Az Intel egyik alapítójának szavai évtizedekre meghatározták a szilícium-alapú lapkák gyártástechnológiai trendvonalát. Gordon Moore szerint a chipgyártásban kétévente elérhető a tranzisztorok számának kétszerezése azonos területen, amely nem mellesleg az iparág számára kellő és kedvező fejlődési ívet képes megteremteni; elég, ha csak a számítási kapacitással szemben támasztott igényeket tekintjük. Ez a törvény azonban egy ideje kifulladni látszik, ami nemcsak szép csendben, a technológiai változásoknak köszönhetően történik, hanem az iparági szereplők egyöntetűen azt állítják, hogy ennek a "korszaknak" leáldozott. Számos oka van annak, hogy nem fenntartható a kétévente kétszereződő tranzisztor-menetrend.
Nem ez az első eset, hogy nagyvállalatok a saját érdekeik alapján állítanak valamit, ami már nem egyezik egy korábbi eszmével. Azonban, ha picit szánsz időt arra, hogy benézz a színfalak mögé, akkor tisztán láthatod, hogy a Moore-törvény elavulása még azelőtt megtörtént, hogy erre ráeszméltünk volna.
Fejjel a gyártástechnológiai falnak
A COVID-időszak alatt emlegetett chiphiány, mint jelenség vélhetően sok olyan felhasználóhoz is eljutott, akik nemhogy nem tudják, miként működik egy számítógép, de nem is nagyon érdekli őket. A járvány, később pedig a háború okozta piaci sokk miatt azonban mindenki számára világossá vált, hogy ezek az olykor körömnyi méretű lapkák elképesztő módon hatnak a mindennapi életünkre, és ha ezekből nincs elég, nem elérhetők (értsd: megszakad a gyártási és logisztikai lánc), akkor akár másnap felfordulhat a fél világ.
Így talán még nem érzékelhetted korábban a chipekkel kapcsolatos gyárthatósági akadályok hatását, az iparági szereplők azonban évtizedes időtávot tekintve jó ideje szenvednek azzal, hogy merre tud ez az egész szilícium-alapú világ előrehaladni. A Moore-törvény érvényességével kapcsolatosan sokan megkérdezhetik, hogy mi ezzel a baj? Egyszerű a képlet, az épp AI-forradalom küszöbén álló IT-világ csak képes arra, hogy kétévente kétszer annyi tranzisztort sűrítsen egységnyi lapkába, nem?
Nos, hogy mennyire nem könnyű megfelelni ennek a tételnek, az már a 90 nm-es csíkszélesség elérésnél látszott. Az ún. Dennard-skálázás alapjai dőltek romba egy csapásra, és nem várt mértékű problémák merültek fel az egyre összetettebb lapkák tömeggyártása során. A tranzisztorok méretcsökkenése mellett a teljesítménysűrűség állandó, vagyis az energiafelhasználás a mérettel arányosan javul (más szóval, csökken), mely tézis a Moore-törvénnyel együttesen a teljesítmény/energiafogyasztásra nézve kétszeres javulást ígért rövidebb, másfél éves időtávon belül. Azonban az ún. szivárgó áram nem várt megnövekedése az üzemfrekvenciáknak is megálljt parancsolt, ezen tünetek együttese pedig egy egészen új lecke volt a mérnökök számára. Nem véletlen, hogy 65 nm-től kezdve az Intel például teljesen új architektúrára állt át, és a gyártó "tick-tock" stratégiája is ekkortól vált igazán látványossá. A microarchitektúra- vagy generációváltást mindig egy ún. "die shrink" fázis követte, ami a már bevezetett és készre tervezett CPU-lapka kisebb csíkszélességre történő átültetése.
Hogy ez mennyire nem egyszerű, azt jól mutatja, hogy míg a 65 nm-es gyártástechnológiára 14 vállalat építette ki a saját gyártósorait, addig 6 évvel később, a 22 nm bevezetésére már csak ennek fele állt készen. És hogy ennek az iparági változásnak mennyire nem volt vége akkor, jól jelzi a 2010-es évek vége és napjaink helyzete, összesen 3 vállalat képes 10 nm csíkszélességen vagy az alatt tömeggyártásra.
A törvény él, csak másképp
Lehet azt mondani, hogy az Nvidia vezérigazgatójának, Jensen Huangnak igaza van, és a Moore-törvény egyszerűen halott. Egy ideje nem teljesül a tranzisztorok számának kétszerezése, és egyre inkább azt látni, hogy jelenleg a gyártástechnológia maga, azon belül is az elérhető nyersanyagok és a szimpla fizika teszi próbára az egész iparágat. TSMC, Samsung és Intel - a három legfejlettebb chipgyártónak egészen új fizikai, áramköri és fotolitográfiai megoldásokat kell kidolgozniuk, hogy áttörhessék a korlátokat.
A gyártósorok mögötti óriásvállalatok minden bizonnyal látnak valamennyire előre, de jelzésértékű, hogy a 3 nm-es csíkszélességen még a világ chipgyártásának jelentős hányadát produkáló TSMC is fennakadt, és épp az egyre nagyobb jelentőségű gyorsítótárszeleteket nem képes hibamentesen gyártani. Nem meglepő tehát, hogy kreativitásra van szükség a tervezőasztalokon, és pl. az AMD és az Intel a processzorok jövőjét különböző gyártástechnológiákon készült lapkák integrációjában látja ("tile" vagy "chiplet" darabkák együtt), és a kifejezetten MI-számításokra kihegyezett óriás méretű számolóegységek már csak így képesek megteremteni az elvárt számítási kapacitást még éppen elfogadható energiafelhasználás mellett.
A mérnöki kreativitáshoz tartoznak a videokártyák egyelőre vegyes fogadtatású "forradalmát" elhozó képfelskálázási technológiák is, amik nélkül bizony a közelében sem lennénk a korábbi teljesítmény/energiafelhasználás arányoknak. Az MI-alapú algoritmusok és technológiák kétségkívül végfelhasználói oldalon is előnyösek, de valójában pont a gyártóknak ad némi időt és teret, illetve talán egy új utat, amin a régi akadályok már fel sem merülnek, az újak leküzdésére pedig kicsit több idő áll rendelkezésre. Ahol pedig van lehetőség és eszköztár, arra mozdul a teljes chipgyártás. A nyersanyaghiánnyal és a 200-300 mm nagyságú szilícium-ostyák költségnövekedésével viszont még bőven lesz teendő, és várhatóan a tajvani TSMC túlsúlya sem marad örökre semleges téma.
