Moores lov har ikke bare vært en prognose, men også fungert som et veikart for halvlederbransjen siden den ble fremsatt av Gordon Moore i 1965. Dette har ført til en enorm utvikling innen prosessorteknologien siden verdens første kommersielt tilgjengelige mikroprosessor, Intel 4004, ble lansert i 1971. (Bilde: Intel)

Moores lov

Bransjen gir opp Moores lov

Har preget informasjonsteknologien i et halvt århundre. Nå er det slutt.

Moores lov har vært gyldig i 50 år, men nå tyder svært mye på at denne epoken har nådd sin ende. Dette skyldes blant annet at man nærmer seg den fysiske grensen for hvor små transistorer man kan lage, og selv om man ikke helt ennå er ved denne grensen, så kreves det stadig mer innsats for å ta hvert skritt.

Loven

Moores lov er kanskje den mest kjente av alle regler innen informasjonsteknologi. I 1965, før han var med på å grunnlegge Intel, ble Gordon Moore bedt om å forsøke å forutsi utviklingen de neste ti årene innen bransjen for produksjon av halvlederkomponenter.

Dette gjorde Moore, som da var forskningsdirektør hos Fairchild Semiconductor, i en artikkel som ble publisert i en jubileumsutgave av Electronics Magazine.

I artikkelen skrev han at han hadde observert at antallet komponenter i en kompakt, integrert krets ble doblet omtrent hvert eneste år. Han så ingen grunn til at denne utviklingen ikke ville fortsette de neste ti årene. I 1975 reviderte Moore prognosen, slik takten gradvis ble redusert fram til 1980. Fra da av og fram til nå, har antallet transistorer i de mest kompakte, integrerte kretsene blitt doblet med omtrent to års mellomrom.

Selv om det ikke nødvendigvis er noen direkte sammenheng, så har økningen i mengden av transistorer også betydd en kraftig økning i ytelsen.

Dagens mest avanserte prosessorer har en minste portstørrelse på 14 nanometer. 

Men nå er det altså slutt. I en artikkel i Nature fortelles det at bransjen fra og med i år ikke lenger vil ha Moores lov og More Moore-strategien på veikartet.

Selvoppfyllende

Gordon Moore i forbindelse med 40-årsjubileet til Moores lov.
Gordon Moore i forbindelse med 40-årsjubileet til Moores lov. Bilde: Intel
Dette veikartet lages av organisasjonen ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors), som siden 1991 har samlet hundrevis av ingeniører fra forskjellige halvlederprodusenter for å koordinere prosessene for brikkeproduksjon. Disse prosessene kan bestå av hundrevis av trinn, noe som betyr at et helt batteri av underleverandører og brikkeprodusenter må være samstemte.

Fram til nå har dette veikartet med hensikt fulgt Moores lov, som dermed har blitt en selvoppfyllende profeti. Men veikartet som ITRS skal legge fram i mars i år, vil ikke lenger følge Moores lov.

Til Nature sier formannen i ITRS, Paolo Gargini, at innen begynnelsen av 2020-tallet vil man med svært aggressiv innsats kunne nå en grense på rundt 2-3 nanometer, hvor komponentene bare vil være omtrent ti atomer brede.

Når man kommer ned i komponentstørrelser på dette nivået, begynne kvantemekaniske usikkerheter å spille en betydelig rolle. Ifølge Nature betyr dette at transistorene vil bli håpløst upålitelige.

Derfor er man i bransjen temmelig samstemte om at det ikke har noen særlig hensikt å forsøke å forfølge Moores lov videre.

Helomvending

I stedet snur man helt opp-ned på ting. Med More Moore-strategien har det vært prosessorkapasiteten som har styrt, og applikasjonene som har fulgt etter. Men den nye strategien, som i alle fall Nature kaller for More than Moore, er det omvendt.

Nå skal man ta utgangspunkt i applikasjonene og jobbe seg nedover for å se hva brikkene må utstyres med for å kunne støtte disse. I en IT-verden som blir stadig mer mobil, vil mye av innsatsen trolig knyttes til strømstyring og sensorer.

Det at Moores lov ikke kan forfølges i det uendelig, er selvfølgelig ingen nyhet. Nyheten er at beslutningen om å satse i en annen retning, skjer akkurat nå.

Forvarsler

Flere ganger tidligere har halvlederbransjen måttet løse store utfordringer knyttet til å få mer ytelse ut av prosessorbrikkene. Ifølge Nature kunne man helt fram til begynnelsen av 2000-tallet og 90 nanometers prosessteknologi fortsette å krympe komponentstørrelsene ganske ubekymret. Dette førte mer eller mindre automatisk til at brikke ble raskere og mer energieffektive.

Mye av ytelsesøkningen ble gjort mulig ved at også de stadig mindre avstandene i brikkene åpnet for høyere klokkehastigheter. Dette førte dog til stadig mer varmeutvikling, og dette ble til slutt et uoverstigelig problem. Derfor har ikke klokkehastigheten til vanlige prosessorer blitt økt siden 2004.

I stedet har prosessorene fått flere kjerner. I teorien kan to kjerner gjøre dobbelt så mye arbeid som én, men i praksis er det ikke like enkelt. Programvaren som kjøres må kunne utnytte denne parallelliteten, og det er alt annet enn enkelt og langt fra alltid mulig.

Den andre snublesteinen for Moores lov som nevnes av Nature, er at informasjonsteknologien har blitt mobil. Mens man i en stasjonær maskin i teorien kan pøse på med strøm og kjøling, er ikke dette mulig med en svært kompakt enhet som drives av et batteri og som skal være behagelig å holde i.

Mer spesialisering

Svært mye av funksjonaliteten som systembrikkene til mobile enheter nå utstyres med, krever spesialtilpassede kretser. Det er ikke lenger slik at CPU, med litt hjelp fra en grafikkprosessor, kan utføre alle aktuelle oppgaver.

Dette har ført til at produsentene har måttet gå fra å produsere svært mange eksemplarer av noen få produkter, til å produsere svært mange forskjellige produkter i relativt lave opplag. Samtidig skal prisene være lave.

I tillegg til at dette gjør det nødvendig med svært effektive design- og produksjonsprosesser, så utgjør kompleksiteten i mobilbrikkene en stor utfordring.

– Det å få separat produserte teknologier til samarbeide harmonisk i en enkelt enhet er ofte et mareritt, sier Bill Bottoms til Nature. Han leder arbeidet med det nye veikartet. Til daglig er han president ved testutstyrsprodusenten Third Millennium Test Solutions.

– Forskjellige komponenter, ulike materialer, elektronikk, fotonikk og så videre, i den samme pakken. Dette er problemer som må løses med nye arkitekturer, nye simuleringer, nye svitsjer og annet, sier Bottoms.

Han mener at slutten på Moores lov ikke er et teknisk problem, men et økonomisk. Han sier at noen selskaper, som Intel, vil fortsette å krympe kretsene så langt det går. Men jo mer det krympes, desto mer vil det koste.

Framtidige alternativer

Nature-artikkelen tar også for seg flere teknologier som kan være alternativer til dagens primært silisiumbaserte brikker. Blant annet nevnes alt fra 2D-materialer, spintronikk, stablede kretser, nevroelektronikk og kvantedatamaskiner.

Felles for alle disse teknologiene er at de fortsatt er på «tegnebrettet». Det er heller ikke sikkert at de kan tilby den allsidigheten som preger dagens prosessorer, selv om de kanskje kan gi store fordeler innen visse nisjer.

Til toppen