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Moores Gesetz ist eines dieser Wunder des modernen Lebens, die wir alle für selbstverständlich halten, wie Lebensmittelgeschäfte und Zahnmedizin mit Anästhesie.
Computerprozessoren sind seit 50 Jahren Verdoppelung ihrer Leistung Was ist Moores Gesetz und was hat es mit dir zu tun? [MakeUseOf erklärt]Pech hat nichts mit Moores Gesetz zu tun. Wenn das die Assoziation ist, die Sie hatten, verwechseln Sie sie mit Murphys Gesetz. Sie waren jedoch nicht weit weg, weil Moores Gesetz und Murphys Gesetz ... Weiterlesen pro Dollar pro Quadratzentimeter alle 1-2 Jahre. Dieser exponentielle Trend hat uns von den 500 Flops des ENIAC (Gleitkommaoperationen pro Sekunde) auf rund 54 Petaflops für den derzeit leistungsstärksten Supercomputer, den Tianhe-2. Das ist eine zehn Billionenfache Verbesserung in weniger als einem Jahrhundert. Das ist nach jedermanns Meinung unglaublich.
Diese Errungenschaft ist so lange so zuverlässig verlaufen, dass sie zu einer alltäglichen Wahrheit über Computer geworden ist.
Wir sehen es als selbstverständlich an.
Deshalb ist es so beängstigend, dass in naher Zukunft alles zum Stillstand kommen könnte. Eine Reihe grundlegender physikalischer Grenzen laufen zusammen, um das Fortschreiten traditioneller Silizium-Computerchips zu stoppen. Während es gibt theoretische Computertechnologie Die neueste Computertechnologie, die Sie sehen müssen, um zu glaubenSchauen Sie sich einige der neuesten Computertechnologien an, die die Welt der Elektronik und PCs in den nächsten Jahren verändern werden. Weiterlesen Dies könnte einige dieser Probleme lösen. Es bleibt jedoch die Tatsache, dass sich die Fortschritte derzeit verlangsamen. Die Tage der exponentiellen Verbesserung der Computer könnten zu Ende gehen.
Aber noch nicht ganz.
Ein neuer Durchbruch von IBM zeigt, dass Moores Gesetz immer noch Beine hat. Eine vom Unternehmen geleitete Forschungsgruppe hat einen Prototyp für einen Prozessor mit nur 7 Nanometer breiten Transistorkomponenten gezeigt. Dies ist halb so groß (und vervierfacht die Leistung) der aktuellen 14-Nanometer-Technologie, was den Niedergang des Moore'schen Gesetzes auf mindestens 2018 hinausschiebt.
Wie wurde dieser Durchbruch erreicht? Und wann können Sie erwarten, diese Technologie in realen Geräten zu sehen?
Alte Atome, neue Tricks
Der neue Prototyp ist kein Produktionschip, sondern wurde mit kommerziell skalierbaren Techniken hergestellt das könnte in den nächsten Jahren auf den Markt kommen (Gerüchten zufolge möchte IBM, dass der Chip Premiere hat 2017-2018. Der Prototyp ist das Produkt von IBM / SUNY, einem IMB-Forschungslabor, das mit der State University of New York zusammengearbeitet hat. Eine Reihe von Unternehmen und Forschungsgruppen haben an dem Projekt mitgearbeitet, darunter SAMSUNG und Global Foundries, ein Unternehmen, das IBM ist rund 1,3 Milliarden Dollar zahlen seinen unrentablen Flügel für die Chipherstellung zu übernehmen.
Grundsätzlich hat IBMs Forschungsgruppe gemacht zwei wesentliche Verbesserungen das machte es möglich: ein besseres Material zu entwickeln und einen besseren Ätzprozess zu entwickeln. Jedes davon überwindet ein großes Hindernis für die Entwicklung dichterer Prozessoren. Schauen wir uns diese nacheinander an.
Besseres Material
Eine der Barrieren für kleinere Transistoren ist einfach die schrumpfende Anzahl von Atomen. Ein 7-nm-Transistor hat Komponenten mit einem Durchmesser von nur etwa 35 Siliziumatomen. Damit Strom fließen kann, müssen Elektronen physikalisch vom Orbital eines Atoms zum Orbital eines anderen springen. In einem Wafer aus reinem Silizium, wie er traditionell verwendet wird, ist es schwierig oder unmöglich, ausreichend Strom zu erhalten, um durch eine so kleine Anzahl von Atomen zu fließen.
Um dieses Problem zu lösen, musste IBM auf reines Silizium verzichten, um eine Legierung aus Silizium und Germanium zu verwenden. Dies hat einen entscheidenden Vorteil: es erhöht die sogenannte „Elektronenmotilität“ - die Fähigkeit von Elektronen, durch das Material zu fließen. Silizium beginnt im 10-Nanometer-Bereich schlecht zu funktionieren, was einer der Gründe dafür ist, dass die Bemühungen zur Entwicklung von 10-nm-Prozessoren ins Stocken geraten sind. Die Zugabe von Germanium überspringt diese Barriere.
Feinere Radierung
Es stellt sich auch die Frage, wie Sie tatsächlich so kleine Objekte formen. Der Weg Computerprozessoren Was ist eine CPU und was macht sie?Das Berechnen von Akronymen ist verwirrend. Was ist überhaupt eine CPU? Und brauche ich einen Quad- oder Dual-Core-Prozessor? Wie wäre es mit AMD oder Intel? Wir sind hier, um den Unterschied zu erklären! Weiterlesen Bei der Herstellung werden extrem leistungsstarke Laser sowie verschiedene Optiken und Schablonen verwendet, um winzige Merkmale herauszuarbeiten. Die Einschränkung ist hier die Wellenlänge des Lichts, die eine Grenze für die Feinätzung von Merkmalen auferlegt.
Die Chipherstellung hat sich lange Zeit mit einem Argonfluoridlaser mit einer Wellenlänge von 193 Nanometern stabilisiert. Möglicherweise stellen Sie fest, dass dies etwas größer ist als die 14-Nanometer-Merkmale, mit denen wir geätzt haben. Glücklicherweise ist die Wellenlänge keine feste Grenze für die Auflösung. Es ist möglich, Interferenzen und andere Tricks zu verwenden, um mehr Präzision zu erzielen. Den Chipherstellern gehen jedoch die cleveren Ideen aus, und jetzt ist eine große Änderung erforderlich.
IBM hat diese Idee aufgegriffen und eine EUV-Lichtquelle (Extreme Ultra Violet) mit einer Wellenlänge von nur 13,5 Nanometern verwendet. Dies sollte mit ähnlichen Tricks wie bei Argonfluorid eine Ätzauflösung von nur ein paar Nanometern mit mehr Entwicklung ergeben.
Leider muss auch das meiste, was wir über die Chipherstellung wissen, sowie das meiste davon weggeworfen werden Die dafür entwickelte technologische Infrastruktur war einer der Gründe, warum es so lange gedauert hat, bis die Technologie eingeführt wurde besitzen.
Diese Technologie öffnet die Tür, um die Entwicklung des Moore'schen Gesetzes bis zur Quantengrenze fortzusetzen - dem Punkt, an dem die Die Quantenunsicherheit um die Position eines Elektrons ist größer als der Transistor selbst, wodurch sich die Prozessorelemente zufällig verhalten. Von dort, wirklich neue Technologie Quantencomputer: Das Ende der Kryptographie?Quantencomputer als Idee gibt es schon seit einiger Zeit - die theoretische Möglichkeit wurde ursprünglich 1982 eingeführt. In den letzten Jahren hat sich das Gebiet der Praktikabilität angenähert. Weiterlesen wird erforderlich sein, um das Computing weiter voranzutreiben.
Die nächsten fünf Jahre der Chipherstellung
Intel kämpft immer noch darum, einen funktionsfähigen 10-nm-Prozessor zu produzieren. Es ist nicht ausgeschlossen, dass die IBM-Koalition sie schlagen kann. In diesem Fall deutet dies darauf hin, dass sich das Kräfteverhältnis in der Halbleiterindustrie endgültig von Intel entfernt hat.
Die Zukunft von Moores Gesetz ist ungewiss. Wie auch immer die Geschichte endet, sie wird turbulent sein. Königreiche werden gewonnen und verloren. Es wird interessant sein zu sehen, wer oben landet, wenn sich der Staub gelegt hat. Und kurzfristig ist es schön zu wissen, dass der unaufhaltsame Marsch des menschlichen Fortschritts erst in einigen Jahren nachlassen wird.
Freust du dich auf schnellere Chips? Besorgt über das Ende von Moores Gesetz? Lass es uns in den Kommentaren wissen!
Bildnachweis: Computer-Mikrochip über Shutterstock, "Silicon Croda", "Argon-Ionen-Laser" "Logo Intel" von Wikimedia
Andre ist ein im Südwesten ansässiger Schriftsteller und Journalist, der garantiert bis zu 50 Grad Celsius funktionsfähig bleibt und bis zu einer Tiefe von zwölf Fuß wasserdicht ist.
