Paul van Gerven
5 december

De wet van Moore is niet dood, hij verandert slechts van gedaante.

Er is geen crisis, verzekerde de hogepriester van ASML de ongeruste gelovigen. Hij had de heilige schriften geraadpleegd en er is geen twijfel mogelijk: de exponentieel toenemende complexiteit van geïntegreerde circuits leunt niet alleen op transistorverdichting. Andere wonderen zijn ook toegestaan.

De wet van Moore is dood, de wet van Moore leeft – na tegenstrijdige berichten in de media vond ASML het nodig zelf stelling te nemen op zijn Investor Day. Op basis van een heuse exegese luidt de conclusie: de wet van Moore is springlevend.

Moore-Dennard-combo

Gordon Moore formuleerde zijn beroemde wet in 1965, maar stelde hem in 1975 bij. In een toespraak voor de IEEE analyseerde Moore dat drie factoren de exponentiële groei van de ic-complexiteit (aantal componenten per ic) bepalen: het oppervlak van het ic, de dichtheid van de componenten en wat hij de pienterheid van het ic noemde. Met dat laatste bedoelde hij onder meer dat componenten een steeds groter deel van het siliciumoppervlak opeisten, en voor andere structuren (bijvoorbeeld voor isolatie) steeds minder ruimte nodig was.

De pienterheid leverde in de vroege jaren van de ic-industrie de grootste bijdrage aan de complexiteitstoename, maar boette na 1975 snel aan belang in – sneller nog dan Moore zelf voorspelde. Met het optimale chipoppervlak sterk bepaald door opbrengstoverwegingen bleef daarmee de verdichting van componenten over als dé drijvende kracht van de wet van Moore.

Op zichzelf is verdichting een buitengewoon krachtige manier gebleken om meer rekenkracht uit silicium te persen. De minder bekende partner van de wet van Moore – Dennard-schaling – stelt immers dat verdichting hand in hand gaat met prestatieverbeteringen. Robert Dennard van IBM toonde aan dat verkleining van transistoren geen invloed heeft op hun vermogensdichtheid. Oftewel: kleinere transistoren verbruiken minder vermogen. In de praktijk werd deze eigenschap uitgebuit door de klokfrequentie op te schroeven, zodat chips steeds sneller werden zonder noemenswaardig meer stroom te verbruiken.

Zeker drie decennia heeft de Moore-Dennard-combo doorgedenderd: de transistordichtheid verdubbelde grofweg elke twee jaar, resulterend in zowel kostenverlagingen als prestatieverbeteringen. Dat is zo’n lange periode dat het de definitie van de wet van Moore is geworden.

In deze ingesleten interpretatie is de wet inderdaad dood. TSMC-topman Morris Chang zei het vorig jaar zelf op een symposium ter gelegenheid van het dertigjarige bestaan van zijn bedrijf: het lukt niet meer om elke twee jaar te verdubbelen – er is langer voor nodig.

Maar dan had de wet van Moore tien jaar geleden ook dood verklaard kunnen worden, toen aan Dennard-schaling een einde kwam. Chipmakers konden klokfrequenties niet meer verhogen in verband met warmtedissipatie en moesten de vertrouwde mosfet verbouwen om hem nog verder te kunnen verkleinen, onder meer vanwege lekstromen. Weliswaar werden nieuwe prestatieverbeteringen gerealiseerd, maar niet meer in het tempo dat we gewend waren.

Onontgonnen pienterheid

Beter is om te constateren dat de wet van Moore soms van gedaante wisselt. En nu, zegt ASML, is de tijd aangebroken voor weer een nieuwe gedaante. En daar keert de pienterheid – in ruimere interpretatie – terug. Dimensiereducties blijven een steentje bijdragen, net als de materiaal- en device-innovaties zoals in het post-Dennard-tijdperk, maar performanceverbetering moet verder van innovaties komen die niets met de transistoren of hun afmetingen te maken hebben.

Dan gaat het over architecturen (zoals gespecialiseerde chips voor bepaalde taken, zoals ai), het stapelen van chips (zoals geheugens op de processor) of ze op andere manieren combineren in een verpakking, over geavanceerd (en geïntegreerd) powermanagement of zelfs software-optimalisaties. Allemaal manieren om de prijs van rekenkracht naar beneden te halen. Daar ging het uiteindelijk toch allemaal om: het reduceren van kosten per functie.

De kosten per functie kunnen nog zeker een jaar of tien omlaag, zegt ASML. Dankzij al die nog onontgonnen pienterheid, maar natuurlijk ook dankzij de hogere resolutie en de verhoging van doorvoer en opbrengst die ASML realiseert voor zijn klanten.