מהו חוק מור, ולמה הוא גוסס?

אם שמתם לב לתקשורת הטכנולוגית בעשור האחרון, כנראה ששמעתם על חוק מור ו איך זה כנראה גוסס. למרבה הצער, קשה לתאר מה זה חוק מור ואיך בדיוק הוא גוסס במאמר חדשותי סטנדרטי. הנה כל מה שאתה צריך לדעת על חוק מור, מה זה אומר עבור מעבדים, למה אנשים אומרים שהוא גוסס ואיך חברות מוצאות דרכים לעקיפת הבעיה.

חוק תיאורי של איך תעשיית השבבים עבדה במשך עשרות שנים

חוק מור נטבע על ידי מייסד שותף של אינטל, גורדון מור, בשנת 1965, והוא צופה כי מדי שנתיים, מספר הטרנזיסטורים (בעצם הרכיב הקטן ביותר במעבד) יוכפל. אז אם אתה בונה את השבב הגדול ביותר שאתה יכול שנה אחת, אתה אמור להיות מסוגל ליצור שבב שיש לו פי שניים מהטרנזיסטורים שנתיים מאוחר יותר. אם התעשייה תוכל לגייס מעבד עם מיליון טרנזיסטורים בשנה אחת, בעוד שנתיים, שבב של שני מיליון טרנזיסטורים אמור להיות אפשרי.

זה קשור במידה רבה לאופן שבו השבבים מיוצרים באמצעות משהו שנקרא a צומת תהליך. כל תהליך חדש אמור להיות צפוף יותר מקודמו, וכך התעשייה הצליחה לעמוד בתחזיות חוק מור במשך עשרות שנים. אתה אולי תוהה מדוע צפיפות נחוצה כדי להמשיך ולהגדיל טרנזיסטורים; למה לא לעשות צ'יפ גדול יותר מדי שנה? ובכן, שבב בודד יכול להיות רק כל כך גדול. השבבים הגדולים ביותר שיוצרו אי פעם בנפח גדול הם לכל היותר 800 מ"מ, שיכולים להיכנס בקלות בכף היד שלך. לכן, יש צורך בצפיפות גבוהה יותר כדי להכניס יותר טרנזיסטורים לשבב.

במשך רוב היסטוריית המחשוב, חברות ייצור (שנקראות בשפה הרווחת fabs) יכלו להשיק צמתים תהליכים חדשים מדי שנה או שנתיים ולשמור על חוק מור. בנוסף, צמתים חדשים שיפרו גם את התדר (לפעמים נקראים פשוט ביצועים) ואת יעילות ההספק, כך השימוש בתהליך האחרון או השני האחרון היה בדרך כלל מה שחברות רצו, אלא אם כן הם מייצרים משהו בסיסי. חוק מור היה רק ​​דבר בלתי מעורער שקרה והיה מובן מאליו.

איך חוק מור גוסס

התעשייה ציפתה שרכבת הרוטב של צמתים חדשים מדי שנה בערך תימשך לנצח, אבל הכל התמוטט במאה ה-21. סימן מדאיג אחד היה סוף קנה המידה של Dennard, שחזה שטרנזיסטורים קומפקטיים יותר יוכלו להגיע למהירויות שעון גבוהות יותר, אבל זה הפסיק להיות נכון בסביבות ה-65 ננומטר באמצע שנות ה-2000. בגדלים כה זעירים, טרנזיסטורים הפגינו התנהגות חדשה שאף פיזיקאי לא יכול היה לחזות.

אבל הסוף של קנה המידה של Dennard היה כאין וכאפס בהשוואה למשבר שכמעט כל מותג בעולם נתקל בסביבות 32 ננומטר בתחילת שנות ה-2010. כיווץ טרנזיסטורים מתחת ל-32nm היה קשה ביותר, ובמשך שנים, אינטל הייתה החברה היחידה שעברה בהצלחה לצומת 22nm, השדרוג המלא הבא אחרי 32nm. רק באמצע שנות ה-2010 המתחרות של אינטל הצליחו להדביק את הפער, אבל עד אז, התעשייה השתנתה באופן מהותי.

התרשים שלמעלה ממחיש את מספר החברות לאורך השנים שהצליחו ליצור צמתים מובילים בתעשייה בשנה ובדור נתון. מספר זה היה בירידה במשך שנים, אך נראה שהתייצב בסוף שנות ה-2000 עד תחילת שנות ה-2010. ואז, כשהחברות החלו להבין כמה קשה יהיה להתקדם מעבר ל-32 ננומטר, הן זרקו את המגבת. 14 דגמים חדשניים הגיעו לצומת 45nm, אבל רק שישה מהם הגיעו ל-16nm. כיום, רק שלוש מהדגמים הללו עדיין בחזית: אינטל, סמסונג ו-TSMC. עם זאת, רבים מצפים שסמסונג או אינטל יצטרפו בסופו של דבר לשורות הנופלים.

אפילו חברות שיכולות לפתח את הצמתים החדשים האלה לא יכולות להשתוות לרווחים מדור לדור של צמתים ישנים יותר. זה נהיה קשה יותר להפוך את הצ'יפס לדחוס יותר; הצומת של 3nm של TSMC לא הצליח למעשה לכווץ את המטמון, וזה הרסני. ובעוד העליות בצפיפות יורדות בכל דור, הייצור הולך ומתייקר, מה שגורם ל עלות לטרנזיסטור לקיפאון מאז 32 ננומטר, מה שמקשה על מכירת מעבדים במחיר נמוך יותר מחירים. גם שיפורי הביצועים והיעילות אינם טובים כמו פעם.

כל זה ביחד הוא מה שמסמל את מותו של חוק מור עבור אנשים. לא מדובר רק בכישלון בהכפלת טרנזיסטורים כל שנתיים; מדובר בעליית מחירים, פגיעה בקירות בביצועים ואי יכולת להגביר את היעילות בקלות כמו קודם. זוהי בעיה קיומית עבור כל תעשיית המחשוב.

איך חברות עומדות בציפיות של חוק מור גם בזמן שהוא גוסס

בעוד שמותו של חוק מור הוא ללא ספק בעיה הולכת וגוברת, כל שנה מביאה לחדשנות מצד שחקני מפתח, רבים מהם מוצאים דרכים לעקוף לחלוטין בעיות ייצור שמטרידות את התעשייה במשך שנים. בעוד שחוק מור מדבר על טרנזיסטורים, ניתן לשמור על רוחו של חוק מור רק על ידי מפגש מסורתי שיפורי ביצועים מדור לדור, ולתעשייה יש המון כלים ברשותה, כלים שלא היו קיימים אפילו לפני עשור.

טכנולוגיית השבבים של AMD ואינטל (שאינטל מכנה אריחים) לא רק הוכיחה כי היא עומדת בציפיות הביצועים של חוק מור אלא אפילו בציפיות הטרנזיסטור. אמנם זה נכון ששבב בודד יכול להיות רק כל כך גדול, אבל תיאורטית אפשר להוסיף המון המון שבבים למעבד בודד. שבב הוא בעצם שבב קטן שמזווג עם שבבים אחרים כדי ליצור מעבד שלם. אימוץ השבבים של AMD ב-2019 אפשר לחברה להכפיל את מספר הליבות שהציעה במחשבים שולחניים ובשרתים.

בנוסף, ניתן להתמחות ב-chiplets, וכאן הטכנולוגיה באמת זורחת אל מול חוק מור גוסס. מכיוון שהמטמון לא ממש מתכווץ בצמתים חדשים יותר, למה לא לשים את כל המטמון בצ'יפלטים באמצעות צמתים ישנים וזולים יותר ואת ליבות המעבד בצ'יפלטים עם הצומת העדכני ביותר? זה מה ש-AMD עשתה עם זה 3D V-Cache ומטמון הזיכרון שלו מת (או MCDs) ב-RX 7000 GPUs מתקדמים כמו RX 7900 XTX. חלק מה המעבדים הטובים ביותר ו GPUs הטובים ביותר מ-AMD לא יהיה אפשרי בלי שבבים.

Nvidia, לעומת זאת, הכריז בגאווה מותו של חוק מור והעמיד הכל על AI. על ידי האצת עומסי העבודה באמצעות ליבות Tensor התומכות בינה מלאכותית, הביצועים יכולים בקלות להכפיל או יותר, כך ש-Nvidia לא נגעה ב-chiplets כלל. עם זאת, AI הוא בהחלט פתרון עתיר תוכנה יותר. DLSS, טכנולוגיית העלמת הרזולוציה המופעלת על ידי AI של Nvidia, דורשת מאמץ הן ממפתחי המשחק והן של Nvidia כדי ליישם במשחקים, וגם DLSS אינו מושלם.

האפשרות הנוספת היחידה מלבד שני אלה היא פשוט לשפר את הארכיטקטורה של המעבדים ולקבל יותר ביצועים מאותו מספר טרנזיסטורים. דרך זו הייתה היסטורית קשה מאוד לחברות לרדת, ותוך כדי דורות חדשים של מעבדים מביאים שיפורים ארכיטקטוניים, העלאת הביצועים היא בדרך כלל חד ספרתית אחוזים. בלי קשר, ייתכן שיהיה צורך עבור מעצבי שבבים להתמקד יותר בשדרוגים אדריכליים מעתה ואילך, כי זה לא רק שלב.