Падение закона Мура открывает дорогу новому дизайну чипов

Согласно давним наблюдениям, которые были систематизированы соучредителем компании Intel Гордоном Муром, число транзисторов в интегральных микросхемах будет удваиваться каждые два года. Сегодня закон Мура начинает давать сбой и один известный инженер пришел к выводу, что пришло время пересмотреть дизайн микросхем, чтобы продолжить наращивание вычислительной производительности.

Вместо того, чтобы фокусировать внимание на дальнейшем уменьшении размеров чипов и наращивании частот процессора, инженерам стоит обратить внимание на другие параметры или даже, возможно, полностью пересмотреть микропроцессорную архитектуру, чтобы гарантировать дальнейший прирост скорости чипов и их дешевизну в производстве. Такую идею сегодня озвучил Роберт Колвелл, директор департамента технологий микросистем DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) на конференции Hot Chips в Станфорде, Калифорния.

Колвелл отрицает возможность дальнейшего действия закона Мура и предлагает инженерам всерьез пересмотреть дизайн и экономические основы производства чипов.

«Я считаю, что 2020 год станет концом эпохи действия закона Мура. Осталось всего семь лет», говорит Колвелл. «Я думаю, все закончится на 7 нанометрах. Возможно, в 2022 году даже появится технология на 1 нанометр, но она будет неработоспособна… Я считаю, что уже законы физики будут против этого».

Чипы сегодня имеют миллиарды транзисторов и их способность к росту рабочей частоты и производительности находятся на пределе, и после того как кремниевая технология остановится, на прочих трюках и уловках большого прогресса не добиться. Следовательно, проектировщики и схемотехники должны начинать уже сейчас думать о новом дизайне чипов, который сможет заменить действие закона Мура.

Одним из подходов, достойных рассмотрения, может стать разделение наборов инструкций для архитектуры, микроархитектуры, электронных схем, функциональных блоков и прочих частей, ныне интегрированных в чип, и их настройка под определенные приложения.

«Я думаю, что окончание действия закона Мура откроет двери для разработки электронных чипов специального назначения», - продолжает Колвелл. Сегодня его компания DARPA занимается исследованиями в области квантовых и распределенных вычислений, нанотехнологий.

Исследователи в университетах и лабораториях производителей чипов в данный момент занимаются поиском новых материалов, способных заменить кремний, а также разработкой новых производственных технологий. Колвелл говорит, что новые технологии еще далеки от практического применения и сегодня производителям приходится полагаться на технологии типа CMOS, которые пока не имеют достойной замены.

«CMOS действительно является хорошей разработкой», продолжая тему, говорит Колвелл. «Сегодня есть только две или три альтернативные технологии, но им пока тяжело заменить CMOS».

Среди способов дальнейшего наращивания производительности можно отметить не только использование новых материалов, но и фотонику, оптику и трехмерное проектирование чипов, которое предполагает объемное расположение транзисторов.

Колвел также высказал мнение о своей бывшей компании Intel, где он в свое время был главным архитектором всех чипов Pentium: «Intel сегодня ведет себя ужасно. Они не смотрят себе под ноги и твердят «пять лет назад правила были другими, и сегодня нам нужно что-то менять, поэтому достанем несколько наших секретов из сейфа». В этой стратегии что-то есть, но этого явно недостаточно».