAC <> ADC puede obtener más densidad de registro N por celda, pero esto agregó costos generales y códecs ECC grandes. cada otra área mejoró también.

3. IBM ha inventado células RAM que pueden tardar entre 5 y 10 años en producir chips de 150 TB que van desde 1e6 átomos hasta 12 átomos utilizando una red de cristal antiferromagnético.

4. Las mejoras incluyen muchos cambios materiales como;

   • silicio colado, introducido con el proceso de 90 nm en 2003
   • puerta de metal de alta k de última puerta basada en hafnio (HKMG)

Hay demasiados cambios para resumir la realización de la Ley de Moore, pero se logra en cada capa y departamento; financiación, investigación, diseño, arquitectura, fabricación, materiales, procesos, redundancia y corrección de errores.

Lo curioso es que no es una ley de Física, solo un patrón peculiar de crecimiento o contracción dependiendo de cómo se mire.

Gordon Moore tiene 83 años, jubilado / presidente emérito, cofundador y ex presidente y CEO de Intel Corporation.

adicional

Una gran parte del crecimiento en las CPU debe otorgarse a las reducciones de costos en $ / GB de RAM. Además de la densidad de área, la arquitectura jerárquica, hay docenas de otros factores, como la reducción del tiempo de ciclo de 100 horas a 36 horas en los años 90 para hacer cada chip.

Las principales compañías de memoria asiáticas han competido y continúan teniendo éxito en esta área. Este artículo detalla algunas razones interesantes que son relevantes para los desafíos de la "Ley de Moore" y la Memoria.