Na topie

Produkcja tranzystorów 50 lat od ustanowienia prawa Moore'a

Autor:

więcej artykułów ze strefy:
Podzespoły

Tempro wzrostu produkcji tranzystorów jest wręcz niewyobrażalne - jest ich więcej niż nawet gwiazd w Drodze Mlecznej.

Tranzystor - replika Bell Labs
Replika tranzystora stworzonego w laboratoriach Bell Telephone Laboratories w 1947 roku

AA

W tym roku obchodzimy 50-lecie ustanowienia prawa Moore'a, które początkowo zakładało podwajanie liczby tranzystorów w mikroprocesorach co około 18 miesięcy, ale nieco później okres ten skorygowano do około 24 miesięcy. Trochę już minęło od zaobserwowania tej zależności, ale jak się okazuje, nadal jest ona aktualna.

Tempo wzrostu produkcji tranzystorów jest wręcz niewyobrażalne, bo w całym ubiegłym roku powstało ich około 250 trylionów (2,5 x 1020). W tym będzie ono jeszcze większe, bo co sekundę średnio powstaje ich około 8 bilionów (8 x 1012) – mniej więcej 25 razy więcej niż samych gwiazd w Drodze Mlecznej lub 75 razy więcej niż liczba znanych nam galaktyk we wszechświecie. Z kolei w samym 2014 roku powstało więcej tranzystorów, aniżeli przez cały okres od ustanowienia prawa Moore'a (1965 rok) do 2011 roku.

Warto jednak zauważyć, że ogromna większość tranzystorów nie jest produkowana pojedynczo, a po prostu jako układy scalone, składające się z milionów lub nawet miliardów tranzystorów – przykładowo, procesor graficzny Nvidia Maxwell GM200 z najnowszej karty graficznej GeForce GTX Titan X składa się aż z 8,1 mld tranzystorów. Rekordzistą jest jednak układ Xilinx Virtex-Ultrascale XCVU440, który wykorzystuje aż 20 mld tranzystorów (!).

Nvidia Maxwell procesor graficzny
W jednym procesorze graficznym Nvidia Maxwell GM200 znajduje się więcej tranzystorów niż produkowano ich w ciągu roku w latach 50-tych

Wraz ze wzrostem liczby tranzystorów, zmniejszają się też ich wymiary – w procesorze Intel 4004 z 1971 roku miały one 10 µm długości, natomiast teraz proces technologiczny pozwala na produkcję tranzystorów o długości 14 nm. Gdyby nie zmniejszanie tranzystorów, obecne procesory byłyby wręcz gigantyczne (teoretycznie, bo z uwagi na tak duże rozmiary nie mogłyby działać).

Wykres przedstawiający cenę tranzystora (czarna linia) i ich roczną produkcję (czerwona linia)
Wykres przedstawiający cenę tranzystorów (czarna linia) i ich roczną produkcję (czerwona linia)

Wraz ze wzrostem liczby i upakowania tranzystorów, a także zmniejszeniem ich rozmiarów, koszty produkcją są coraz niższe - dobrze to przedstawia powyższy wykres.

No dobrze, a jak przedstawiają się perspektywy na przyszłość? Na TSMC Technology Symposium dowiedzieliśmy się, że koncern TSMC powoli przygotowuje się do rozpoczęcia produkcji układów scalonych w 10-nanometrowym procesie technologicznym, ale pierwsze konstrukcje będą dostępne dopiero w 2017 roku. Później przyjdzie pora na litografię z rozmiarze 7 nm. Jednocześnie zapowiedział, że w najbliższym czasie prawo Moore'a nie zwolni - nadal więc możemy spodziewać się podwajania liczby tranzystorów co 24 miesiące.

Źródło: Spectrum IEEE, Guru3D, Wikipedia

Odsłon: 16387 Skomentuj newsa
Komentarze

33

Udostępnij
  1. Yaceek
    Oceń komentarz:

    8    

    Opublikowano: 2015-04-07 11:41

    Mnie najbardziej zastanawia co wymyślą jak dojdą do najmniejszego możliwego procesu technologicznego i nie będzie już po nim żadnych skoków wydajnościowych. Na pewno nie będą mogli sobie pozwolić na zwiększenie rozmiaru procesora bo dzisiejsze, topowe jednostki GPU już dochodzą do niebotycznych rozmiarów więc pozostaje im tylko nowa technologia.

    Skomentuj

    1. killerek132
      Oceń komentarz:

      0    

      Opublikowano: 2015-04-07 11:48

      Będą wprowadzane inne materiały do produkcji, co pozwoli zwiększać ogromnie napięcia a co za tym idzie taktowanie, bo procesor będzie bardziej wytrzymały na wysokie temperatury.

      Skomentuj

      1. mjwhite
        Oceń komentarz:

        5    

        Opublikowano: 2015-04-07 15:12

        jakoś trudno mi wychwycić sens twojej wypowiedzi.

        Skomentuj

        1. killerek132
          Oceń komentarz:

          3    

          Opublikowano: 2015-04-07 19:55

          Chodziło mi o to, że najbliższym wielkim skokiem będzie przejście na grafen, który będzie wytrzymywał o wiele większe temperatury.

          Skomentuj

          1. Balrogos
            Oceń komentarz:

            2    

            Opublikowano: 2015-04-07 21:02

            Chyba syntetyczny diament.

            Skomentuj

        2. killerek132
          Oceń komentarz:

          1    

          Opublikowano: 2015-04-07 19:58

          Może w ten sposób, Google "Procesor grafenowy"

          Skomentuj

    2. Paweł Maziarz
      Oceń komentarz:

      5    

      Opublikowano: 2015-04-07 11:49

      Dodałem ostatni akapit, który ujawnia plany na przyszłość wg TSMC :)

      Skomentuj

    3. deeveejay
      Oceń komentarz:

      -1    

      Opublikowano: 2015-04-07 11:53

      Przełom technologiczny czy wprowadzenie kluczowego wynalazku nigdy nie dokonuje się metodą ewolucji, tylko rewolucji. Z pewnością jeszcze przez kilka lat będziemy obserwować zmniejszanie procesu technologicznego opartego na krzemie, po czym wejdą rozwiązania zupełnie nowe, chociażby komputery kwantowe, procesory oparte na przesyle fotonów itp.

      Skomentuj

      1. skyman
        Oceń komentarz:

        3    

        Opublikowano: 2015-04-08 02:56

        Komputery kwantowe do codziennych zastosowań się nie nadają. ;)

        W przyszłości stawiałbym na materiały grafeno-podobne albo procesory fotoniczne ( http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3015043.html ). ;)

        Skomentuj

        1. kitamo
          Oceń komentarz:

          1    

          Opublikowano: 2015-04-08 21:08

          a ja stawiam na zmiane w calym systemie binarnym.
          Po co ograniczac sie do tak biednej metody jak system dwojkowy skoro mozliwe bedzie odczytywanie wiekszej ilosci stanow. Juz jakis czas temu prowadzono prace nad tego typu rozwiazaniem i okazuje sie ze nie jest to glupi pomysl i moze on byc wlasnie rewolucyjny.

          Skomentuj

    4. vapox
      Oceń komentarz:

      6    

      Opublikowano: 2015-04-07 12:04

      Już są przy ścianie – stąd właśnie wiele rdzeni CPU i 3D RAM. Wprowadzenie nowych technologii oznacza: duże koszty przejścia i małe w niej doświadczenie, czyli niski uzysk, czyli niski zysk, ogólnie lata pod kreską inwestycyjną. Rewolucje to domena firm garażowych.

      Skomentuj

      1. grudzin7
        Oceń komentarz:

        -1    

        Opublikowano: 2015-04-08 20:28

        Więc jak? czekamy aż w końcu zoptymalizują wykorzystanie wielu (np. 20) rdzeni w procesorach PC'tów?

        Skomentuj

        1. Eltor
          Oceń komentarz:

          0    

          Opublikowano: 2015-04-09 12:37

          To też nie do końca. Możliwe do uzyskania zyski ze zrównoleglenia obliczeń też mają swoją granicę, więc w pewnym momencie i 1000 rdzeni już by Ci nie pomogło. Dodatkowo doszedłby narzut na synchronizację.

          Skomentuj

    5. mgkiler
      Oceń komentarz:

      0    

      Opublikowano: 2015-04-07 12:41

      Kiedyś czytałem artykuł z którego wynika, że krzem swoje optimum osiąga przy około 20nm. Poniżej tej wielkości spada już jego przewodnictwo - i zwyczajnie nie opłacalne jest produkowanie w niższym procesie.

      Czyli wniosek jest taki, że przechodzenie niżej niż 20nm to tylko marketing.

      W sumie jest to możliwe, bo kiedyś zmiana procesu wiązała się, że skokiem zegara. A dziś zegary stoją w miejscu prawie - tylko rdzenie są dokładane i tyle.

      Od "core i" nie ma już postępu.

      O ile oczywiście artykuł się nie mylił.

      Skomentuj

      1. Sniko
        Oceń komentarz:

        1    

        Opublikowano: 2015-04-07 16:03

        Ale patrząc na procesory mobilne wydajność cały czas wzrasta, a nie idzie to w parze z grzaniem i poborem prądu, więc chyba nie jest do końca tak jak mówisz...

        Skomentuj

    6. tanakov
      Oceń komentarz:

      1    

      Opublikowano: 2015-04-07 18:44

      CZy ja wiem czy te rozmiary są takie niebotyczne.. może za kilkadziesiąt lat zamiast roweru w piwnicy każdy będzie trzymał szafę z serwerem.. albo będzie miał komputer w zabudowie.. tak wiec nigdy nie wiemy co nas spotka.. powrócą czasy komputerów rozmiaru XXL ;]

      Skomentuj

    7. kikiz
      Oceń komentarz:

      1    

      Opublikowano: 2015-04-08 08:05

      Jak to co - nic.
      Nic nie trzeba wymyślać, do użytku zostaje foton. Dzisiaj sterujemy elektronem za 5-10 lat będziemy sterować fotonem i z obudów znikną wentylatory, ba znikną nawet radiatory bo przy teraherzowych prędkościach wydzielanie ciepła będzie znikome.

      Grzać będą się zasilacze ale procesory już nie. Co więcej przy odpowiedniej konstrukcji układu będzie można sterować nieskończoną ilością fotonów jednocześnie co oznacza, że możliwości rozwojowe będą ogromne.

      Dzisiaj są to jeszcze rozwiązania mechaniczne ale poczytaj o kryształach fotonicznych, ich zasada działania jest prosta do zrozumienia bo funkcjonują mniej więcej jak ekrany LCD.

      Skomentuj

  2. mgkiler
    Oceń komentarz:

    1    

    Opublikowano: 2015-04-07 12:42

    Grafen to chyba coś około 0.3nm o ile się nie mylę.

    Skomentuj

  3. Baleryon
    Oceń komentarz:

    0    

    Opublikowano: 2015-04-07 13:25

    Pawle, gwiazd w Drodze Mlecznej jest tylko kilkaset miliardów (zatem liczba rzędu 10^10), więc jeśli nie ma pomyłki z tymi trylionami tranzystorów rocznie, to robi się ich setki milionów razy więcej, niż mamy u siebie gwiazd.

    Skomentuj

    1. Paweł Maziarz
      Oceń komentarz:

      2    

      Opublikowano: 2015-04-07 13:46

      Racja! To wynik mojego niedopatrzenia i innego nazewnictwa przedrostków w języku polskim i angielskim. Już poprawione ;)

      Skomentuj

  4. -TeRo-
    Oceń komentarz:

    3    

    Opublikowano: 2015-04-07 14:16

    Intel na IEDM 2013 zapowiedział, że poniżej 10nm będzie robił swoje układy na bazie tranzystorów TFET.
    http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20131219/323700/

    także zapoznajcie się z tym:
    https://nanohub.org/resources/18351/download/NikonovBeyondCMOS_4_TFET.pdf

    Intel opracował własny układ tranzystora R-TFET (resonant-TFET), który to najlepiej sprawdza się przy barierach z połączenia dwóch stopów pierwiastków GaSb i InAs.

    http://static.frazpc.pl/board/2015/02/7e4fe6fee524d52b.jpg

    To jest najlepsza testowana domieszka o największej barierze (zobacz porównanie w pdf-ie str. 31) co pozwala przy litografii 9nm uzyskać przełączanie się tranzystora już przy SS 25mV/dec. To jest bardzo dużo poniżej obecnych SiGe MOSFET z SS 63mV/dec. Jednak jak widać na slajdzie ze str. 14 Uniwersytet Kalifornijski w Berkley stworzył tranzystor na bazie krzemu (Si), który przełącza się przy 46mV/dec (poniżej mosfetowego 60mV/dec) w układzie materiałów NiSi i Si.

    Jak widać intel nie musi używać pierwiastków z grupy III-V i jeszcze pojechać na krzemie. Nie da to takiej wydajności jak nowe materiały, ale może okazać się tańsze w produkcji, co chipzilla oczywiście może chcieć wykorzystać.;)

    Sama architektura tranzystorów TFET pozwala zejść aż do VDD=0.27V. To jest ogromnym postępem względem dzisiejszych MOSFETów gdzie przy 22nm mamy Vdd=0,8V

    Skomentuj

    1. mgkiler
      Oceń komentarz:

      0    

      Opublikowano: 2015-04-07 14:21

      A do ilu nm wtedy by można było zejść?

      Pytam z ciekawości.

      Skomentuj

      1. -TeRo-
        Oceń komentarz:

        1    

        Opublikowano: 2015-04-07 14:54

        Przy użyciu GaSb/InAs TFET pisze się o 3nm gdzie same tranzystory będą budowane na zasadzie nanoprzewodów (nanowire) lub z wykorzystaniem bramek typu GAA (Gate-all-around). Można to różnie nazywać ale to jest prawie to samo.

        Jak już producenci zaczną stosować nanoprzewody to oczywistą konsekwencją będzie wykorzystanie tutaj grafenowych nanorurek.

        Skomentuj

        1. mgkiler
          Oceń komentarz:

          1    

          Opublikowano: 2015-04-07 16:06

          No, ale 3nm to jest grubośc około 10 atomów węgla...

          To już bramki z pojedynczych atomów musiały by być.

          Skomentuj

          1. mgkiler
            Oceń komentarz:

            3    

            Opublikowano: 2015-04-07 16:07

            Tzn nie tyle z pojedynczych co miałem na myśli, że już pojedyczne atomy mają tu znaczenie.

            2 atomy mniej i z 3nm robi się 2,3nm a to gigantyczny błąd...

            Skomentuj

        2. vitapy
          Oceń komentarz:

          1    

          Opublikowano: 2015-04-07 20:13

          Wszystko ślicznie, tylko że im mniejszy wymiar technologiczny tym większe znaczenie na niezawodność układów ma zjawisko elektromigracji. Przy coraz mniejszej szerokości ścieżek i samych tranzystorów, proces ten zaczyna mieć ogromne znaczenie, fizyki się nie przeskoczy. Ciekawe czy zwolennicy coraz mniejszych nm wiedzą w jakim procesie technologicznym są produkowane urządzenia specjalne/wojskowe np. do lotów w kosmos, tam dalej się używa "archaicznych" procesów produkcji.

          Skomentuj

      2. -TeRo-
        Oceń komentarz:

        1    

        Opublikowano: 2015-04-07 15:04

        Tutaj są zajebiste zdjęcia jak wyglądają krzemowe nanoprzewody:

        http://lsm.epfl.ch/page-76269.html

        Skomentuj

  5. mjwhite
    Oceń komentarz:

    1    

    Opublikowano: 2015-04-07 15:08

    Gdyby nie zmniejszanie tranzystorów, obecne procesory byłyby wręcz gigantyczne (teoretycznie, bo z uwagi na tak duże rozmiary nie mogłyby działać).

    dlaczego miałyby nie działać? jedynie częstotliwość taktowania musiała by być dużo niższa

    Skomentuj

    1. decorator12
      Oceń komentarz:

      2    

      Opublikowano: 2015-04-07 15:46

      Ilośc energii potrzbne do zasilania + płyta główna wielkosci stołu w proboszcza w kaplicy. Tak mi się wydaje :E

      Skomentuj

    2. Paweł Maziarz
      Oceń komentarz:

      1    

      Opublikowano: 2015-04-07 21:09

      Tak jak pisze decorator12 - duży pobór mocy i problemy z wielkością samego procesora. Do tego dochodzi odległość między tranzystorami takiego procesora.

      Skomentuj

  6. Bonglord
    Oceń komentarz:

    0    

    Opublikowano: 2015-04-07 19:33

    Wydaje mi się, że liczby w notacji wykładniczej zapisuje się trochę inaczej.

    Skomentuj

    1. mjwhite
      Oceń komentarz:

      4    

      Opublikowano: 2015-04-07 23:37

      Do tworzenia dowolnych układów cyfrowych, programowo. Czyli jak budujesz jakiś układ logiczny to nie bierzesz garści scalaków z dekoderami, przerzutnikami, licznikami itp. tylko realizujesz je wszystkie w tym układzie.

      Skomentuj

  7. znik70
    Oceń komentarz:

    0    

    Opublikowano: 2015-04-08 11:46

    wielka szkoda że każdy mówi o litografii 20nm, 18, 16 nm a teraz 10nm (po drodze pewnie będzie jeszcze 14 i 12nm.
    jednak to jest jedynie szerokość ustawionej pionowo bramki. nikt jednak nie pisze o wymiarach całego tranzystora, a on ma w sumie 3 obszary, bramka jest tylko jednym z nich. pozostałe obszary są znacznie większe, a to one decydują jak gęsto da się upchać tranzystory. tutaj przoduje intel. nie jestem zadowolony z tego faktu, bo intel niestety pożera nam konkurencję czyli amd. brak konkurencji oznacza drożyznę i zastój technologiczny.

    Skomentuj

Dodaj komentarz

Przy komentowaniu prosimy o przestrzeganie netykiety i regulaminu.

Aby dodać komentarz musisz być zalogowany!