7nm IBM Chip Doubles Performance, visar Moores lag genom 2018

Moores lag är ett av de mirakler i det moderna livet som vi alla tar för givet, som livsmedelsbutiker och tandvård med anestesi.

I 50 år har dataprocessorer fördubblat sin prestation. Vad är Moores lag och vad ska det göra med dig? [MakeUseOf Förklarar] Vad är Moores lag och vad ska det göra med dig? [MakeUseOf Explains] Otur har inget att göra med Moores lag. Om det är föreningen du hade, förvirrar du det med Murphys lag. Men du var inte långt borta eftersom Moores lag och Murphys lag ... Läs mer per dollar per kvadratcentimeter var 1-2 år. Denna exponentiella trend har tagit oss från ENIAC: s 500 flops (flytpunktsoperationer per sekund) till cirka 54 petaflops för den mest kraftfulla superdatorn idag, den Tianhe-2. Det handlar om en förbättring på tio biljoner gånger, väl under ett sekel. Det är otroligt av någons räkning.

Denna prestation har skett så pålitligt, så länge att det har blivit en vardaglig sanning om databehandling.

Vi tar det för givet.

Därför är det så läskigt att det hela kan komma till ett stopp inom en snar framtid. Ett antal grundläggande fysiska gränser är konvergerande för att stoppa utvecklingen av traditionella kiselpennor. Även om det finns teoretisk datateknik Den senaste datatekniken du måste se för att tro på den senaste datatekniken du måste se för att tro. Kolla in några av de senaste datortekniken som är inställda för att omvandla världen av elektronik och datorer de närmaste åren . Läs mer som kan lösa några av dessa problem, faktum kvarstår att utvecklingen för närvarande saktar ner. Dagen för exponentiellt förbättrade datorer kunde komma till slut.

Men inte riktigt än.

Ett nytt genombrott från IBM visar att Moores lag fortfarande har ben. En forskningsgrupp ledd av företaget har visat en prototyp för en processor med transistor komponenter bara 7 nanometer bred. Detta är halva storleken (och fyrdubbla prestandan) av den nuvarande 14 nanometertekniken, vilket leder till att Moores lag utgår till minst 2018.

Så hur uppnåddes det här genombrottet? Och när kan du räkna med att se den här tekniken i riktiga enheter?

Gamla Atomer, Nya Tricks

Den nya prototypen är inte ett produktionschip, men det har producerats med kommersiellt skalbara tekniker som kan komma på marknaden de närmaste åren (ryktet har det att IBM skulle vilja ha chipet till premiär i 2017-2018. Prototypen är den Produkt från IBM / SUNY, ett IMB-forskningslaboratorium som samarbetade med State University of New York. Ett antal företag och forskargrupper samarbetade om projektet, bland annat SAMSUNG och Global Foundries, ett företag som IBM betalar ungefär 1,3 miljarder dollar att ta över sin olönsamma chip fabrikation vinge.

I grund och botten gjorde IBMs forskningsgrupp två viktiga förbättringar det gjorde det möjligt: ​​utveckla ett bättre material och utveckla en bättre etsningsprocess. Var och en av dessa övervinner ett stort hinder för utvecklingen av tätare processorer. Låt oss titta på var och en av dessa i tur och ordning.

Bättre material

En av hindren för mindre transistorer är helt enkelt det krympande antalet atomer. en 7nm transistor har komponenter som endast är ca 35 kiselatomer över. För att ström ska strömma måste elektroner hoppa fysiskt från en atoms omlopp till en annan s. I en ren kiselskiva, som traditionellt har använts, är det svårt eller omöjligt att få tillräcklig ström för att strömma genom ett så litet antal atomer.

För att lösa detta problem måste IBM överge ren kisel för att använda en legering av kisel och germanium. Detta har en viktig fördel: det ökar så kallade “elektronmotilitet” - elektronernas förmåga att strömma genom materialet. Silikon börjar fungera dåligt på 10 nanometerskalan, vilket är en av anledningarna till att ansträngningarna att utveckla 10 nm-processorer har stannat. Tillägget av germanium hoppar upp denna barriär.

Finare etsning

Det är också frågan om hur du faktiskt formar objekt som är små. Hur datorprocessorer Vad är en CPU och vad gör den? Vad är en CPU och vad gör den? Computing akronymer är förvirrande. Vad är en CPU i alla fall? Och behöver jag en quad eller dual-core processor? Vad sägs om AMD eller Intel? Vi är här för att hjälpa till att förklara skillnaden! Läs mer produceras använder extremt kraftfulla lasrar, och olika optik och stenciler för att skära ut små funktioner. Begränsningen här är ljusets våglängd, vilket innebär en gräns för hur fint vi kan etsa funktioner.

Under en längre tid har chippfabrikeringen stabiliserats runt med en argonfluoridlaser med en våglängd på 193 nanometer. Du kanske märker att detta är ganska mycket större än de 14 nanometerfunktionerna vi har etsat med. Lyckligtvis är våglängden inte en hård gräns för upplösning. Det är möjligt att använda störningar och andra knep för att eke ut mer precision. Men chipmakare har springer ut av kloka idéer och nu behövs en stor förändring.

IBM antar den tanken har varit att använda en EUV-ljuskälla (Extreme Ultra Violet), med en våglängd på bara 13,5 nanometer. Detta, med hjälp av liknande knep till de som vi använde med argon-fluorid, skulle ge oss en etsningsupplösning på bara ett par nanometer med mer utveckling.

Tyvärr krävs det också att man slänger ut det mesta av vad vi vet om chipfabrikation, liksom det mesta av den tekniska infrastrukturen som utvecklats för den, en av anledningarna till att tekniken tog så lång tid att komma in i sin egen.

Denna teknik öppnar dörren för att fortsätta utvecklingen av Moores lag hela vägen ner till kvantgränsen - den punkt där kvantsäkerheten kring en elektrons position är större än transistorn i sig, vilket gör att processorns element uppträder slumpmässigt. Därifrån, verkligen ny teknik Quantum Computers: The End of Cryptography? Quantum Datorer: slutet av kryptografi? Kvantumberäkning som en idé har funnits en stund - den teoretiska möjligheten introducerades ursprungligen 1982. Under de senaste åren har fältet skett närmare praktiken. Läs mer kommer att krävas för att driva vidare på databehandling.

De kommande fem åren av Chip Fabrication

Intel kämpar fortfarande för att producera en bärbar 10nm-processor. Det är inte uteslutet att IBMs koalition kunde slå dem till stansen. Om det händer kommer det att indikera att maktbalansen i halvledarindustrin äntligen har skiftats bort från Intel.

Framtiden för Moores lag är osäker. Men historien slutar, det kommer att vara tumultuous. Konungariket kommer att bli vunnit och förlorat. Det blir intressant att se vem som vinner upp på toppen när allt damm sätter sig. Och på kort sikt är det trevligt att veta att den ostoppliga marschen om mänsklig framsteg inte kommer att petera ut under minst några år.

Är du upphetsad efter snabbare marker? Orolig över slutet av Moores lag? Låt oss veta i kommentarerna!

Bildkrediter: Datormikrochip via Shutterstock, “Silikon Croda”, “Argon-Ion Laser,” “Logotyp Intel,” av Wikimedia

Utforska mer om: Dataprocessor.