Вопреки законам Мерфи

Следовать закону Мура, несмотря на недавние заявления его автора, в Intel намереваются столь долго, сколь это будет возможно

Суньлинь Чжоу: «Для меня закон Мура — это своего рода противоположность законам Мерфи, которые можно трактовать примерно так: если может случиться что-то худшее, оно обязательно случится»

Вот уже три с лишним десятилетия компьютерная индустрия живет по закону Мура, который и по сей день остается предметом оживленного обсуждения не только в ИТ-отрасли. Слышали о нем многие, начиная от специалистов и заканчивая рядовыми пользователями и даже теми, кому редко приходится сталкиваться с компьютерными технологиями. Кто-то считает его обычным статистическим наблюдением, искусственно возведенным в ранг незыблемой аксиомы, а кто-то — гениальным предвидением. Многие задаются вопросом, когда же наконец он перестанет действовать.

Доктор Суньлинь Чжоу — один из тех, кто претворяет закон Мура в жизнь. Он — старший вице-президент корпорации Intel и генеральный менеджер подразделения Technology and Manufacturing Group. В ходе нашей беседы в рамках недавнего московского Форума Intel для разработчиков он ответил на ряд вопросов еженедельника Computerworld Россия.

Я не думаю, что закон Мура имеет смысл трактовать именно как закон, в буквальном смысле этого слова.

Я бы сказал, что он больше похож на некую идеологию, стоящую за совершенствованием кремниевых технологий и получением экономической выгоды от этого вида деятельности. Для меня закон Мура — это своего рода противоположность законам Мерфи, которые можно трактовать примерно так: если может случиться что-то худшее, оно обязательно случится.

Закон Мура свидетельствует об обратном: если возможен лучший вариант, развитие событий пойдет именно по этому варианту. Почему так происходит? Почему растет количество транзисторов на кристалле? Почему строятся новые фабрики по изготовлению микросхем? Потому что нельзя стоять на месте. Опоздав, вы потеряете все. Поэтому мы будем стараться следовать закону Мура столь долго, сколь это будет возможно.

Конечно, я согласен с тем, что нужно совершенствовать не только технологии изготовления микросхем, но и их внутренние архитектуры. Это не моя сфера деятельности, но я знаю о тех исследованиях, которые ведутся в нашей корпорации в данной области.

Асинхронные процессоры — одно из направлений этих работ. Интересное направление. Ну, а пока мы видим скорее эволюционное развитие процессорных архитектур, если вести речь о тех продуктах, которые реально выпускаются. В частности, многопоточные технологии представляют собой одну из ветвей этого эволюционного развития.

В более широком смысле речь может идти об увеличении параллелизма в процессорных архитектурах. Я считаю, что на данный момент индустрия в целом не готова к радикальным изменениям, которые принесут с собой асинхронные процессоры. Но со временем, возможно, эти изменения станут необходимы.

Прежде всего, я хотел бы уточнить, что речь идет именно об интерпретации закона Мура. Сам Гордон Мур не имеет прямого отношения к экономической формулировке своего закона. (Но представители Intel с ней связаны, см. «Закон против закона», Computerworld Россия, №34 за 2003 год. — Прим. ред.) Действительно, если мы посмотрим на те инвестиции, которые требуются при создании новых заводов по обработке кремниевых подложек, то обнаружим, что они постоянно растут.

Но нужно иметь в виду и другое. Скажем, затраты на строительство и ввод в эксплуатацию фабрики по обработке 300-миллиметровых пластин составляют около 3 млрд. долл. Это немало, особенно в сравнении с аналогичным предприятием по обработке 200-миллиметровых пластин. Однако нельзя забывать о том, что возможности новой фабрики по выпуску процессоров значительно превышают возможности старой.

Поэтому в конечном итоге себестоимость производства фактически сокращается. Это противоречие — только кажущееся. На самом деле так оно и есть: на фабрике, в создание которой было вложено больше средств, себестоимость производства оказывается ниже.

Мы исследовали возможности этой технологии в течение довольно долгого времени в наших лабораториях и пришли к следующим выводам. Да, использование SOI позволяет уменьшить емкости переходов в транзисторах, что, пожалуй, является ее основным преимуществом. Но для этого есть и другие, более дешевые решения.

Вместе с тем, помимо достоинств, технология SOI имеет и недостатки, в частности так называемый эффект «плавающего напряжения на теле транзистора» — Floating Body Effect. (Накопление в канальной области паразитного заряда, влияющего на поведение транзистора и затрудняющего его эффективную работу. — Прим. ред.) Поэтому мы решили использовать другие методы повышения производительности микросхем, более оправданные как с технической, так и с экономической точек зрения, в частности применять технологию «растянутого кремния» (Strained Silicon).

Я бы не сказал, что SOI — самая эффективная технология в этом отношении. Мы также считаем, что, сделав слой SOI предельно тонким (намного тоньше чем в микросхемах, которые сегодня выпускаются другими производителями), можно получить действительно серьезный выигрыш. Но это вопрос не настоящего, а будущего. В то же время я хотел бы обратить ваше внимание на то, что использование технологии «растянутого кремния» позволяет получить значительный выигрыш в производительности, не увеличивая при этом токи утечек.

Фактически мы уже начали ее применять. 0,09-микронные процессоры, известные под кодовыми названиями Prescott и Dothan, будут выпускаться с использованием этой технологии.

Мы пытались использовать такую технологию — BiCMOS — некоторое время назад в процессорах Pentium, но затем отказались от нее. Да, эта технология позволила нам тогда увеличить производительность процессоров. Но проблема была в том, что этот рост производительности потребовал также и увеличения напряжения питания.

Более того, в отличие от КМОП-транзисторов производительность биполярных транзисторов при уменьшении напряжения питания падает, причем существенно. Это тоже было важно. КМОП-технология действительно вытеснила собой другие типы транзисторов, но произошло это по причине лучших характеристик, и мы ожидаем, что она и дальше будет превалировать при изготовлении микросхем.

Развитие индустрии идет в сторону нанотехнологий. Поэтому я не исключаю, что со временем какие-то виды нанотрубок вытеснят собой медь. Но прежде чем это произойдет, еще нужно будет освоить их производство в промышленных масштабах.

Я не могу считать себя экспертом в области квантовых компьютеров. Активных исследований в этой области мы не ведем, но стараемся внимательно следить за разработками, которые осуществляются в других компаниях, а также в университетской среде.

Та информация, которая у меня есть, позволяет мне сделать вывод о том, что впереди у разработчиков еще очень долгий путь. Даже если взять возможные сферы применения квантовых компьютеров, окажется, что их пока не так и много. Да, они есть, например, одна из этих сфер — криптография.

Не секрет, что структуры типа американского NSA и аналогичные организации в других странах очень заинтересованы в развитии средств криптографии. Но я не думаю, что кто-то вам сейчас скажет о том, когда мы приблизимся к началу практического использования квантовых компьютеров. Слишком много технических задач стоит перед теми, кто занимается их разработкой. К тому же все больше экспертов в последнее время склоняется к тому, что на типовых вычислительных задачах квантовые компьютеры, даже если они появятся и будут реально работать, окажутся не быстрее классических систем.

Волшебный кристалл

В 2007 году в Intel предполагают внедрить технологию изготовления микросхем с топологическим размером элемента 45 нм. Чтобы снизить утечку тока, связанную с уменьшением размеров транзисторов, планируется ввести некоторые новшества. Во-первых, в качестве подзатворного диэлектрика вместо применяемого сейчас диоксида кремния в Intel собираются использовать некое новое вещество с высокой диэлектрической проницаемостью. Во-вторых, поликремниевые электроды затвора планируется заменить на металлические (название металла Intel также держит в секрете).

Как объясняет главный аналитик Mercury Research Дин Маккэррон, диэлектрик используется для того, чтобы электрическое поле, приложенное к механизму переключения (электроду затвора), не взаимодействовало с током, протекающим через транзистор. С уменьшением размеров транзисторов толщину подзатворного диэлектрика пришлось уменьшить до такой степени, что ток из канальной области стал утекать на поверхность кристалла, повышая теплоотделение. В Intel же в результате пятилетнего исследования нашли материал, который не хуже диоксида кремния изолирует друг от друга упомянутые электрические поля, но при этом имеет достаточную плотность, чтобы препятствовать утечке.

По сравнению с диоксидом кремния новое вещество примерно в 100 раз снижает утечку тока и повышает электрическую емкость транзистора на 60% (за счет чего увеличивается скорость его переключения). Однако в результате соседства «вещества Х» с поликремниевыми электродами затвора транзистор начал требовать большего напряжения питания для работы и скорость прохождения электронов по каналу снизилась. Данная проблема была решена Intel путем применения металлических электродов.