מוליכים למחצה של סין עולים על חוק מור

Home חדשות חדשות התעשייה מוליכים למחצה של סין עולים על חוק מור

2022-03-16 274

בתחילת מרץ השנה, "Houmo Intelligence", חברת שבבי מחשוב חכמים חדשה המבוססת על טכנולוגיית אחסון ואינטגרציה מתקדמת של מחשוב, הודיעה על השלמת סבב גיוס של עשרות מיליוני דולרים אמריקאים. ד"ר וו צ'יאנג, מייסד החברה, אמר: "כוח מחשוב של בינה מלאכותית הוא ליבת התשתית הכלכלית הדיגיטלית, וחוק מור, המניע את פיתוח תעשיית המעגלים המשולבים, מתקרב לקצה גבול היכולת שלו. תעשיית השבבים זקוקה בדחיפות לפתרון 'פוסט-מור' שישבור את הארכיטקטורה המסורתית של פון נוימן". יש אנשים בתעשיית המיקרואלקטרוניקה שמבינים את חוק מור של ד"ר וו צ'יאנג, אבל פתרון "פוסט-מור" זה מעניין. מדברים על חוק מור כבר ארבעים או חמישים שנה, האם הוא באמת לא עובד יותר? יתר על כן, האם לסין יש את היכולת ליצור "פוסט-מור"? הפעם, בואו נדבר על הנושא הזה יחד.

עבר

האם אנחנו באמת פועלים לפי חוק מור?

בשנת 1957, שמונה מדענים הקימו את חברת Fairchild Semiconductor בתמיכתו של שרמן פיירצ'יילד, הבעלים של חברת ציוד צילום. שבע שנים לאחר מכן, מור, ממייסדי פיירצ'יילד, הציע את "חוק מור" המפורסם, אשר משמש כבר חצי מאה: מספר הטרנזיסטורים שניתן לשלב במעגל משולב יוכפל כל 18 חודשים. במילים אחרות, ביצועי המעבד מוכפלים כל שנתיים וממשיכים לעשות זאת בעשורים הבאים.

(תמונה: שמונת מייסדי חברת פיירצ'יילד)

לאחר מכן, מור עזב את חברת פיירצ'יילד, חברת מוליכים למחצה "האקדמיה הצבאית של וומפואה", וייסד את אינטל יחד עם שותפו נויס.

אם כבר מדברים על חוק מור, הוא אינו חוק של מדעי הטבע, אלא חושף את מהירות ההתקדמות בטכנולוגיית המידע במידה מסוימת. עם זאת, בעשורים האחרונים של פיתוח מוליכים למחצה, חוק זה היה מדויק מאוד.

בואו נסתכל על נתוני פיתוח מעבדי אינטל:

בשנת 1999, אינטל הוציאה את מעבד הפנטיום III. הפנטיום III הוא מעבד סיליקון מרובע בגודל 1×1 עם 9.5 מיליון טרנזיסטורים והוא מיוצר בטכנולוגיית תהליך 250nm של אינטל.

בשנת 2000, אינטל הוציאה את מעבד הפנטיום וילאמט, עם תהליך ייצור של 180 ננומטר ומספר טרנזיסטורים של 42 מיליון מעבדים.

בשנת 2002, השיקה אינטל את מעבד הפנטיום IV (פנטיום 4), המסוגל להשיג 2.2 מיליארד פעולות לולאה בשנייה. הוא מיוצר באמצעות טכנולוגיית תהליך 130 ננומטר של אינטל ומכיל 55 מיליון טרנזיסטורים.

בשנת 2003 הושקה חברת Intel Centrino (טכנולוגיית מחשוב נייד Centrino), כמו גם מעבד ה-Pentium M (Pentium M). המעבד מבוסס על מיקרו-ארכיטקטורה חדשה המותאמת למובייל, המיוצרת באמצעות טכנולוגיית תהליך מיקרון 130 ננומטר של אינטל, ומכילה 77 מיליון טרנזיסטורים.

בשנת 2005, נולד מעבד כפול הליבה הראשון של אינטל, מעבד פנטיום D, מ-230 מיליון טרנזיסטורים שיוצרו באמצעות טכנולוגיית התהליך המובילה של אינטל בתצורת 90 ננומטר.

בשנת 2006 נולד מעבד Intel Core 2 בעל שני הליבות. המעבד מצויד ביותר מ-290 מיליון טרנזיסטורים ומיוצר בכמה מהמעבדות המתקדמות בעולם באמצעות טכנולוגיית תהליך 65 ננומטר של אינטל.

ארבע שנים לאחר מכן, הושק ה-Core i7 980X בשנת 2010, עם תהליך ייצור של 32 ננומטר ומספר טרנזיסטורים של 1.17 מיליארד.

ניתן לראות שבעשור הראשון של המאה ה-21, תחזיות חוק מור היו כמעט מדויקות, עד כדי כך ש-50 שנה לאחר מכן, מגישו גורדון מור אמר בראיון: "זוהי רק ספקולציה נועזת. אך מאוחר יותר, מסקנה זו המשיכה להניע ולשלוט בפיתוח תעשיית המוליכים למחצה, והרגשתי בנוח."

למה חוק מור נכשל

כאשר משהו נקרא חוק, הוא מתייחס למעשה לסיכום מדעי של חוק אובייקטיבי כלשהו, המשקף את הקשר הבלתי נמנע בין דברים שעוברים תהליך שינוי מסוים בתנאים מסוימים. מצד שני, החוק עלול להיכשל או להיות לא מדויק בתנאים אחרים. אף תיאוריה לא יכולה לתאר כל דבר ביקום, ואף תיאוריה לא יכולה להיות נכונה לחלוטין.

חוק מור עודכן למעשה לאחר שהציע אותו. בכנס הרכיבים האלקטרוניים הבינלאומי של IEEE בשנת 1975, הגיש מור תיקון: במהלך עשר השנים הבאות, ככל שהמכונות המשמשות לפיתוח הטכנולוגיה הופכות יקרות יותר ויותר, "כלל ההכפלה השנתית" יואט להכפלה כל שמונה עשר חודשים.(הערת העורך: שינוי זה יצר את האמרה הרווחת הנוכחית של 18 חודשים, שבמקור הייתה דצמבר, כלומר מתעדכנת פעם בשנה).

(תמונה: מור עדכן את החוק ל-18-24 חודשים בשנת 1975)

בעשור הראשון של המאה ה-21, כלל זה החל להיות מאתגר, החל במודל ה"טיק-טוק" שהוצע על ידי אינטל בשנת 2007.(הערת העורך: מחזור פיתוח של אינטל. טיק-טוק נגזר מעקרון המטוטלת, המתייחס לצליל ה"טיק" של השעון בכל שנייה. אינטל מבצעת שינויים בארכיטקטורת שדרוג המעבדים כל שנתיים. בשנות טיק, היא משנה את תהליך ייצור המעבד, ובשנות טוק, היא משנה את הארכיטקטורה תחת תהליך הייצור.)מודל "PAO" עד 2016(הערת העורך: מחזור פיתוח שהוצע על ידי אינטל. הוא כולל אסטרטגיה בת שלושה שלבים, שהיא טכנולוגיית תהליך (PROCESS) - עדכון ארכיטקטורה (ARCHITECTURE) - אופטימיזציה (OPTIMIZATION), שהאות הראשונה שלה מאויתת "PAO")מעבדי הליבה לא עקבו בקפדנות אחר המסלול המקובל לשדרוג טכנולוגיית התהליך, ואף סטו בהדרגה מהצמיחה האקספוננציאלית התקופתית במספר טרנזיסטורי הסיליקון שהוגדרה על ידי חוק מור. בשנת 2015, אינטל הודתה שתהליך הייצור שלה ב-10 ננומטר לא יוכל להגיע לייצור המוני עד סוף אותה שנה.

(תמונה: חוק מור מותאם)

אז, אם לשפוט לפי תהליך הליבה מאז 2016, תהליך המעבד אכן מאט. רק הסיומת "+" משמשת פעמיים, מה שגורם לאינטל לכנות בצחוק "משחת שיניים סוחטת" על ידי התעשייה. אז מה בדיוק מעכב את תהליך ייצור המעבדים?

ראשית, Advanced Chemistry מצביעה על כך שלצמיחה אקספוננציאלית יש סוף. lg2=0.3, מה שאומר שמספר הטרנזיסטורים יגדל פי מאה כל עשר שנים. ל-i9 9900K יש כ-3.2 מיליארד טרנזיסטורים. בעוד שבעים שנה, המספר יעלה על מספר האטומים במעבד.

אטומים הם החלקיקים הקטנים ביותר, וטרנזיסטורים מודפסים כימית ואינם יכולים לעבור מעבר לאטומים. אי אפשר להדפיס אטומים קטנים יותר באמצעות שינויים כימיים, וזו הסיבה הבסיסית ביותר להגבלת הצמיחה של טרנזיסטורי סיליקון (Si).

יתר על כן, בהתחשב בגורמים כלכליים, תהליכי ייצור מחמירים יותר ויותר הובילו לעלייה בעלויות המחקר והפיתוח, ופיתוח של כל דור של תהליכים מתקדמים יותר יעלה סכומי עתק. בדיוק כמו הידיעה הקודמת שאינטל הוציאה 20 מיליארד דולר על בניית מפעל ופלים, העלות אכן הייתה עצומה והיא עלתה לכותרות במשך זמן מה.

חוק מור כבר אינו רק תיאוריה של אינטל, הוא משפיע על התפתחות הטכנולוגיה האלקטרונית. עם זאת, בניגוד ליצרנים המיוצגים על ידי מנכ"ל Nvidia, ג'נסן הואנג, המאמינים ש"חוק מור מת", AMD ו-ASML עדיין מאמינות שחוק מור עדיין בתוקף. השנה, טוני ין, סגן נשיא פיתוח ב-ASML, עדיין הביע את הכרתו בחוק מור בראיון לרויטרס. "אנשים רבים אומרים שחוק מור פג תוקפו או הואט, אבל אני חושב שלא, והוא לא הואט. מנקודת מבטה של ASML, חוק מור עשוי להימשך עוד 10 שנים, או אפילו יותר. והצטמקות שטח השבב יכולה להימשך לפחות 10 שנים בעתיד."

(תמונה: NVIDIA. הואנג רנשון אמר פעם ב-GTC ש"חוק מור נגמר")

עַכשָׁיו

האם גם סין תבטל את חוק מור?

אם תעשיית השבבים תמשיך להתקדם בהתאם לחוק מור, אז מוליכים למחצה סיניים לעולם לא ישיגו את הפער עם השחקנים הקודמים. הכישלון ההדרגתי של חוק מור נתן לסין הזדמנות לייצר מוליכים למחצה מקומיים.

בכמה תחומי שבבי יישומים, חברות סיניות עשו התקדמות ניכרת. לדוגמה, HiSilicon Kirin של Huawei נכנסה לדרג הראשון של תעשיית שבבי הטלפונים הניידים. לדוגמה, שבב גלאי האינפרא אדום של Amap עקף את אירופה מבחינת רמה טכנית ועומד בשורה אחת עם חברות אמריקאיות. סין הפכה גם לאחת מחמש המדינות בעולם ששלטו בטכנולוגיית הליבה של גלאי אינפרא אדום צבאיים.

מבחינת טכנולוגיה, ב-25 בפברואר, קבוצת המחקר של פרופסור טאנג צ'ואנשיאנג מהמחלקה לפיזיקה הנדסית באוניברסיטת צינגהואה וצוות גרמני פרסמו מאמר מחקר שכותרתו "הדגמה ניסיונית של עקרון המיקרו-צבירה במצב יציב" בכתב העת המוביל Nature, ודיווחו על ניסוי אימות העקרונות הראשון של מקור אור חדש למאיץ חלקיקים "מיקרו-צבירה במצב יציב" (SSMB). נכון לעכשיו, אוניברסיטת צינגהואה תומכת ומקדמת באופן פעיל את פרויקט הקמת מקור האור SSMB EUV ברמה הלאומית. קבוצת המחקר צינגהואה SSMB הגישה הצעת פרויקט עבור "התקן מחקר מקור אור אולטרה-סגול קיצוני מיקרו-צבירה במצב יציב" לוועדה הלאומית לפיתוח ורפורמה, והכריזה עליו כתשתית מדעית וטכנולוגית לאומית מרכזית במהלך "תוכנית החומש ה-14".(מקור: אוניברסיטת צינגהואה)

(צילום: האתר הרשמי של אוניברסיטת צינגהואה)

מוליכים למחצה של סין מפגרים אחרי אירופה וארצות הברית, ועכשיו הם יכולים רק להדביק את הפער. כפי שאמר "Post-Moore Intelligence", הם עדיין צריכים ליצור פתרונות "פוסט-מור".

הצהרת אחריות: מאמר זה הודפס מחדש מתוך "Semiconductor Industry Zongheng", התומך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציין את המקור המקורי ואת מחבר ההדפסה המחודשת. אם ישנה הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.

מדוע דיודות תופסות מקום כה חשוב בשוק ומהם יתרונותיהן?

"העלייה הקבוצתית" של תעשיות וציוד האריזה והבדיקה המתקדמים של סין אינה יכולה להתחמק מהערבות החשובה של סין