قانون مور در ۶۰ سالگی: اطلاعات اینتل برای چند دهه آینده
در قسمت اخیر خود ، با سانجی ناتاراجان ، معاون ارشد و مدیر کل تحقیقات فناوری ریخته‌گری اینتل، برای بحث درباره تاریخ و آینده احتمالی قانون مور می‌نشینیم.
قانون مور برای نزدیک به شش دهه پایه پیشرفت فناوری بوده و پیش‌بینی می‌کند که تعداد اجزا بر روی یک چیپ هر دو سال دو برابر می‌شود. با نزدیک شدن به محدودیت‌های فیزیکی مقیاس‌بندی ترانزیستوری سنتی، چه چیزی پیش رو برای قانون مور خواهد بود؟
همچنین، به محصولات جدید ما در فروشگاه مهندسی جالب نگاهی بیاندازید.
ریشه‌ها و تاثیرات قانون مور
تاریخ قانون مور از ۱۹۶۵ شروع شد، همانطور که ناتاراجان توضیح داد، با جعل اصطلاح در مقاله مهم گوردون مور. ناتاراجان اشاره کرد، "مهم است به خاطر داشته باشید که این مقاله اساساً یک سند اقتصادی بود که خود را به عنوان یک مقاله الکترونیکی جا زده بود."
اگرچه پیش‌بینی اصلی (دو برابر شدن ترانزیستورها هر دو سال) توجه زیادی را جلب کرده، رابطه عمیق‌تری بر کاهش هزینه‌ها متمرکز است. وی افزود، "درک واقعی کاهش هزینه این اجزا در طول زمان بود."
ناتاراجان یادآوری کرد، "در سال‌های نوجوانی من، کامپیوترها محدود به اتاق‌های سرد و کم‌نور با ماشین‌های بسیار بزرگ بودند. امروزه، ما قدرت محاسباتی معادل را در جیب‌هایمان حمل می‌کنیم و برخی حتی آن را روی مچ دستشان می‌پوشند."
ناتاراجان گفت، "در آن زمان، من فکر می‌کردم، 'این هرگز موفق نخواهد شد'. با این حال، اینجا هستیم، با وسایل نقلیه خودکار که توسط افزایشی ده هزار برابری در تراکم و بهره‌وری ترانزیستورها هدایت می‌شوند."
فراتر از فناوری‌های خاص، ناتاراجان تأثیر جهانی قانون مور را برجسته کرد: "این به میلیاردها نفر امکان داده تا ارتباط برقرار کنند، یاد بگیرند و زندگی خود را بهبود بخشند به روش‌هایی که در بیشتر تاریخ انسانی کمی قابل تصور بود."
آیا قانون مور مرده است؟
"مرگ" قانون مور بارها پیش‌بینی شده، حتی توسط خود گوردون مور. ناتاراجان خندید و گفت، "او سه بار پیش‌بینی کرد که پایان می‌یابد: اول در ۲۰۰۵، سپس در ۲۰۱۵، و اخیراً با باورش که می‌تواند در ۲۰۲۵ تمام شود. و با این حال، اینجا هستیم."
ناتاراجان بقای قانون را مدیون نوآوری‌های مداوم می‌داند. پیشرفت‌های اولیه از "مقیاس‌بندی دنارد"، یک راهبرد برای ایجاد ترانزیستورهای کوچکتر، سریعتر و بهینه‌تر از لحاظ انرژی، پیروی کردند.
هنگامی که این تکنیک شروع به کم رنگی در اوایل ۲۰۰۰ کرد، صنعت به مواد جدیدی مانند دی‌الکتریک‌های ظرفیت بالا و سیلیکون کشیده‌شده روی آورد. "ما حتی به جداول دوره‌ای برای عناصر نادر مانند کبالت و لانتانوم نگاه کردیم،" او اشاره کرد. اخیراً، نوآوری‌ها در معماری ترانزیستور، از جمله FinFETs و طراحی همه دور، قانون مور را زنده نگه داشته‌اند.
بسته‌بندی پیشرفته: آینده یکپارچه‌سازی
یکی از جالب‌ترین پیشرفت‌ها در فناوری نیمه‌هادی، بسته‌بندی پیشرفته است. ناتاراجان درباره چگونگی تغییرات نوآورانه مانند انتقال لایه انتخابی (SLT) در صنعت صحبت کرد. او گفت، "SLT بهترین جنبه‌های اتصال ویفر به ویفر و چیپ به ویفر را ادغام می‌کند. این نوآوری است که امکان مونتاژ سریعتر و کارآمدتر را فراهم می‌کند."
در دسامبر، اینتل SLT را در نشست دستگاه‌های الکترونی IEEE (IEDM) فاش کرد. ناتاراجان یادآوری کرد، "یک مدیر از یک شرکت نیمه‌هادی دیگر به من گفت، 'من تازه آینده را دیده‌ام.' این سطحی از اعتبار است که ما به دنبالش هستیم."
بسته‌بندی پیشرفته همچنین تعریف قانون مور را گسترش می‌دهد. ناتاراجان توضیح داد، "دیگر فقط در مورد ترانزیستورها بر روی یک چیپ صحبت نمی‌کنیم. اکنون شامل کل تعداد ترانزیستورها در یک بسته است که در چندین بُعد یکپارچه شده است."
این تغییر فرصت‌های جدیدی برای برنامه‌های کاربردی HL و دیگر برنامه‌های با عملکرد بالا ایجاد می‌کند.
نوآوری در مواد: از مس به روتنیوم
عملکرد اتصال یکی دیگر از زمینه‌های حیاتی کاوش است. برای دهه‌ها، مس ماده مبتنی بر سیم‌کشی تراشه‌ها بوده اما محدودیت‌های آن در حال آشکار شدن است. "زمانی که سیم‌های مسی کوچک می‌شوند، مقاومت بیشتری پیدا می‌کنند،" ناتاراجان اشاره کرد. "ما اکنون در حال بررسی روتنیوم به عنوان جایگزین قابل قبول هستیم."
روتنیوم به ویژه هنگامی که با فناوری ایجاد شکاف هوا به منظور کاهش تداخلات بین سیم‌ها ترکیب می‌شود، مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد. "تصور کنید هوا به عنوان یک ثابت دی‌الکتریک،" او توضیح داد.
"این تعاملات ناخواسته سیم را کاهش می‌دهد، انتقال داده‌ها را سریعتر و تمیزتر می‌کند." ناتاراجان پیش‌بینی کرد، "در آینده، همه بدون اینکه متوجه شوند، آن را همراه خواهند داشت."
چیپ‌های تریلیون ترانزیستوری تا ۲۰۳۰
ناتاراجان امیدوار است تا ۲۰۳۰ به یک تریلیون ترانزیستور بر روی یک چیپ برسد. با این حال، او تأکید کرد که بیشتر مردم بیشتر به مزایای عملی مانند عمر باتری، سرعت و عملکرد علاقه دارند تا شمارش خالص ترانزیستور. او توضیح داد، "ارائه ارزش واقعی به کاربر نهایی مهم است."
تحقیق و توسعه در طراحی ترانزیستور و یکپارچه‌سازی سیستمی نیازمند پیشرفت‌های مداوم است. او گفت، "ما به سمت چیپ‌ست‌ها پیش می‌رویم - چیپ‌های فشرده و خاصی که می‌توانند در یک بسته با یکدیگر کار کنند تا عملکرد و بهره‌وری را به حداکثر برسانیم." "فکر کنید مانند یک جعبه لگوها. چالش در تعیین ترتیب بهینه نهفته است."
بحران انرژی آینده
مصرف انرژی یکی از چالش‌های مهم صنعت نیمه‌هادی است. ناتاراجان هشدار داد، "نیاز به محاسبات هر سال ۲۵٪ افزایش می‌یابد، در حالی که عرضه انرژی جهانی تنها ۳٪ رشد می‌کند. اگر نوآوری نکنیم، تا سال ۲۰۴۰ این خطوط با هم تلاقی خواهند کرد."
اینتل در حال بررسی سوئیچ‌های فوق العاده کم‌مصرف بر اساس فیزیک کاملاً جدید است. او بیان کرد، "این نیاز به تجدید نظر اساسی در ساختار محاسباتی دارد. هر چیزی، از معماری چیپ تا نرم‌افزار، نیاز به بازآفرینی دارد." اگرچه مقیاس این وظیفه دلهره‌آور است، ناتاراجان آن را برای پاسخگویی به نیازهای هوش مصنوعی و دیگر برنامه‌های انرژی‌بر ضروری می‌داند.
زنجیره تأمین جهانی مقاوم
در نهایت، ناتاراجان بر اهمیت تنوع منطقه‌ای در تولید نیمه‌هادی تأکید کرد. او تأکید کرد، "جهان به زنجیره تأمینی ایمن از ریسک‌های ژئوپلیتیکی نیاز دارد." "ظرفیت‌های مواد و تولید باید در مناطق مختلف توزیع شوند تا از وابستگی بیش از حد به یک مکان خاص جلوگیری شود."
اینتل تلاش‌های پیشروی را برای تقویت زنجیره تأمین نیمه‌هادی آمریکا در دست دارد، با پشتیبانی از ابتکاراتی مانند قانون CHIPS. ناتاراجان اشاره کرد، "ما همه تولید نیمه‌هادی خود را در آمریکا و اروپا انجام می‌دهیم. این امر برای حفظ رهبری در هوش مصنوعی و دیگر فناوری‌های کلیدی بسیار مهم است."
آینده قانون مور
علی‌رغم موانع، ناتاراجان خوش‌بین باقی می‌ماند. او اظهار داشت، "فناوری اساساً نیرویی برای خیر است." "به لطف قانون مور، ما به دسترسی به اطلاعات دموکراتیزه شده‌ایم و نوآوری‌هایی ایجاد کرده‌ایم که زندگی را در سطح جهانی بهبود می‌بخشند."
همانطور که اینتل به چالش‌گرفتن مرزهای امکان ادامه می‌دهد، میراث قانون مور ادامه می‌یابد. از چیپ‌های تریلیون ترانزیستوری تا نوآوری‌های انرژی پایدار، آینده محاسبات روز به روز روشن‌تر است.
