Домой Статьи и аналитика Технологии Больше Мура, больше чем Мур и после Мура: как ИТ-индустрия пытается обмануть...

Больше Мура, больше чем Мур и после Мура: как ИТ-индустрия пытается обмануть физику

Разбираемся, почему индустрия продолжает «гальванизировать» 60-летнее правило и как новые методы упаковки чипов помогают удерживать темп прогресса.

В этом году один из важнейших постулатов ИТ-отрасли — «закон Мура» — официально перешагнул 60-летний рубеж. Сформулированный Гордоном Муром, будущим сооснователем Intel, в 1965 году, этот принцип изначально предполагал удвоение количества транзисторов на интегральной схеме ежегодно. Спустя десятилетие прогноз скорректировали до двух лет, а в начале 2000-х акцент сместился с простого роста плотности компонентов на повышение производительности самих чипов, темп удвоения которой составил около 18 месяцев. В 2015 году, выступая на полувековом юбилее своего детища, Мур предупредил: закон не будет соблюдаться вечно, но инженерная смекалка позволит «растянуть» его действие еще на 5–10 лет.

График Гордона Мура с четырьмя экспериментальными точками
Первоначальное предсказание Гордона Мура в 1965 году Источник: 3dnews.ru

Гордон Мур в своей оригинальной работе провёл недрогнувшей рукой прямую через четыре экспериментальные точки, продолжив её на десять лет вперёд, — и это так понравилось решительно всем в ИТ-отрасли, что превращённый в самосбывающееся пророчество «закон Мура» жив до сих пор.

Сегодня, в 2026 году, срок «годности» этого правила формально истек. Однако индустрия продолжает упорно его гальванизировать, развивая три ключевых направления: More Moore (линейное совершенствование КМОП-технологий), More than Moore (вертикальная интеграция разнородных чиплетов) и Beyond Moore (отказ от традиционных полупроводников в пользу фотоники и нейроморфных вычислений). Зачем тратить колоссальные средства на поддержание этой «линии прогресса», когда отрасль и так испытывает дефицит из-за бума ИИ?

⇡#Капитал правит бал

Экономический базис закона Мура прост: себестоимость чипа обратно пропорциональна количеству транзисторов на нем. Удвоение мощности при неизменных затратах на производство позволяло клиентам быстро окупать новые решения, а производителям — планировать бизнес на годы вперед. Бывший глава Intel Брайан Кржанич называл закон Мура «метрономом» Кремниевой долины: следование этому ритму гарантировало успех, тогда как отставание означало крах.

Дорожная карта интеграции подходов More Moore и More than Moore
Развитие направлений микроэлектроники согласно ITRS Источник: 3dnews.ru

«Дорожная карта» интеграции подходов More Moore и More than Moore была намечена ещё в 2011 году, — и даже намёк на Beyond Moore (облачко с надписью, указывающей на развитие отличных от КМОП технологий) здесь уже присутствует.

Однако со временем прогресс столкнулся с «законом Гейтса» (или законом Вирта). Программисты стали меньше уделять внимания оптимизации кода, полагаясь на то, что «железо» со временем само станет быстрее. Билл Гейтс и его современники фактически нивелировали рост аппаратной мощи запуском все более тяжелого и требовательного ПО. В итоге сложилась ситуация: «Что Гроув даёт (за счет совершенствования процессоров), то Гейтс забирает (за счет неоптимизированного кода)». Без этой предсказуемой гонки за мощностями современный бум нейросетей был бы невозможен.

Современная литографическая установка Intel для техпроцесса 18A
Производственное оборудование для высокоточной литографии Источник: 3dnews.ru

Эпичных габаритов и не менее эпичной стоимости установка для литографирования микросхем по техпроцессу «Intel 18A» — живое воплощение подхода More Moore: кисонька пусть и сопротивляется, но ещё капельку прогресса под экстенсивным инженерным выкручиванием из себя выдавит.

⇡#Мельче, ещё мельче!

Когда физические размеры транзисторов начали приближаться к пределу в 25 нм, отрасль переключилась на стратегию, описанную в дорожной карте IEEE (IRDS). Путь More Moore остается наиболее экономически оправданным, так как опирается на отработанную фотолитографию.

Современные техпроцессы (Intel 18A, 2-нм нормы TSMC) используют переход от FinFET к архитектуре RibbonFET (Gate-All-Around), где затвор охватывает канал со всех сторон, минимизируя утечки. Другие инновации, такие как PowerVia (подача питания с обратной стороны кристалла), позволяют наращивать плотность транзисторов, избегая паразитных наводок. В перспективе нас ждет внедрение CFET — вертикального размещения n- и p-канальных транзисторов.

Гордон Мур на выступлении в Сан-Франциско в 2015 году
Гордон Мур обсуждает будущее фундаментальной науки Источник: 3dnews.ru

Во время выступления в Сан-Франциско в 2015-м Гордон Мур предупреждал об угрозе отставания американской научной школы, десятилетиями почивавшей на бесспорных лидерских лаврах: «Наши позиции в мире в области фундаментальной науки сильно ухудшились, — сказал он. — Другие страны тратят на фундаментальные исследования больше, чем мы, а наши разработки теряют базу».

Схема технологического цикла изготовления монолитных CFET
Вертикальная компоновка n- и p-транзисторов в структуре CFET Источник: 3dnews.ru

Технологический цикл изготовления монолитных CFET.

⇡#За пределами изведанного

Подход More than Moore подразумевает переход от монолитных процессоров к чиплетам. Деконструкция чипа на отдельные функциональные модули (ЦП, ГП, тензорные блоки) позволяет собирать вычислительные системы из компонентов, изготовленных по разным нормам. Это значительно снижает себестоимость и позволяет стандартизировать межсоединения (например, Intel Foveros или TSMC CoWoS). Чиплеты идеально подходят для киберфизических систем — датчиков интернета вещей и edge-вычислений, где требуется интеграция аналоговых и цифровых компонентов.

Развитие многокристальных технологий за десятилетия
От простых модулей к гетерогенной интеграции чиплетов Источник: 3dnews.ru

Эволюция многокристальных (multi-die) технологий за последние десятилетия: от безыскусных модулей с несколькими распаянными на них чипами к гетерогенной интеграции разнородных (полупроводниковых и на базе фотоники) схем.

Наконец, парадигма Beyond Moore нацелена на прорыв фундаментальных ограничений. Фотоника, спинтроника, квантовые вычисления и нейроморфные архитектуры — это способы создания систем, которые перестают зависеть от классической фон-неймановской модели. Хотя практическая реализация таких систем — вопрос будущего, именно здесь заложен потенциал для качественного скачка производительности.

Технологическая эволюция памяти PCM
Развитие PCM как перспективной технологии хранения Источник: 3dnews.ru

Технологическая эволюция памяти с изменением фазового состояния вещества (PCM), одного из многообещающих направлений развития «после Мура», в областях: (а) собственно применяемого для создания PCM-ячеек вещества, (b) структурной организации устройств, © коммерческих продуктов и приложений.

Индустрия осознает: эпоха «закона Мура» как простой геометрической прогрессии завершена, но сам «метроном» продолжает задавать темп. Без этой дорожной карты инвестиции в новые технологии стали бы слишком рискованными, поэтому инженеры и бизнесмены делают все, чтобы сохранить предсказуемость развития на десятилетия вперед.

Источник: https://3dnews.ru