Сотрудники Intel встретились с Гордоном Муром в честь 50-летия закона Мура
19 апреля 2015 года исполнилось 50 лет самому известному эмпирическому правилу в мире, которое до сих пор актуально и определяет темпы и перспективы развития микроэлектроники — закону Мура. Сам автор этого правила, Гордон Мур, а по совместительству один из основателей компании Intel, в честь этого знаменательного события пообщался с журналистами из разных стран мира и поделился своими мыслями по поводу развития микроэлектронной промышленности за последние 50 лет.
Гордон Мур о законе Мура — Как вы пришли к выводу о том, что количество транзисторов в одной микросхеме будет увеличиваться в два раза каждые два года? Это была догадка или результат наблюдений?
— В начале 60-х годов XX в. мы разрабатывали полупроводниковую технологию для её последующего промышленного применения. С теми инструментами, которые были тогда в нашем распоряжении, это было очень сложно. Я занимал пост директора по исследованиям и разработкам в компании Fairchild Semiconductor, руководил процессом оптимизации технологии. Ко мне обратилась редакция журнала Electronics Magazine с просьбой подготовить статью для их 35-го ежегодного издания, в которой нужно было рассказать о том, что произойдет в полупроводниковой отрасли в ближайшие 10 лет. Поэтому я решил проанализировать достигнутое. Я взял несколько микросхем и обратил внимание на то, что сначала мы устанавливали на них по одному транзистору, затем — по восемь, а в самых новых — в два раза больше, то есть 16. В лаборатории мы работали над созданием микросхем с 30-ю элементами и рассматривали возможность установки в 2 раза большего количества транзисторов. Я пришел к выводу, что каждый год мы увеличивали количество элементов в 2 раза. Поэтому я сделал смелое предположение и сказал о том, что мы будем продолжать увеличивать количество элементов в 2 раза каждый год и перейдем от 60 элементов к 60 тысячам в течение 10 лет.
Я хотел донести до общественности мысль о том, что именно так будет развиваться микроэлектронная промышленность и это окажет положительный экономический эффект. Хотя в то время поводов для оптимизма было мало: первые интегральные микросхемы стоили дороже отдельных корпусных компонентов для сборки аналогичных схем. Нужно было рассказать о том, что мы обладаем технологией, которая позволит серьезно удешевить микроэлектронику. Я полагал, что эта просто временная тенденция отрасли. На деле же она оказалась гораздо более стойкой, чем я мог предположить. Один из моих коллег — кажется, Карвер Мид, профессор Калифорнийского Технологического института — назвал описанную тенденцию законом Мура.
— Могли ли вы предположить 50 лет назад, что ваше наблюдение останется актуальным так долго? Это ведь не закон природы, а правило, являющееся результатом наблюдений. Значит, нет гарантий, что оно продолжит действовать в будущем.
— В 1965 г. и позднее, в 1975 г., когда я уточнил свое наблюдение, я не думал о том, когда закон перестанет действовать. Современная отрасль находит все новые и новые способы для того, чтобы делать микросхемы все более сложными. Сегодня мне трудно поверить, что речь идет уже о миллиардах, а не о десятках, сотнях или тысячах транзисторов в корпусе одной микросхемы. Закон оказался более живучим, чем я мог предположить в 1965 г. или 1975 г., и пока трудно сказать, когда его действие закончится. Вначале закон использовался просто как иллюстрация техпроцесса. Но постепенно его стали воспринимать как определяющую тенденцию промышленности, как правило для измерения прогресса. Сейчас он лежит в основе развития полупроводниковой отрасли.
— Вы принимали участие в разработке современных компьютерных технологий с самого их зарождения. Какие разработки и устройства впечатлили вас больше всего?
— В 1965 году в статье я сделал много прогнозов, начиная с часов и персональных компьютеров и заканчивая радиолокационными станциями с фазированной антенной решеткой. Перечитывая эту публикацию сегодня, я сам удивляюсь, насколько точными оказались эти предположения. Пожалуй, сильнее всего меня удивила эволюция сети Интернет и то место, которое она заняла в жизни людей всего мира. Мы знали, что компьютеры делают полезные вещи, что это будет развиваться, но я не осознавал, что они станут важнейшими составляющими глобальной коммуникационной среды. Мне трудно назвать другую, столь же выдающуюся инновацию.
— Вы как-то упомянули, что стали предпринимателем чисто случайно. Сейчас, когда вы имеете большой опыт работы в Shockley, Fairchild и Intel, какой советы вы могли бы дать техническому предпринимателю?
— Я не уверен, что могу дать полезный совет в этой области. Я всегда считал, что нужно определить сферу деятельности и вид продукции, которую хочется выпускать, а затем, если в этом есть практический смысл, начинать. Сейчас многие предприниматели подходят к этому вопросу по-другому: сначала решают основать компанию, а потом приступают к поиску идеи, которую могли бы реализовать. Некоторые такие проекты оказались весьма успешными, например, Google, но многие не смогли удержаться на рынке. Я посоветовал бы обратить внимание на то, как сделать проект долгосрочным.
— Могла ли корпорация Intel занять свои нынешние позиции и сохранить их, если бы не следовала закону Мура?
— Я полагаю, что нет. Когда мне спрашивают, что я мог бы сказать сотрудникам Intel, я говорю о том, что необходимо продолжать реализацию закона. Существует множество проблем, которые нужно решить для того, чтобы технологии развивались в соответствии с заданной скоростью, и это очень важно, так как позволяет контролировать ситуацию и сохранить успех в будущем. Нужно делать все возможное, а это требует постоянных усилий.
— Какое значение образование имеет для технологической отрасли?
— Я думаю, что постоянный приток хорошо подготовленных инженеров и ученых является источником жизненной энергии для любой компании, в том числе, для Intel. И это будет происходить только в том случае, если университеты будут учить студентов тому, что нужно нам и другим производящим компаниям. Хорошие идеи часто рождаются именно в головах молодых инженеров. Они хотят и могут совершить реальный прорыв, который позволит создать принципиально новые продукты и процессы. Поэтому вузы играют важную роль в поддержке успеха современных технологий, а компании становятся важным фактором востребованности и успеха процесса обучения.
— Помог ли закон Мура Intel и другим производителям быстрее создавать инновации и осваивать выпуск новой продукции?
— Конечно, влияние закона Мура со временем изменилось. Изначально он использовался просто для отслеживания прогресса. Люди создавали более сложные микросхемы. Можно было сравнить результаты и убедиться в том, что сложность проектирования растет. Но позже компании стали воспринимать закон как нечто, чего нужно придерживаться для сохранения конкурентоспособности. Для того чтобы оставаться в авангарде, им нужно двигаться так быстро, как это указано в законе. Таким образом, закон перестал быть средством оценки успехов и сейчас рассматривается в качестве основной движущей силы отрасли.
— Закон Мура — это, наверное, то, благодаря чему вы вошли в историю. Или вы хотели бы, чтобы люди запомнили вас как одного из основателей Intel?
— Трудно назвать что-либо одно, чем я горжусь. Возможно, создание Intel — это один из моих самых больших успехов.
— Как вы думаете, насколько знаменит ваш закон? Сколько людей из 100 назовут вас, если их спросят, какие известные законы в области электроники они знают?
— Меня удивляет, насколько часто в своей жизни я сталкиваюсь с упоминаниями этого закона. Я проверил количество упоминаний закона Мура и закона Мёрфи в сети Интернет. Google нашел, как минимум, в 2 раза больше упоминаний моего закона.
Превзойти достигнутое Влияние закона Мура на нашу жизнь трудно переоценить. Однако человеку, который не является специалистом в области микроэлектроники, довольно трудно представить, насколько далеко ушел прогресс в области создания микропроцессоров за последние 50 лет. Но что было бы, если бы закон Мура работал и в других областях?
Автомобили
Если бы эффективность автомобильного топлива увеличивалась такими же темпами, то люди могли бы ездить всю жизнь без дозаправки.
При сохранении скорости, с которой уменьшаются размеры транзисторов, ваш автомобиль сейчас был бы размером с муравья. Вы могли бы хранить в кармане рубашки целую кучу запасных шин.
Строительство
Если бы небоскребы падали в цене со скоростью, установленной законом Мура, люди могли бы купить себе по небоскребы по цене ниже стоимости персонального компьютера сегодня. А если бы небоскребы росли в высоту со скоростью закона Мура, то сейчас они бы были в 35 раз выше горы Эверест.
Если бы стоимость домов уменьшалась со скоростью уменьшения размеров транзисторов, человек мог бы купить дом по цене одной конфетки.
Авиапутешествия и космические программы
Стоимость космической программы «Аполлон» по высадке людей на Луне составляла $25 миллиардов. Если бы цена снижалась со скоростью закона Мура, сейчас стоимость программы была бы сопоставима со стоимостью небольшого частного самолета.
Полет на Луну в 1969 г. занял 3 дня. Если бы положения закона Мура можно было бы применить к космическому путешествию, то оно заняло бы 1 минуту.
Перелёт из Новой Зеландии в Нью-Йорк завершался бы за то время, которое требуется вам застегнуть ремень безопасности в самолете.
Смартфоны и современные процессоры
Если бы телефон Intel на базе платформы Android был создан с использованием технологии 1971 г., микропроцессора телефона был бы размером с 1 парковочное место.
По сравнению с первым микропроцессором Intel 4004, современные 14-нанометровые процессоры обеспечивают в 3500 раз более высокую производительность, в 90000 более высокую эффективность и стоят 1/60000 стоимости первого микропроцессора.
В настоящее время на фабриках Intel производится более 10 миллиардов транзисторов в секунду.
Первые полупроводниковые транзисторы были размером со стирательную резинку на конце карандаша. Благодаря закону Мура, более 6 миллионов современных транзисторов (Tri-Gate) можно разместить на точке в конце предложения.
Современные транзисторы невидимы для невооруженного глаза. Для того чтобы увидеть один транзистор, нужно увеличить чип до размера дома.
Движущая сила закона Мура Закон Мура нашёл отражение в фотолитографии — самом дорогостоящем этапе технологического процесса производства микросхем, на долю которого приходятся от 40% до 50% расходов. Но, что более важно, этот процесс подразумевает реализацию минимальных допустимых размеров топологических элементов на подложке, что создает целый ряд сложностей при массовом производстве. Но недостаточно решить только вопросы, связанные с уменьшением размеров. Важно сохранить расходы на приемлемом уровне, так как если не получится разместить в два раза больше транзисторов на кристалле при одинаковом уровне расходов, то это будет уже не закон Мура.
Отдельные участки подложки, покрытой фоторезистом, подвергаются воздействию ультрафиолета для растворения «резиста». В роли трафаретов, рисунок которых копируется на кристалл, выступают маски. Рисунок оптически уменьшается с помощью линзы, и инструмент воздействия ультрафиолетовым светом повторяет этот процесс несколько раз для того, чтобы создать конечный рисунок.
1. Основной процесс В фотолитографии используются так называемые «сканеры» для импринтинга определенной схемы на каждом кристалле. На поверхность подложки методом центрифугирования наносится светочувствительный и стойкий к травлению материал, который называется «фоторезист», который затем застывает. Дальнее ультрафиолетовое излучение (длина волны 193 нм), создаваемое лазером на фториде аргона, проходит через трафарет (маску). Размеры уменьшаются с помощью линзы, и осуществляется печать структуры схемы. Области фоторезиста, которые подверглись воздействию излучения, растворяются. Химический процесс оставляя рисунок, заданный маской.
2. Метод оптического подсчета Стретта Джон Уильям Стретт (1842–1919), третий барон Рэлей, получил в 1904 г. Нобелевскую премию за открытие аргона. Но специалисты ценят его за изобретение метода оптического подсчета, который может использоваться при современном производстве полупроводниковой продукции (кстати, компания ASML назвала Стретта одним из двух отцов-основателей фотолитографии наряду с Гордоном Муром.) Формула соотносит длину волны света (меньше — лучше) и апертуру линзы сканера (больше — лучше;, а недавно было достигнуто предельное значение) по отношению к размеру топологического элемента. В уравнении Стретта предусмотрена постоянная k1, которая позволяет понять, насколько трудным является обеспечение достаточного уровня качества при производстве. При 0,3 и менее оно будет связано с большими сложностями и расходами.
3. Подводная фотосъёмка Если поместить соломинку в стакан с водой, будет казаться, что она имеет небольшой излом. Эта иллюзия лучше проявляется в воде, чем на воздухе, и называется рефракцией. При 32 нм инженеры пришли к выводу, что по стоимости и другим факторам целесообразно создать новое решение, поэтому Intel перешла на технологию иммерсионной литографии. В этом процессе воздушное пространство между линзой и подложкой заполняется водой. С учетом более высокого коэффициента преломления воды сканер может создавать более миниатюрные элементы без изменения размеров линзы. Внедрив этот процесс позднее конкурентов, Intel смогла сэкономить и воспользоваться их наработками. Для иммерсионной литографии требуются другие фоторезисты. Кроме того, вода двигается.
Одновременно лампы желтого цвета защищают фоторезист от нежелательного воздействия ультрафиолета.
4. Один, два, три слоя Чтобы еще больше уменьшить размеры микросхем, можно нанести рисунок одного и того же слоя два, три или больше раз для того, чтобы реализовать новые функциональные возможности на кристалле. Такой подход связан с дополнительными расходами, поскольку он подразумевает больше производственных операций, но не настолько, чтобы не соответствовать кривой затрат, предусмотренной законом Мура.
5. Необычные формы Интересный факт: чтобы напечатать крест на подложке, используя 14-нанометровую технологию, порой нужно нарисовать звезду. Вивек Сингх, руководитель направления литографии в Technology & Manufacturing Group, говорит, что изначально очень трудно угадать, как должен выглядеть рисунок маски. Двадцать лет назад специалисты в области вычислительной литографии выступали в качестве простых консультантов, а сейчас они стали правой рукой руководителей производств. Инженеры команды Сингха предъявляют большие требования к вычислительным ресурсам серверного парка корпорации, что связано с большим объемом обрабатываемых данных, необходимых для создания современных масок.
6.Конец уже близок? Чтобы двигаться дальше, необходимо использовать излучение длиной волны менее 193 нм. Но это уже ЭУФ-литография (экстремальный ультрафиолет) с длиной волны 135 нм. ЭУФ-инструменты позволяют сделать больше операций за один проход по сравнению с современными сканерами. Хотя технология продолжает развиваться, это происходит достаточно медленно в связи с целым рядом трудностей. Требуются новые установки, вакуумные системы и различные материалы для масок и фоторезиста. Кроме того, появляются и другие сложности, например, уменьшение «неровности ширины линии» вместо уменьшения «неровности края линии». Источник излучения сейчас является основной проблемой полупроводников отрасли: для обработки большого количества подложек его мощность должна быть весьма велика. Кроме того, необходимо удешевить ЭУФ-технологию в целом.
На фотографии выше представлен 14-нанометровый кристалл Intel. Сегодня для создания этих микросхем Intel использует три категории технологий литографии: иммерсионную (для самых важных операций); сухую (для элементов среднего размера) и более раннюю технологию на основе излучения с длиной волны 248 нанометров, создаваемого лазером на фториде криптона (для крупных элементов).
Будущее закона Мура Современная фотолитография представляет собой сочетание всех технологий, доступных как сегодня или завтра, так и через десять лет. Каждый метод используется там, где он обеспечивает максимальную экономическую эффективность. Кроме того, разрабатываются и другие технологии, которые на данный момент выглядят футуристично. С помощью технологии Multiple Electron-Beam Direct Write (MEBDW) когда-нибудь в будущем миллиарды лучей будут создавать транзисторы на кристалле, тогда как технология Directed Self-Assembly (DSA) подразумевает полный контроль над атомами, которые будут образовывать миллиарды нанометровых транзисторов.
Источник: 4pda.ru
© 4PDA
