Moore'i seadus on ametlikult surnud ja me näeme seda vahetult TSMC hiljutise teadaandega,
Detsembris, Wikichip teatas et TSMC 3 nm protsess ei näidanud SRAM-i tiheduse osas praktiliselt mingit tiheduse paranemist võrreldes ettevõtte eelmise 5 nm sõlmega. Väljaanne esitas ühe lihtsa küsimuse: kas me olime just SRAM-i surma tunnistajaks? Vähemalt Wikichipi arvates on "ajalooline skaleerimine ametlikult surnud".
Sellel ideel on tohutud tagajärjed kogu tehnoloogiatööstusele ning selle mõju on tunda personaalarvutites ja muudes seadmetes veel aastaid. Kuid võite endalt küsida, mida see kõik tähendab ja kas peaksite sellest hoolima. Selleks, et mõista, kuidas "SRAM-i surm" mõjutab personaalarvuteid ja kuidas kiibidisainerid sellega tegelevad, peame rääkima sõlmedest, Moore'i seadusest ja vahemälust.
Moore'i seadus hääbus järk-järgult ja nüüd äkki
Moore'i seadus on pooljuhtide tööstuse edukuse etalon ja väidab, et uuemates kiipides peaks olema kaks korda rohkem transistore kui kahe aasta tagustes kiipides. Intel, AMD ja teised kiibidisainerid tahavad olla kindlad, et nad peavad sammu Moore'i seadusega ning sellega mittejärgimine tähendab konkurentide tehnoloogilise eelise kaotamist.
Kuna protsessorid võivad olla ainult nii suured, on ainus usaldusväärne viis transistoride arvu suurendamiseks neid kahandada ja tihedamalt kokku pakkida. Sõlm või protsess on see, kuidas pooljuhtide tootja (nimetatakse ka tehasteks ja valukodadeks) teeb kiibi; sõlm määratakse tavaliselt transistori suuruse järgi, seega mida väiksem, seda parem. Uusimale tootmisprotsessile üleminek oli alati usaldusväärne viis transistoride arvu ja jõudluse suurendamiseks ning aastakümneid on tööstus suutnud täita kõiki ootusi.
Kahjuks on Moore'i seadus juba aastaid surnud, alates umbes 2010. aastast, mil tööstus saavutas 32 nm piiri. Kui see üritas kaugemale minna, põrkas see vastu telliskiviseina. Peaaegu kõik tehased TSMC-st Samsungi ja GlobalFoundriesini nägid vaeva, et arendada midagi väiksemat kui 32nm. Lõpuks töötati välja uued tehnoloogiad, mis tegid edusammud taas võimalikuks, kuid transistorid ei vähene enam samamoodi nagu varem. Sõlme nimi ei peegelda enam seda, kui väike transistor tegelikult on, ja uued protsessid ei too enam kaasa varasemat tiheduse kasvu.
Tööstus tabas tellistest müüri, kui üritas 2010. aastal ületada 32 nm piiri.
Mis siis TSMC 3nm sõlmega lahti on? Tüüpilises protsessoris on kaks peamist tüüpi transistore: loogika jaoks ja SRAM-i ehk vahemälu jaoks mõeldud transistorid. Loogikat on mõnda aega olnud lihtsam kahandada kui vahemälu (vahemälu on juba väga tihe), kuid see on esimene kord, kui näeme, et valukoda nagu TSMC ei suuda seda uues sõlmes üldse kahandada. Mingil hetkel on oodata oluliselt suurema vahemälutihedusega 3nm varianti, kuid TSMC tabab kindlasti käändepunkti, kus skaleerimine on väga väike, ja teised fabsid võivad samaga kokku puutuda probleem.
Kuid probleem ei seisne ainult selles, et vahemälu ei saa suurendada ilma suuremat ala kasutamata. Protsessorid võivad olla ainult nii suured ja vahemälu poolt hõivatud ruum on ruum, mida ei saa kasutada loogika või transistoride jaoks, mis toovad kaasa otsese jõudluse kasvu. Samas vajavad rohkema tuuma ja muude funktsioonidega protsessorid rohkem vahemälu, et vältida mäluga seotud kitsaskohti. Kuigi loogika tihedus kasvab iga uue sõlmega, ei pruugi see olla piisav SRAM-i skaleerimise puudumise kompenseerimiseks. See võib olla Moore'i seadusele tappev löök.
Kuidas saab tööstus SRAM-i probleemi lahendada
Suure jõudlusega protsessorid peavad täitma kolm eesmärki: suurus on piiratud, vahemälu on vajalik ja uued sõlmed ei vähenda enam vahemälu suurust palju, kui üldse. Kuigi jõudlust on võimalik suurendada arhitektuursete täiustuste ja suuremate taktsageduste abil, lisades rohkem transistore on alati olnud lihtsaim ja järjepidevam viis põlvkonna kiiruse suurendamiseks. Selle väljakutse ületamiseks tuleb üht neist põhialustest muuta.
Nagu selgub, on SRAM-i probleemile juba täiesti töötav lahendus: kiibid. See on tehnoloogia, mida AMD on kasutanud alates 2019. aastast oma lauaarvutite ja serverite protsessorite jaoks. Kiibikujunduses kasutatakse mitut ränitükki (või matriitsid) ja igal stantsil on üks või vaid paar funktsiooni; mõnel võib olla näiteks südamikud. See on vastuolus monoliitse disainiga, kus kõik on ühes vormis.
Kiibid lahendavad suuruse probleemi ja on võtmetähtsusega osa, miks AMD on suutnud Moore'i seadusega sammu pidada. Pidage meeles, et Moore'i seadus ei puuduta tihedus, aga transistoride arv. Kiibitehnoloogia abil on AMD suutnud luua protsessoreid, mille kogupindala on üle 1000 mm2; selle protsessori valmistamine ühe stantsiga on ilmselt võimatu.
Kõige olulisem asi, mida AMD on vahemälu probleemi leevendamiseks teinud, on vahemälu paigutamine omale. Ryzen 7 5800X3D sees olev V-vahemälu ja mälukiibid RX 7000 seeria on näide vahemälu kiibistidest. On tõenäoline, et AMD nägi kirjutist seinal, kuna vahemälu on juba aastaid olnud raske vähendada ja Nüüd, kui vahemälu saab kõigest muust osadeks eraldada, jätab see rohkem ruumi suurematele kiibile südamikud. RX 7900 XTX põhistants on vaid umbes 300 mm2, mis tähendab, et AMD-l on palju ruumi, et soovi korral suuremat matriitsi teha.
Chiplets pole siiski ainus viis. Nvidia tegevjuht hiljuti kuulutas Moore'i seaduse surma. Ettevõte ise tugineb oma tehisintellekti tehnoloogiale, et saavutada suurem jõudlus, ilma et oleks vaja loobuda monoliitsest disainist. Selle uusim Ada arhitektuur on tänu sellistele funktsioonidele nagu DLSS 3 teoreetiliselt mitu korda kiirem kui eelmise põlvkonna Ampere. Siiski näeme lähiaastatel, kas Moore'i seadust tuleb elus hoida või kas uued tehnoloogiad suudavad peegeldada rohkemate transistoride lisamise eeliseid, ilma et peaks neid tegelikult lisama.