Wat is de wet van Moore en waarom is deze aan het verdwijnen?

Als je de afgelopen tien jaar aandacht hebt besteed aan de technische media, heb je waarschijnlijk wel eens gehoord van de wet van Moore hoe het blijkbaar doodgaat. Helaas is het moeilijk om in een standaard nieuwsbericht te beschrijven wat de wet van Moore is en hoe deze precies aan het verdwijnen is. Hier vindt u alles wat u moet weten over de wet van Moore, wat deze betekent voor verwerkers, waarom mensen zeggen dat de wet op sterven ligt en hoe bedrijven oplossingen vinden.

Een beschrijvende wet van hoe de chipindustrie al tientallen jaren werkt

De wet van Moore werd in 1965 bedacht door Gordon Moore, medeoprichter van Intel, en voorspelt dat elke twee jaar het aantal transistors (in feite het kleinste onderdeel in een processor) zal verdubbelen. Dus als je een jaar lang de grootste chip bouwt die je maar kunt maken, zou je twee jaar later een chip moeten kunnen maken met twee keer zoveel transistors. Als de industrie binnen één jaar een processor met één miljoen transistors kan opbrengen, zou over twee jaar een chip van twee miljoen transistoren mogelijk moeten zijn.

Dit heeft grotendeels te maken met de manier waarop chips worden vervaardigd via iets dat a proces knooppunt. Elk nieuw proces zou dichter moeten zijn dan het vorige, en dat is de manier waarop de industrie al tientallen jaren aan de verwachtingen van de wet van Moore kan voldoen. Je vraagt ​​je misschien af ​​waarom dichtheid nodig is om het aantal transistors te blijven vergroten; waarom maken we niet gewoon elk jaar een grotere chip? Nou ja, een enkele chip kan maar zo groot zijn. De grootste chips die ooit in groot volume zijn gemaakt, zijn maximaal 800 mm2 en passen gemakkelijk in de palm van je hand. Een hogere dichtheid is dus nodig om meer transistors in een chip te krijgen.

Gedurende het grootste deel van de computergeschiedenis waren fabricagebedrijven (in de volksmond fabs genoemd) in staat om elk jaar of twee nieuwe procesknooppunten te lanceren en de wet van Moore voort te zetten. Bovendien verbeterden nieuwe knooppunten ook de frequentie (soms eenvoudigweg prestaties genoemd) en de energie-efficiëntie het gebruik van het nieuwste of op één na nieuwste proces was meestal wat bedrijven wilden, tenzij ze iets aan het maken waren eenvoudig. De wet van Moore was gewoon een onbetwist iets dat gebeurde en als vanzelfsprekend werd beschouwd.

Hoe de wet van Moore op sterven ligt

De industrie verwachtte dat de justrein van nieuwe knooppunten ieder jaar ongeveer voor altijd zou voortduren, maar in de 21e eeuw stortte dit allemaal in. Een zorgwekkend teken was het einde van de Dennard-schaling, die voorspelde dat compactere transistors hogere kloksnelheden zouden kunnen halen, maar dat was halverwege de jaren 2000 niet meer waar rond de 65 nm-grens. Bij zulke kleine afmetingen vertoonden transistors nieuw gedrag dat geen enkele natuurkundige had kunnen voorzien.

Maar het einde van de Dennard-schaling was niets vergeleken met de crisis die vrijwel elke fabriek ter wereld begin 2010 rond 32 nm tegenkwam. Het verkleinen van transistors tot onder de 32 nm was buitengewoon moeilijk, en jarenlang was Intel het enige bedrijf dat met succes overstapte op het 22 nm-knooppunt, de volgende volledige upgrade na 32 nm. Pas halverwege de jaren 2010 konden de concurrenten van Intel hun achterstand inhalen, maar tegen die tijd was de industrie aanzienlijk veranderd.

De grafiek hierboven illustreert het aantal bedrijven door de jaren heen dat in een bepaald jaar en een bepaalde generatie toonaangevende knooppunten heeft kunnen maken. Dit aantal daalde al jaren, maar leek eind jaren 2000 tot begin 2010 te stabiliseren. Toen bedrijven zich begonnen te realiseren hoe moeilijk het zou zijn om verder te komen dan 32 nm, gooiden ze de handdoek in de ring. Veertien geavanceerde fabrieken bereikten het 45nm-knooppunt, maar slechts zes daarvan bereikten 16nm. Tegenwoordig zijn slechts drie van deze fabrikanten nog steeds toonaangevend: Intel, Samsung en TSMC. Velen verwachten echter dat Samsung of Intel zich uiteindelijk bij de gesneuvelden zullen voegen.

Zelfs bedrijven die deze nieuwe knooppunten kunnen ontwikkelen, kunnen de generatie-op-generatiewinst van oudere knooppunten niet evenaren. Het wordt steeds moeilijker om chips dichter te maken; Het 3nm-knooppunt van TSMC slaagde er feitelijk niet in de cache te verkleinen, wat rampzalig is. En terwijl de dichtheidswinst elke generatie afneemt, wordt de productie duurder, waardoor de De kosten per transistor stagneren sinds 32 nm, wat het moeilijker maakt om processors tegen lagere prijzen te verkopen prijzen. Ook de prestatie- en efficiëntieverbeteringen zijn niet meer zo goed als vroeger.

Dit alles samen betekent voor mensen de dood van de wet van Moore. Het gaat niet alleen om het niet elke twee jaar verdubbelen van transistors; het gaat over stijgende prijzen, het tegenkomen van prestatiebarrières en het niet meer zo gemakkelijk kunnen verhogen van de efficiëntie als voorheen. Dit is een existentieel probleem voor de hele computerindustrie.

Hoe bedrijven voldoen aan de verwachtingen van de wet van Moore, zelfs nu deze op sterven ligt

Hoewel de teloorgang van de wet van Moore onmiskenbaar een groeiend probleem is, brengt elk jaar innovatie van belangrijke spelers met zich mee. waarvan er vele manieren vinden om productieproblemen die de industrie al jaren teisteren, volledig te omzeilen. Terwijl de wet van Moore over transistoren spreekt, kan de geest van de wet van Moore levend worden gehouden door alleen maar aan de traditionele normen te voldoen prestatieverbeteringen van generatie op generatie, en de industrie beschikt over een groot aantal tools die nog niet eens bestonden een decennium geleden.

De chiplettechnologie van AMD en Intel (die Intel tegels noemt) heeft niet alleen bewezen te voldoen aan de prestatieverwachtingen van de wet van Moore, maar zelfs aan de verwachtingen van transistoren. Hoewel het waar is dat een enkele chip maar zo groot kan zijn, zou je theoretisch heel veel chips aan een enkele processor kunnen toevoegen. Een chiplet is in wezen een kleine chip die samen met andere chiplets een complete processor vormt. Dankzij de adoptie van chiplets door AMD in 2019 kon het bedrijf het aantal cores dat het in desktops en servers aanbood, verdubbelen.

Bovendien kunnen chiplets gespecialiseerd zijn, en dit is waar de technologie echt schittert in het licht van de stervende wet van Moore. Omdat de cache niet echt kleiner wordt op nieuwere knooppunten, waarom zouden we dan niet alle cache op chiplets plaatsen met behulp van oudere, goedkopere knooppunten en de processorkernen op chiplets met het nieuwste knooppunt? Dat is wat AMD met zijn producten heeft gedaan 3D V-cache en de geheugencache sterft (of MCD's) in geavanceerde RX 7000 GPU's zoals de RX 7900 XTX. Sommige van de beste CPU's En beste GPU's van AMD zou niet mogelijk zijn zonder chiplets.

Nvidia daarentegen trots heeft verkondigd de dood van de wet van Moore en heeft alles op AI ingezet. Door de werklast te versnellen via AI-compatibele Tensor-kernen kunnen de prestaties gemakkelijk verdubbelen of meer, dus Nvidia heeft helemaal geen chiplets aangeraakt. AI is echter zeker een software-intensievere oplossing. DLSS, Nvidia's AI-aangedreven technologie voor het opschalen van resoluties, vereist inspanning van zowel game-ontwikkelaars als Nvidia om deze in games te implementeren, en DLSS is ook niet perfect.

De enige andere optie naast deze twee is om simpelweg de architectuur van processors te verbeteren en meer prestaties uit hetzelfde aantal transistors te halen. Dit pad is historisch gezien erg moeilijk geweest voor bedrijven om te bewandelen, terwijl nieuwe generaties dat ook deden processors zorgen voor architectonische verbeteringen, de prestatieverbetering bedraagt ​​doorgaans slechts één cijfer percentages. Hoe dan ook, het kan voor chipontwerpers nodig zijn om zich vanaf nu meer te concentreren op architecturale upgrades, omdat dit niet slechts een fase is.