¿Qué sucederá cuando la mejora del proceso de fabricación de semiconductores ya no pueda reducir el tamaño de la característica según la Ley de Moore?

La Asociación de la Industria de Semiconductores lanzó recientemente el informe ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductor) y aquí hay algunos pronósticos que pueden estar relacionados con las tendencias actuales de la industria.

  1. La ley de Moore está muerta: viva la ley de Moore . Establece que la reducción del transistor se detendrá en otros 5 años (para 2021), pero la densidad del transistor continuará aumentando. (Entonces, en su definición original, está muerto, ¡pero continuará!)
    1. A la mayoría de las compañías no les resulta tan económico moverse agresivamente a los últimos nodos como 10 / 7nm incluso ahora debido al costo involucrado.
    2. Más allá de 10 nm (o puede ser de 7 nm), las opciones alternativas como el apilamiento 3D serán más prominentes para aumentar la densidad de los transistores. Ya existe esta tecnología implementada en memorias flash como Intel 3D-Xpoint donde las celdas de memoria se apilan verticalmente.
    3. Esto es como construir rascacielos utilizando la dimensión vertical en ciudades muy concurridas como Hong Kong, Manhattan y Tokio.
  2. Otra tendencia que se pronostica (y que ya se está viendo en la industria) es un cambio del diseño de sistema de abajo hacia arriba (como diseñar CPU cada vez más rápidas y luego una PC diseñada para el mismo) a un diseño de sistema de arriba hacia abajo donde las aplicaciones determinan los diseños subyacentes.
    1. Los impulsores clave del mercado como Mobile, Data center e IoT definirán los requisitos del sistema y eso se reducirá a las especificaciones de nivel de dispositivo
    2. Más que la ley de Moore: se pronostican las siguientes tendencias en futuros diseños y sistemas
      1. cambios en la arquitectura y la microarquitectura, como cada vez más procesadores multinúcleo para centros de datos y computación paralela
      2. Los requisitos de energía más bajos para más y más dispositivos conectados para IoT impulsarán las especificaciones de nivel de dispositivo
      3. Integración heterogénea de más de IP de silicio, como MEMS (sistemas microelectromecánicos) y RF en un chip (compatible con tendencias en empaques como SIP (sistema en paquete))

Para más detalles de bajo nivel, puede leer el informe aquí.

El rendimiento del software (específicamente la eficiencia) se convertirá en el objetivo primordial de la ingeniería de software (si el hardware no se está acelerando, será mejor que elimine las instrucciones de sus algoritmos para lograr un rendimiento mejorado).

Además, (como ya vemos) habrá una prima en la computación paralela, o más específicamente, sacando el mayor paralelismo posible de los problemas / aplicaciones informáticas (hasta el límite de la Ley de Amdahl), porque si bien los uniprocesadores individuales pueden para que no sea cada vez más rápido, siempre podemos (dentro de algunos límites de disipación volumétrica / energía / térmica) poner más Unidades Centrales de Procesamiento ( [tos] , “núcleos”) en el sistema informático. Las personas que tienen problemas estrictamente de computación en serie simplemente serán SoL.

Sin embargo, para una escala real, los sistemas en clúster son el camino. También se les conoce como nubes.

La ley de Moore tiene muy poco que ver con los programas que tienen errores. No importa cuán rápido sea una computadora, funciona esencialmente de la misma manera. Ciertamente, la nueva potencia conduce a nuevos requisitos y desafíos, pero no debe esperar que esos dejen de llegar, una vez que la potencia computacional deje de crecer. Siempre habrá errores porque

  • La mayoría de los errores solo se pueden encontrar mediante pruebas. Probar formalmente que un programa funciona según lo previsto es casi imposible (en el sentido de que no existe un procedimiento que pueda decir para un programa dado, si se rompe o no. Ver Problema de detención)
  • Siempre hay algo mejor que hacer para un programador, que corregir errores menores. Arreglar errores lleva tiempo. Eso es solo negocios.

Es posible que en el futuro estén disponibles mejores métodos de prueba automáticos. Pero el final de la ley de Moore solo podría evitar eso.

La Ley de Moore todavía tiene algunos años buenos por delante. Una vez que tanto la limitación física (en algún lugar alrededor de pocos átomos) como las restricciones de diseño alcancen la “frontera final”, el ITRS tendrá algunas cartas en la manga.
1. Los materiales III-V ofrecen una velocidad de electrones / agujero significativamente más rápida. En este momento son difíciles de integrar en obleas de Si de 300/450 mm. Supongo que en 4-6 años veremos el primer proceso de HVM con III-V.
2. Proceso 3D: como en Samsung 3D NAND. En este momento, es demasiado costoso para la mayoría de los fabricantes, pero en 5-8 años puede convertirse en el procesamiento principal.
3. La computación cuántica o biológica y otras cosas experimentales son prometedoras, pero ni siquiera están cerca de estar listas para HVM.

La mayoría de las tecnologías pasan por un rápido crecimiento donde se encuentran los límites de la tecnología. En automóviles, 80 mph es el límite de práctica, con una potencia de aproximadamente 250 caballos de fuerza. En aviación, el límite es de 650 mph. Con los barcos, la velocidad está limitada por la ola de proa. Los límites de velocidad se impusieron a los automóviles hace casi un siglo, pero han mejorado mucho.

En tecnología digital, no habrá esa energía intensa para hacer uso de la nueva velocidad y capacidad cada vez mayores. Por lo tanto, recurrirá a mejoras más graduales. Al igual que un automóvil moderno, las computadoras e Internet se convertirán en una experiencia más refinada, con menos errores y software basura. Sin el rápido crecimiento, será más difícil ocultar el malware. Llegaremos a saber qué hay “bajo el capó”.

La fase de maduración de una tecnología está cargada de posibilidades. Una economía en expansión permitirá más núcleos de CPU, pero no a la velocidad impresionante de hoy.

La gente está tratando de encontrar alternativas viables al silicio para seguir reduciéndose por debajo de 5 nm, el límite actual. Hasta que se encuentre una buena alternativa, más núcleos, cambios arquitectónicos, chips más enfocados.

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La informática es un vasto campo que se expande sin reducirse. Los asuntos del mercado pueden no determinar oportunidades profesionales prometedoras.