Если говорить упрощенно и простым языком, то техпроцесс – это толщина одного слоя транзисторов. Естественно, чем меньше этот показатель, тем больше транзисторов можно разместить на одном квадратном миллиметре. Это в свою очередь ведет к росту производительности. За последние 20 лет этот показатель удалось уменьшить на два порядка, но постепенно человечество подходит к пределу. Или нет?
5 нанометров – предел?
Переход на новые уровень становится все сложнее. Используемые 7 нм обеспечивают должную производительность и компактность практически для всех существующих задач. Помимо этого проблема роста производительности успешно решается путем наращивания количества ядер. Причем этот показатель растет впечатляющими темпами.
Несмотря на то, что крупнейшее предприятие TSMC заявило об освоении технологии пяти нанометров, стоимость только создания производственной линии исчисляется в сотнях миллиардов долларов. О том, во сколько обойдется создание завода для более мелких техпроцессов, остается только догадываться.
Микросхемы на базе 3 нм уже существуют, но это только прототипы. Samsung в свою очередь заявила о планах по производству 3-нанометровой продукции уже к 2021 году. Это позволяет предположить, что предел в 3 нанометра будет покорен в ближайшие 2-3 года, но технологию необходимо дорабатывать. Возможно, потребуется еще до 5 лет перед массовым запуском процессоров на базе 3 нм. Однако что дальше, бесконечно уменьшать слой просто невозможно.
Проблемы масштабирования
Повышение плотности расположения транзисторов имеет ряд существенных проблем. Первая – тепловыделение. Самые «горячие» процессоры от Intel имеют TPD (уровень теплоотдачи) больше 250 Вт. Становится уже недостаточно даже воздушного охлаждения. Дальнейшее повышение плотности приведет к тому, что схемы будут просто выгорать.
Другая более существенная проблема – квантовые процессы. При переходе на единицы нанометров существенно возрастает ток утечки, и эта проблема распространяется на другие транзисторы. В итоге, критически страдает энергопотребление. Не стоит забывать и про эффект «туннелирования», который делает невозможным проектирование стабильно работающей архитектуры.
Каковы перспективы будущего? Пока есть запас в виде технологий 5, 3 и даже 2 нанометра. Не стоит забывать и про квантовые компьютеры. Пока они служат только для узкоспециализированных задач, но это временно.
Самые дальние перспективы – переход от кремния на другие материалы. Например, германий. И случится это в ближайшие 10-15 лет с учетом динамики развития отрасли в целом.