Mooren laki on virallisesti kuollut, ja voimme nähdä sen omakohtaisesti äskettäin TSMC: n ilmoituksesta,
Joulukuussa, Wikichip raportoi että TSMC: n 3 nm: n prosessi ei osoittanut käytännössä mitään parannusta tiheydessä verrattuna yhtiön edelliseen 5 nm: n solmuun SRAM-tiheyden suhteen. Julkaisussa esitettiin yksi yksinkertainen kysymys: Näimmekö juuri SRAM: n kuoleman? Ainakin Wikichipin mielestä "historiallinen skaalaus on virallisesti kuollut".
Tällä idealla on valtavat seuraukset koko teknologiateollisuudelle, ja sen vaikutukset tuntuvat PC: issä ja muissa laitteissa tulevina vuosina. Mutta saatat kysyä itseltäsi, mitä tämä kaikki tarkoittaa ja pitäisikö sinun välittää. Ymmärtääksemme, kuinka "SRAM: n kuolema" vaikuttaa tietokoneisiin ja kuinka sirujen suunnittelijat käsittelevät sitä, meidän on puhuttava solmuista, Mooren laista ja välimuistista.
Mooren laki kuoli vähitellen ja nyt yhtäkkiä
Mooren laki on puolijohdeteollisuuden menestyskriteeri, ja sen mukaan uudemmissa siruissa tulisi olla kaksi kertaa enemmän transistoreita kuin kahden vuoden takaisissa siruissa. Intel, AMD ja muut sirujen suunnittelijat haluavat varmistaa, että he pysyvät Mooren lain tahdissa, ja jos ei pysy perässä, menetetään tekninen etu kilpailijoilta.
Koska prosessorit voivat olla vain niin suuria, ainoa luotettava tapa lisätä transistorien määrää on kutistaa niitä ja pakata ne yhteen tiiviimmin. Solmu tai prosessi on tapa, jolla puolijohdevalmistaja (kutsutaan myös tehtaiksi ja valimoiksi) valmistaa sirun; solmu määritellään yleensä transistorin koon mukaan, joten mitä pienempi sen parempi. Päivitys uusimpaan valmistusprosessiin oli aina luotettava tapa lisätä transistorien määrää ja suorituskykyä, ja ala on kyennyt täyttämään kaikki odotukset vuosikymmenien ajan.
Valitettavasti Mooren laki on kuollut jo vuosia, noin vuodesta 2010 lähtien, jolloin teollisuus saavutti 32 nm: n rajan. Kun se yritti mennä pidemmälle, se osui tiiliseinään. Melkein jokainen fab TSMC: stä Samsungiin GlobalFoundriesiin kamppaili kehittääkseen mitään alle 32 nm. Lopulta kehitettiin uusia teknologioita, jotka tekivät edistyksen jälleen mahdolliseksi, mutta transistorit eivät enää pienene samalla tavalla kuin ennen. Solmun nimi ei enää heijasta sitä, kuinka pieni transistori todellisuudessa on, eivätkä uudet prosessit enää tuo vanhaa tiheyslisäystä.
Teollisuus törmäsi tiiliseinään, kun se yritti ylittää 32 nm: n rajan vuonna 2010.
Mitä TSMC: n 3nm solmulle sitten kuuluu? No, tyypillisessä prosessorissa on kaksi päätyyppiä transistoreita: logiikka ja SRAM tai välimuisti. Logiikkaa on ollut jonkin aikaa helpompi kutistaa kuin välimuisti (välimuisti on jo todella tiheä), mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun näemme TSMC: n kaltaisen valimon epäonnistuvan kutistamaan sitä ollenkaan uudessa solmussa. Jossain vaiheessa odotetaan 3nm: n varianttia, jolla on huomattavasti suurempi välimuistitiheys, mutta TSMC osuu varmasti käännekohtaan, jossa skaalaus on hyvin vähäistä, ja muut fabsit voivat kohdata saman ongelma.
Mutta ongelma ei ole vain siinä, ettei välimuistin määrää pystytä lisäämään käyttämättä enemmän aluetta. Prosessorit voivat olla vain niin suuria, ja välimuistin viemä tila on tilaa, jota ei voida käyttää logiikkaan tai transistoreihin, jotka johtavat suoriin suorituskyvyn parannuksiin. Samaan aikaan prosessorit, joissa on enemmän ytimiä ja muita ominaisuuksia, tarvitsevat enemmän välimuistia muistiin liittyvien pullonkaulojen välttämiseksi. Vaikka logiikan tiheys kasvaa edelleen jokaisen uuden solmun myötä, se ei ehkä riitä kompensoimaan SRAM-skaalauksen puutetta. Tämä saattaa olla tappava isku Mooren laille.
Kuinka teollisuus voi ratkaista SRAM-ongelman
Suorituskykyisten prosessorien on täytettävä kolme tavoitetta: koko on rajoitettu, välimuisti vaaditaan, ja uudet solmut eivät enää pienennä välimuistin kokoa paljon, jos ollenkaan. Vaikka on mahdollista lisätä suorituskykyä arkkitehtonisten parannusten ja korkeampien kellotaajuuksien avulla, lisäämällä enemmän transistoreita on aina ollut helpoin ja johdonmukaisin tapa saavuttaa sukupolven nopeuden lisääminen. Tämän haasteen voittamiseksi yhden näistä perustekijöistä on muutettava.
Kuten käy ilmi, SRAM-ongelmaan on jo olemassa täysin toimiva ratkaisu: sirut. Se on tekniikka, jota AMD on käyttänyt vuodesta 2019 lähtien työpöytä- ja palvelinsuorittimissaan. Sirumallissa käytetään useita piikappaleita (tai meistiä), ja jokaisella suulakkeella on yksi tai vain muutama toiminto; joissakin voi olla esimerkiksi vain ytimiä. Tämä on vastoin monoliittista suunnittelua, jossa kaikki on yhdessä suulakkeessa.
Sirut kiertävät kokoongelman, ja ne ovat keskeinen osa sille, miksi AMD on pystynyt pysymään Mooren lain perässä. Muista, että Mooren laki ei ole kyse tiheys, mutta transistorien määrä. Siruteknologian avulla AMD on kyennyt luomaan prosessoreita, joiden yhteenlaskettu suutinpinta-ala on yli 1 000 mm2; Tämän prosessorin valmistaminen yhdellä meistillä on luultavasti mahdotonta.
Tärkein yksittäinen asia, jonka AMD on tehnyt, joka lieventää välimuistiongelmaa, on asettaa välimuisti omaan muistiin. V-välimuisti Ryzen 7 5800X3D: ssä ja muistipiirit RX 7000 sarja ovat esimerkki välimuistisiruista toiminnassa. On todennäköistä, että AMD näki kirjoituksen seinällä, koska välimuistia on ollut vaikea pienentää jo vuosia, ja Nyt kun välimuisti voidaan osioida kaikesta muusta, se jättää enemmän tilaa suuremmille siruille, joissa on enemmän ytimet. RX 7900 XTX: n pääsuulake on vain noin 300 mm2, mikä tarkoittaa, että AMD: llä on runsaasti tilaa tehdä isompi meisti, jos se haluaa.
Chiplets ei kuitenkaan ole ainoa tapa. Nvidian toimitusjohtaja äskettäin julisti Mooren lain kuoleman. Yritys itse luottaa tekoälyteknologiaansa saavuttaakseen paremman suorituskyvyn ilman, että sen tarvitsee siirtyä pois monoliittisesta suunnittelusta. Sen uusin Ada-arkkitehtuuri on teoriassa monta kertaa nopeampi kuin edellisen sukupolven Ampere DLSS 3:n kaltaisten ominaisuuksien ansiosta. Tulevina vuosina näemme kuitenkin, pitääkö Mooren laki pitää hengissä vai voivatko uudet teknologiat heijastaa transistorien lisäämisen suorituskykyetuja ilman, että niitä tarvitsee lisätä.