Moorov zakon je uradno mrtev in to lahko vidimo iz prve roke z nedavno objavo TSMC,
V decembru, Wikichip je poročal da 3nm proces TSMC ni pokazal praktično nobenega izboljšanja gostote v primerjavi s prejšnjim 5nm vozliščem podjetja glede na gostoto SRAM. Publikacija je postavila eno preprosto vprašanje: Ali smo bili pravkar priča smrti SRAM-a? Vsaj po mnenju Wikichipa je "zgodovinsko skaliranje uradno mrtvo."
Ta zamisel ima velike posledice za celotno tehnološko industrijo, njeni učinki pa se bodo v osebnih računalnikih in drugih napravah poznali še leta. Toda morda se sprašujete, kaj vse to pomeni in ali bi vas moralo skrbeti. Da bi razumeli, kako bo "smrt SRAM" vplivala na osebne računalnike in kako se bodo s tem soočili oblikovalci čipov, moramo govoriti o vozliščih, Moorovem zakonu in predpomnilniku.
Moorov zakon je umiral postopoma, zdaj pa nenadoma
Moorov zakon je merilo uspeha industrije polprevodnikov in pravi, da bi morali imeti novejši čipi dvakrat več tranzistorjev kot čipi izpred dveh let. Intel, AMD in drugi oblikovalci čipov se želijo prepričati, da držijo korak z Moorovim zakonom, in če temu ne uspejo slediti, pomeni izgubo tehnološke prednosti pred konkurenti.
Ker so procesorji lahko le tako veliki, je edini zanesljiv način za povečanje števila tranzistorjev ta, da jih skrčimo in zapakiramo skupaj bolj gosto. Vozlišče ali proces je način, kako proizvajalec polprevodnikov (imenovan tudi tovarne in livarne) naredi čip; vozlišče je običajno definirano z velikostjo tranzistorja, tako da manjše je bolje. Nadgradnja na najnovejši proizvodni proces je bila vedno zanesljiv način za povečanje števila tranzistorjev in zmogljivosti in že desetletja je industrija lahko izpolnila vsa pričakovanja.
Na žalost Moorov zakon umira že leta, od leta 2010, ko je industrija dosegla mejo 32 nm. Ko je hotel iti dlje, je trčil v zid. Skoraj vsaka tovarna od TSMC do Samsunga do GlobalFoundries se je trudila razviti kaj manjšega od 32 nm. Sčasoma so se razvile nove tehnologije, ki so znova omogočile napredek, vendar se tranzistorji ne manjšajo več na enak način kot nekoč. Ime vozlišča ne odraža več, kako majhen je tranzistor, in novi procesi ne prinašajo več povečanja gostote, kot so ga prej.
Industrija je naletela na zid, ko je leta 2010 poskušala preseči mejo 32 n.
Kaj je torej s 3nm vozliščem TSMC? No, obstajata dve glavni vrsti tranzistorjev, ki sta v tipičnem procesorju: tisti za logiko in tisti za SRAM ali predpomnilnik. Logiko je bilo nekaj časa lažje skrčiti kot predpomnilnik (predpomnilnik je že zelo gost), vendar smo prvič videli, da ga livarna, kot je TSMC, sploh ne uspe skrčiti v novem vozlišču. Na neki točki se pričakuje različica 3nm z znatno večjo gostoto predpomnilnika, vendar TSMC zagotovo dosegel prelomno točko, kjer je skaliranje zelo majhno, in druge tovarne lahko naletijo na isto problem.
Toda težava ni samo v tem, da ne morete povečati količine predpomnilnika, ne da bi porabili več prostora. Procesorji so lahko samo tako veliki in ves prostor, ki ga zavzame predpomnilnik, je prostor, ki ga ni mogoče uporabiti za logiko ali tranzistorje, ki vodijo do neposrednega povečanja zmogljivosti. Hkrati procesorji z več jedri in drugimi funkcijami potrebujejo več predpomnilnika, da se izognejo ozkim grlom, povezanim s pomnilnikom. Čeprav se gostota logike še naprej povečuje z vsakim novim vozliščem, morda ne bo dovolj za nadomestitev pomanjkanja skaliranja SRAM. To bi lahko bil smrtni udarec za Moorov zakon.
Kako lahko industrija reši problem SRAM
Visokozmogljivi procesorji morajo izpolniti tri cilje: velikost je omejena, potreben je predpomnilnik in nova vozlišča ne bodo več zmanjšala velikosti predpomnilnika, če sploh. Medtem ko je mogoče povečati zmogljivost z arhitekturnimi izboljšavami in višjimi takti, dodajanjem Več tranzistorjev je bilo vedno najlažji in najbolj dosleden način za doseganje generacijskega povečanja hitrosti. Da bi premagali ta izziv, je treba spremeniti enega od teh temeljev.
Kot se je izkazalo, že obstaja popolnoma delujoča rešitev za problem SRAM: čipleti. To je tehnologija, ki jo AMD uporablja od leta 2019 za svoje namizne in strežniške procesorje. Zasnova čipleta uporablja več kosov silicija (ali matric), vsaka matrica pa ima eno ali le nekaj funkcij; nekateri imajo na primer samo jedra. To je v nasprotju z monolitnim dizajnom, kjer je vse v eni sami matrici.
Čipleti rešijo težavo z velikostjo in so ključni dejavnik, zakaj je AMD uspel slediti Moorovemu zakonu. Ne pozabite, Moorov zakon ne zadeva gostota, ampak število tranzistorjev. S tehnologijo čipletov je AMD lahko ustvaril procesorje s skupno površino matrice več kot 1000 mm2; izdelava tega procesorja v samo eni matrici je verjetno nemogoča.
Najpomembnejša stvar, ki jo je AMD naredil za ublažitev težave s predpomnilnikom, je, da je predpomnilnik postavil na lastno matrico. V-Cache v Ryzen 7 5800X3D in pomnilniški čipleti v Serija RX 7000 so primer čipletov predpomnilnika v akciji. Verjetno je AMD opazil napis na steni, saj je predpomnilnik že leta težko skrčiti in zdaj, ko je predpomnilnik mogoče ločiti od vsega drugega, ostane več prostora za večje čiplete z več jedra. Glavna matrica RX 7900 XTX ima le okoli 300 mm2, kar pomeni, da ima AMD dovolj prostora, da izdela večjo matrico, če želi.
Čipleti pa niso edini način. Nedavno izvršni direktor Nvidie razglasil smrt Moorovega zakona. Podjetje se samo zanaša na svojo tehnologijo umetne inteligence, da doseže večjo zmogljivost, ne da bi se bilo treba odmakniti od monolitnega dizajna. Njegova najnovejša arhitektura Ada je teoretično mnogokrat hitrejša od Ampere prejšnje generacije zahvaljujoč funkcijam, kot je DLSS 3. Vendar pa bomo v prihodnjih letih videli, ali je treba Moorov zakon ohraniti pri življenju ali ali lahko nove tehnologije odražajo prednosti dodajanja več tranzistorjev, ne da bi jih dejansko morali dodati.