Моя предыдущая статья "Закон Мура не работает. Грядёт предел микроэлектроники." вызвала небольшую критику в комментариях от инженеров. Меня даже назвали "менеджером по продажам", что не обидело, но улыбнуло. Да моя работа на прямую не связан с электроникой, но та заметка была публицистической и более близкой к народу. Но! Что бы быть честным перед своей аудиторией напишу статью более "техническую". Что бы не было комментариев оговоримся сразу: статья не статья а заметка и всё равно носит общий и ознакомительный характер, то есть, всё что можно, и местами даже то, что нельзя, загрублено и обобщено.
И так, основа вычислительной техники это транзистор:
Немного школьной физики: электрон (или дырка) должен преодолеть потенциальный барьер p-n-перехода. Такой переход называется "сток". При отсутствии напряжение на затворе ток не проходит, при подаче напряжения барьер слабеет, что позволяет проскочить заряду. Немного не школьной физики: в идеале, напряжение на затворе должно быть единственным управляющим напряжением. Есть правда но: ужать сток можно до определённого размера - при слишком коротком канале транзистора, на транзистор влияет стоковый переход, а ещё, на ток через транзистор начинает влиять напряжение не только на затворе, но и на стоке, потому что толщина стокового p-n-перехода увеличивается пропорционально напряжению на стоке и соответственно "укорачивает" канал. Так же, уменьшение длины канала приводит к тому, что носители заряда преодолевают барьер из истока в сток, минуя канал, это - так называемый "ток утечки". Физически, ужать канал меньше 15 Нм невозможно. (К этому размеру подошли ещё на 28Нм "техпроцессе".)
Уж не знаю, на сколько понятно объяснил. На данный момент, процессоры на "холостом ходу "жрут" больше, чем во время работы:
Ничего радикально лучшего в этом вопросе нам не светит, производители постоянно борются с этим эффектом, например, окружая большую часть пространства между стоком и истоком затвором(FinFET), а теперь в несколько слоев (nansheet и т.д.).
Современные процессоры ещё и очень активно управляют питанием - большая часть процессора, почти всё время "спит", (именно по этому всяким синтетическим тестам, которые загружают почти всё, удаётся мгновенно закипятить любой текущий процессор).
Не могу, не пнуть маркетологов. Из поколения, в поколение растут допустимые температуры у процессоров. На данный момент это 100 гр С! На самом деле для кремниевой электроники это очень много, это не говоря о сегодняшнем припое...
Ещё в физике есть понятие "тепловой поток" — количество теплоты, проходящее через изотермическую поверхность в единицу времени. Что это значит? Это значит, что чем меньше сечение объекта, тем меньше он способен передать тепла за единицу времени. Проволока толщиной с волос не может передать столько же тепла, сколько толстая 4мм - тепло передают атомы. Меньше атомов в объекте - меньше передаваемой энергии. Соответственно чем меньше и кучей транзисторы на подложке микросхемы, тем меньше они способны отдать тепла не расплавившись.
Теперь пункт два. О кремнии. Замены кремнию нет! Именно кремний имеет необходимые для электроники свойства. Ни распиаренный графен, который во всех сферах при попытках применения выдаёт результаты хуже, чем текущие технологии, ни что либо ещё. Какой-нибудь нитрид галлия оказался пригоден только для силовой электроники. Я не буду сейчас бегать по таблице Менделеева. Суть мысли одна - замены кремнию нет.
Что будет дальше? Я даже не знаю что писать, Все вовлечённые в эту индустрию в курсе уже лет 15. У производителей есть ещё запас на несколько ходов, путём оптимизации (разведение питания и логики и т.п) , так же производители разведут кристаллы на много разных на одном текстолите (для борьбы за тепловой поток), но в общем и целом, двигаться некуда. По слухам следующие поколение видеокарт Нвидии будет с тепловым пакетом в 600Вт (электрофен), а проблемы у 3090 Ti по тем же слухам возникли из-за потока тепла в 450Вт.
Моргот.
