新しい岐路に立つムーアの法則

ムーアの法則がどのように終わりに近づいているのかについて、最近多くの物語がありました。 それは特に驚くべきことではありません-人々は文字通り何十年もその終deを予測しており、私は以前に問題に取り組んできました-しかし、議論は新しい人生を取りました。 M. Mitchell Waldrop誌の Nature 誌の記事は、業界の大部分が疑っていることを裏付けています。次世代の国際半導体ロードマップ（ITRS）は、トランジスタの小型化ではなく、特定のアプリケーション向けのチップの開発に焦点を当てています。

もちろん、ムーアの法則は、Gordon Moore（後にIntelの共同設立者となる）が1965年4月版の Electronics で行った、プロセッサのトランジスタ数は毎年2倍になるという観察に基づいています。 （ここにコピーがあります。）1975年までに、彼は正しいことが証明されていましたが、チップの倍増の見積もりを2年ごとに変更しました。

1991年、米国の半導体産業は、ヨーロッパ、日本、台湾、韓国の業界団体からの貢献により、ITRSとなるものを開始しました。 長年にわたり、このロードマップには多くの変更がありました。 2000年代初期まで、チップ上のトランジスタの数が世代ごとに2倍になっただけでなく、クロックレートも増加しました。これにより、パフォーマンスも明らかに向上しました。 チップは、トランジスタがスケーリングされるとパフォーマンスが同じ電力でほぼ同じ係数で増加したと述べた1974年の論文に基づいて、デナードスケーリングと呼ばれるものに従いました。 しかし、チップが90nm程度以下になり、動作しなくなり、チップが3GHzまたは4GHzに達すると、単に電力を使いすぎて熱くなりすぎました。 業界では、より高速なコアを使用するのではなく、より多くのコアを使用するようになりました。これは、一部のアプリケーションでは機能しますが、他のアプリケーションでは機能しません。 一方、モバイルチップの人気が高まり、さらに低電力での使用が求められるようになりました。

もう1つの大きな変化は、素材にありました。 この期間のほとんどにおいて、チップはほとんどがMOSFETまたは金属酸化物シリコン電界効果トランジスタでした。つまり、基本的な材料はかなり単純でした。 過去10年にわたって、歪みシリコン、High-kメタルゲート、およびFinFETテクノロジーの導入を目の当たりにしてきました。これらはすべて、従来の材料や設計が達成できる以上の密度とパフォーマンスを向上させる方法です。 ほとんどの観測者は、7nm以下の生産に到達すると、シリコンゲルマニウム（SiGE）やインジウムガリウムヒ素（InGaAs）などの新しい代替材料が必要になり、最終的にはゲートオールなどの別のトランジスタ構造に移行すると考えています-ナノワイヤとして知られているトランジスタの周り。

最近、シリコンウェーハ上の材料を活性化してチップ設計のパターンを描画する光を当てるリソグラフィツールも比較的静的であり、193nm液浸リソグラフィが長年の標準でした。 極端紫外線（EUV）リソグラフィとして知られる代替品がないと、チップメーカーは複数のパターニングを使用せざるを得ず、コストが上昇します。 ASMLとそのパートナーは、しばらくの間EUVに取り組んできましたが、現在は7nm生産を対象としています。

デナードスケーリングの終わり、新しい材料、およびマルチパターニングの組み合わせにより、新世代の各テクノロジーの展開コストが増加しました。 Intelは最近、10nmの計画は14nmの導入から2年半後であり、これは2017年に起こると述べている。サムスンとTSMCはどちらも10nmチップの量産準備を進めている2017年、このノードでIntelを破る可能性さえあります（もちろん、ノードの命名とプロセスがIntelの密度と同じかどうかについての質問があります）

ITRSロードマップの変更は、これまで使用されてきた2年間のケイデンスではなく、実際の物理的な制限が近づいているものの、スケーリングがしばらく続くことを否定しません。 しかし、デバイスとシステムの国際ロードマップと呼ばれる新しいバージョンでは、代わりに、センサー、スマートフォン、サーバーなどのさまざまなアプリケーション向けのさまざまな種類のテクノロジーに重点が置かれているようです。 また、3Dメモリ、電源管理、アナログ信号など、さまざまな種類の異なる種類のトランジスタを組み合わせます。

それで、今回ムーアの法則は本当に死んだのでしょうか？ 疑わしい。 Intelは「ムーアの法則は生きていてうまくいっている」と言い続けており、彼らや他の人々は、コストが上昇し続けても、チップが今後10年ほどにわたってより高密度になり続ける正当な理由を示しています。 しかし、小さなデバイスからデータセンターまで拡張する単一の設計という概念から遠ざかるにつれて、チップ設計に多くの変更が加えられることは間違いありません。 そして、それは、チップ設計者がいくつかの危険な決定に直面することを意味し、顧客は彼らが行う選択についてさらに注意を払う必要があることを意味します。