Дизайн PCB - будущее развитие закона моля

1950 - е годы, Gordon Moore, основатель организации « фэймполупроводник и интел», была опубликована статья, в которой отмечалось, что в течение следующего десятилетия количество элементов каждой интегральной схемы будет увеличиваться в два раза в год. 1975 год, he reviewed his forecast and said that the number of components now doubled every two years. это известный закон моля.

закон моля доказал свою правоту на протяжении десятилетий. и, Moore's law has been guiding chip manufacturing and design. Исследователи Интел и амд установили цели по законам моля. As Moore's law forces the rapid development of chip design, компьютер становится все меньше и меньше. Moore's law is not just a prediction, она стала целью и стандартом производителя. Here are some examples of Moore's Law:

в 1971 году один из первых полупроводниковых процессов составлял 10 мкм (или в 100 000 раз меньше, чем на 1 метр). К 2001 году он достиг 130 нм, что почти в 80 раз меньше, чем в 1971 году.

к 2017 году технология транзистора составляла 10 нанометров. по сравнению с волосами человека, он диаметром 100 микрон, в 10 000 раз больше, чем современные транзисторы.

кризис закона моля

с развитием крупномасштабных схем, transistors are getting smaller and smaller, количество интегральных схем увеличивается в геометрической последовательности, but its manufacturing process is becoming more and more difficult. преодоление этих технических и технических препятствий требует не только значительного времени и исследований, but also a lot of capital and investment. поэтому, the time in Moore's law also gradually slows down, даже это не может быть построено быстро, and the crisis of Moore's law breaks out (of course, it is inevitable if there is no great change).

для развития технологии 22nm в 2012 году до 14nm в 2014 году, Интел занял около двух с половиной лет. С тех пор исследования и разработки 10nm были проблематичными и неоднократно откладывались. Он может выйти на рынок только в 2019 году. Однако хорошие новости заключаются в том, что карты AMD 7NM и CPU будут опубликованы в 2019 году (см. Потому что закон моля - это не настоящий Закон, а скорее прогноз или предположение. Хотя производители чипов привержены достижению и поддержанию своих целей, это становится все труднее.

в 2015 году процитировал сам моль: « я думаю, что закон моля исчезнет примерно через десять лет».

туннелирование кванта

As electronic components become smaller and smaller (nano scale), постепенное появление квантовых свойств и эффектов. по мере того, как мы продолжаем сокращать размер транзистора, the size of the PN junction depletion layer is also decreasing. обеднённый слой очень важен для предотвращения потока электронов. The researchers calculated that transistors less than 5nm will not be able to stop the flow of electrons due to the tunneling effect of electrons in their depletion region. тоннель, electrons will not perceive the depletion region and "cross" directly. если вы не можете остановить поток электронов, the transistor will fail.

Кроме того, мы медленно приближаемся к самому размеру атома. Теоретически, мы не можем производить транзисторы меньше атомов. диаметр атома кремния составляет около 1 нанометра, а размер сетки нашего транзистора примерно в 10 раз превышает этот размер. Даже если не учитывать квантовый эффект? Мы также достигнем физических пределов транзистора, который не может быть меньше.

эффект тока и нагрева

Помимо квантового туннельного и физического пределов, существуют две очень строгие Технологические проблемы, а именно тепловой эффект малогабаритных транзисторов. по мере того, как транзисторы становятся все меньше и меньше, транзисторы становятся все более « утечкой», даже в закрытом состоянии. И пропустить некоторые из них также неизбежно. Это называется ток утечки. если мы установим ток утечки на 100NA, если у процессора 100 миллионов транзисторов, ток утечки составит 10 A. через несколько минут будет потрачено столько батареек для мобильного телефона. более высокое напряжение сетки может уменьшить поток утечки, но это приведет к еще большему тепловому эффекту. даже не думая об этом, каждый час сам по себе потребляет много тепла. производители должны использовать эти атрибуты и использовать их в нужном порядке, с тем чтобы предотвратить эти последствия. процесс становится все более сложным по мере того, как он становится все меньше и меньше.

высокая утечка тока может также вызвать проблемы с темной кремниевой и темной памятью. Хотя в наших чипе может быть много транзисторов, большинство транзисторов должны оставаться закрытыми, чтобы предотвратить перегрев и расплавление кристаллов. Все эти транзисторы с закрытыми состояниями занимают много пространства, которое можно использовать для размещения других элементов. в связи с этим возникает вопрос: нам действительно нужно меньше, или же мы должны усовершенствовать дизайн существующих чипов?

перспективы на будущее

5nm design

с учетом всех этих факторов, карта маршрута, составленная на основе данных по высоким трубам и международной полупроводниковой технологии, показывает, что 5 нм могут быть допустимыми предельными размерами. Ожидается, что первые признаки 5nm появятся в 2021 году. А чего мы ждем потом?

критерий денарда считается родственным методом закона моля. Она была разработана Робертом деннардом в 1974 году, и было отмечено, что по мере того, как транзисторы уменьшатся, их плотность мощности будет снижаться. Это означает, что по мере того, как транзисторы становятся меньше, напряжение и ток, необходимые для их эксплуатации, также уменьшаются. Этот закон позволяет изготовителю уменьшить размер транзистора и увеличить скорость часов при каждом итерации с большой скоростью скачка. Однако, примерно в 2007 году, размер денарда был разрушен. Это потому, что при меньших размерах ток утечки может привести к нагреванию транзистора и вызвать дополнительные потери.

Возможно, мы заметили, что, несмотря на то, что транзистор стал меньше, за последние десять лет скорость вычисления процессора не увеличилась из - за падения даннарда scaling. высокая потеря тактовых частот также является причиной того, что смартфонные чипы используют менее быстрые часы (обычно 1,5 ГГц).

закон кума

внедрение и улучшение трубопровода команд за счет улучшения текущего чипа, Мы можем повысить производительность чипа. So Stanford professor Jonathan kumey proposed koomey's Law: the number of calculations per joule of energy will double every 1.5 год. This situation is expected to continue until 2048, Когда принцип ландаура и простые Термодинамические законы препятствуют дальнейшему совершенствованию. сейчас, предел эффективности компьютера Landaauer около 0.00001%.

многоядерная архитектура

Traditional programming languages (such as Java, C + + and python) can only run on a single device. но по мере того, как оборудование становится меньше и дешевле, we can run the same programs simultaneously or in parallel on many chips to further improve performance. в этом отношении, languages such as golang and node will play a more important role.

изучение новых материалов

Исследователи со всего мира ищут новые и более новаторские пути создания более мелких и более быстрых транзисторов. доказано, что такие материалы, как нитрид галлия и графитен, имеют меньшие потери при более быстром переключении частот.

квантовый расчет

сейчас, the possible solution is to develop quantum computers. компании d - wave и rigetti computing. а главное, the expansion of qubits' law has not yet begun. обойти расширение dennard можно, вставив в один чип больше ядра, чтобы повысить производительность. сейчас, quantum computing has shown great prospects. Its advantage is that it can have multiple states (different from other computers 0 and 1). At present, некоторые экспериментальные квантовые расчеты дали хорошие результаты, such as the real random number algorithm based on quantum technology has been successful.