Apa itu Hukum Moore, dan mengapa ia mati?

Jika Anda memperhatikan media teknologi selama dekade terakhir, Anda mungkin pernah mendengar tentang Hukum Moore dan bagaimana hal itu tampaknya sekarat. Sayangnya, sulit untuk menjelaskan apa itu Hukum Moore dan bagaimana sebenarnya hukum tersebut mati dalam berita standar. Inilah semua yang perlu Anda ketahui tentang Hukum Moore, apa artinya bagi prosesor, mengapa banyak orang mengatakan bahwa hukum tersebut sedang sekarat, dan bagaimana perusahaan menemukan solusinya.

Hukum deskriptif tentang cara kerja industri chip selama beberapa dekade

Hukum Moore diciptakan oleh salah satu pendiri Intel, Gordon Moore pada tahun 1965, dan hukum ini memperkirakan bahwa setiap dua tahun, jumlah transistor (pada dasarnya komponen terkecil dalam sebuah prosesor) akan berlipat ganda. Jadi, jika Anda membuat chip terbesar dalam satu tahun, Anda seharusnya bisa membuat chip yang memiliki transistor dua kali lipat dua tahun kemudian. Jika industri dapat mengumpulkan prosesor dengan satu juta transistor dalam satu tahun, dalam waktu dua tahun, chip dua juta transistor akan dapat dibuat.

Hal ini sebagian besar berkaitan dengan cara pembuatan chip melalui sesuatu yang disebut a simpul proses. Setiap proses baru seharusnya lebih padat dibandingkan proses sebelumnya, sehingga industri ini mampu memenuhi proyeksi Hukum Moore selama beberapa dekade. Anda mungkin bertanya-tanya mengapa kepadatan diperlukan untuk terus meningkatkan transistor; mengapa tidak membuat chip yang lebih besar setiap tahun? Ya, satu chip hanya bisa berukuran sebesar itu. Chip terbesar yang pernah dibuat dalam volume besar berukuran paling banyak 800mm2, yang dapat dengan mudah muat di telapak tangan Anda. Jadi, kepadatan yang lebih tinggi diperlukan untuk memasukkan lebih banyak transistor ke dalam sebuah chip.

Dalam sebagian besar sejarah komputasi, perusahaan fabrikasi (bahasa sehari-hari disebut fabs) mampu meluncurkan node proses baru setiap satu atau dua tahun dan menjaga Hukum Moore tetap berjalan. Selain itu, node baru juga meningkatkan frekuensi (terkadang disebut kinerja) dan efisiensi daya menggunakan proses terbaru atau kedua terbaru biasanya merupakan hal yang diinginkan perusahaan kecuali mereka sedang membuat sesuatu dasar. Hukum Moore hanyalah sesuatu yang terjadi dan dianggap remeh.

Bagaimana Hukum Moore sedang sekarat

Industri memperkirakan bahwa rangkaian node baru akan terus berlanjut setiap tahun atau lebih, namun semuanya gagal pada abad ke-21. Salah satu tanda yang mengkhawatirkan adalah berakhirnya penskalaan Dennard, yang memperkirakan transistor yang lebih kompak akan mampu mencapai kecepatan clock yang lebih tinggi, namun hal tersebut tidak lagi berlaku pada sekitar angka 65nm pada pertengahan tahun 2000an. Pada ukuran sekecil itu, transistor menunjukkan perilaku baru yang tidak dapat diperkirakan oleh fisikawan mana pun.

Namun akhir dari penskalaan Dennard tidak ada apa-apanya dibandingkan dengan krisis yang dihadapi hampir setiap pabrik di dunia sekitar 32nm pada awal tahun 2010-an. Mengecilkan transistor di bawah 32nm sangatlah sulit, dan selama bertahun-tahun, Intel adalah satu-satunya perusahaan yang berhasil melakukan transisi ke node 22nm, peningkatan penuh berikutnya setelah 32nm. Baru pada pertengahan tahun 2010-an pesaing Intel mampu mengejar ketertinggalannya, namun pada saat itu, industri telah berubah secara substansial.

Bagan di atas menggambarkan jumlah perusahaan selama bertahun-tahun yang mampu membuat node terdepan dalam industri pada tahun dan generasi tertentu. Jumlah ini telah menurun selama bertahun-tahun namun tampaknya stabil pada akhir tahun 2000an hingga awal tahun 2010an. Kemudian, ketika perusahaan mulai menyadari betapa sulitnya untuk mencapai kemajuan melampaui 32nm, mereka menyerah. Empat belas pabrik mutakhir mencapai node 45nm, tetapi hanya enam di antaranya yang mencapai 16nm. Saat ini, hanya tiga dari perusahaan tersebut yang masih menjadi yang terdepan: Intel, Samsung, dan TSMC. Namun, banyak yang memperkirakan Samsung atau Intel pada akhirnya akan ikut terpuruk.

Bahkan perusahaan yang dapat mengembangkan node baru ini tidak dapat menandingi keuntungan dari node lama dari generasi ke generasi. Semakin sulit membuat chip menjadi lebih padat; Node 3nm TSMC sebenarnya gagal mengecilkan cache, yang merupakan bencana. Meskipun peningkatan kepadatan menurun setiap generasi, biaya produksi menjadi lebih mahal, sehingga menyebabkan peningkatan kepadatan biaya per transistor mengalami stagnasi sejak 32nm, yang membuatnya lebih sulit untuk menjual prosesor dengan harga lebih rendah harga. Peningkatan kinerja dan efisiensi juga tidak sebaik dulu.

Semua ini bersama-sama menandakan matinya Hukum Moore bagi manusia. Ini bukan hanya tentang kegagalan menggandakan transistor setiap dua tahun; ini tentang kenaikan harga, kinerja yang buruk, dan tidak mampu meningkatkan efisiensi semudah sebelumnya. Ini adalah masalah eksistensial bagi seluruh industri komputasi.

Bagaimana perusahaan memenuhi ekspektasi Hukum Moore meskipun perusahaan tersebut sedang sekarat

Meskipun matinya Hukum Moore tidak dapat disangkal merupakan masalah yang terus berkembang, setiap tahun membawa inovasi dari para pemain kunci, banyak di antara mereka yang menemukan cara untuk mengatasi permasalahan manufaktur yang telah mengganggu industri ini selama bertahun-tahun. Meskipun Hukum Moore berbicara tentang transistor, semangat Hukum Moore dapat tetap hidup hanya dengan bertemu dengan hukum tradisional peningkatan kinerja dari generasi ke generasi, dan industri memiliki banyak alat yang dapat digunakan, bahkan alat yang belum ada satu dekade yang lalu.

Teknologi chiplet AMD dan Intel (yang disebut Intel ubin) tidak hanya terbukti memenuhi ekspektasi kinerja Hukum Moore tetapi bahkan ekspektasi transistor juga. Meskipun benar bahwa satu chip hanya bisa berukuran sebesar itu, secara teoritis Anda dapat menambahkan banyak sekali chip ke satu prosesor. Sebuah chiplet pada dasarnya adalah sebuah chip kecil yang dipasangkan dengan chiplet lain untuk membuat prosesor yang lengkap. Adopsi chiplet AMD pada tahun 2019 memungkinkan perusahaan untuk menggandakan jumlah core yang ditawarkan di desktop dan server.

Selain itu, chiplet dapat dispesialisasikan, dan di sinilah teknologinya benar-benar bersinar dalam menghadapi Hukum Moore yang sedang sekarat. Karena cache tidak benar-benar menyusut pada node yang lebih baru, mengapa tidak menempatkan semua cache pada chiplet menggunakan node yang lebih lama dan lebih murah serta inti prosesor pada chiplet dengan node terbaru? Itulah yang telah dilakukan AMD dengan produknya V-Cache 3D dan cache memorinya mati (atau MCD) di GPU RX 7000 kelas atas seperti RX 7900 XTX. Beberapa di antaranya CPU terbaik Dan GPU terbaik dari AMD tidak akan mungkin terjadi tanpa chiplet.

Nvidia, di sisi lain, dengan bangga menyatakannya kematian Hukum Moore dan mempertaruhkan segalanya pada AI. Dengan mempercepat beban kerja melalui inti Tensor berkemampuan AI, kinerja dapat berlipat ganda atau lebih dengan mudah, sehingga Nvidia belum menyentuh chiplet sama sekali. Namun, AI tentu saja merupakan solusi yang lebih intensif perangkat lunak. DLSS, teknologi peningkatan resolusi bertenaga AI dari Nvidia, memerlukan upaya dari pengembang game dan Nvidia untuk menerapkannya dalam game, dan DLSS juga tidak sempurna.

Satu-satunya pilihan lain selain keduanya adalah dengan meningkatkan arsitektur prosesor dan mendapatkan kinerja lebih dari jumlah transistor yang sama. Jalur ini secara historis sangat sulit untuk dilalui oleh perusahaan, dan bahkan bagi generasi baru prosesor membawa perbaikan arsitektur, peningkatan kinerja biasanya dalam satu digit persentase. Terlepas dari itu, perancang chip mungkin perlu lebih fokus pada peningkatan arsitektur mulai sekarang karena ini bukan hanya sebuah fase.