Paul van Gerven
24 mei 2017

In 2024 is klassiek cmos aan het einde van zijn Latijn, voorspelt halfgeleiderroadmap IRDS. Toch is dat niet het einde van de wet van Moore.

Decennia onder het regime van de wet van Moore hebben ons geconditioneerd transistordichtheid te beschouwen als de primaire maatstaf voor geavanceerdheid en economische waarde van een chip. Elke nieuwe generatie chips heeft een hogere transistordichtheid en kan dus meer dan de vorige voor dezelfde prijs. De wet van Moore in een notendop: meer is beter.

Dat gaat hoe dan ook veranderen. Een recentelijk gepubliceerde voorzet voor de nieuwe halfgeleiderroadmap International Roadmap for Devices and Systems (IRDS, zie ook ‘Halfgeleiderbedrijven in de ban van systeemdenken’) schat de uiterste houdbaarheidsdatum van cmos op 2024. Daarna passen er misschien nog wel meer componenten naast elkaar op een stukje silicium, maar lukt het niet om die allemaal aan te sluiten. Meer lukt gewoon niet meer.

Geen nood, we kunnen de wereld tóch betere chips blijven beloven. Want ook als schaling aan het einde van haar Latijn is, zijn er nog talloze andere manieren om meer waarde toe te voegen aan silicium. Het enige wat we moeten doen, is onze interpretatie van de wet van Moore aanpassen. De wet van Moore 2.0: slimmer is beter.

De oude halfgeleiderroadmap ITRS, steunpilaar van de wet van Moore, richtte zich maar op één ding: chipcomponenten verkleinen. De nieuwe roadmap IRDS is veel breder van opzet en houdt meer rekening met de toepassing.

Overleven

Wie goed heeft opgelet, zag het aankomen. Strikt genomen, liet Gordon Moore zich niet uit over performanceverbeteringen toen hij zijn wet formuleerde, maar dat is toch de kurk waar zijn wet op drijft. En die performanceverbeteringen zijn steeds moeilijker te realiseren. Waar processoren in de jaren tachtig en negentig gemiddeld 52 procent per jaar sneller werden, is dat in de periode 2003 tot 2012 nog maar 22 procent per jaar. De eerste incarnatie van Intels 10-nanometerprocessoren, die waarschijnlijk begin volgend jaar op de markt komen, is niet eens sneller (wel zuiniger) dan de derde generatie 14-nanometerprocessoren – een trendbreuk.

Dat heeft onder meer te maken met de breakdown van Dennard-schaling, de technische tweelingbroer van de wet van Moore die zegt dat de exponentiële groei van transistordichtheid hand in hand gaat met een even snelle ontwikkeling van de performance per watt. Nadat lekstromen en warmteproblemen daaraan een einde maakten, betekende ‘meer’ alleen nog onder een aantal mitsen en maren daadwerkelijk ‘beter’. Bijvoorbeeld alleen als de software wist om te gaan met meerdere processorkernen.

We zagen ook de markt al veranderen. Minder en minder spelers laten zich in met het spel van Moore. Toch gingen de bedrijven die uit de race stapten niet failliet. Zij konden prima overleven door zich te richten op toepassingen waarin rauwe rekenkracht niet het belangrijkste is en oudere processen volstaan. Er was nog meer dan genoeg ‘beter’ te maken in communicatie, energie, gezondheidszorg, beveiliging en transport. Niet door er meer transistoren tegenaan te knallen, maar door slimme integratie van allerlei functionaliteit. NXP weet er alles van.

Rekenkracht

Deze diversificatietrend staat pas in de kinderschoenen. Nu de verdichting stokt, versnelt dit proces alleen maar. Steeds minder vaak zal een stuk elektronica worden samengesteld uit (meestal) generieke chips en andere componenten en steeds vaker zullen deze bouwstenen op maat worden gemaakt voor de betreffende applicatie. One size fits all-oplossingen verdwijnen.

Deze uitwaaierende tendens geldt zelfs voor de meest rekenintensieve toepassing. We associëren dit nu bij uitstek met geavanceerd cmos, maar de IRDS voorziet dat verschillende typen vraagstukken om verschillende technologieën en/of architecturen vragen. Soms volstaat ouderwets cmos of zijn 3d-opvolger, in andere gevallen zijn spintronica, niet-Von Neumann-architecturen en quantumcomputers wellicht betere opties. De zoektocht naar betaalbare rekenkracht is ook in die zin nog lang niet ten einde.

De IEEE nodigt alle belanghebbenden uit input te geven op de IRDS (meer informatie)