Transistorer kommer i mange størrelser og varianter. De som brukes i integrerte kretser er nødvendigvis langt mindre enn disse. (Bilde: Colourbox/Norasit Kaewsai)

Halvledere

Moores lov skal overleve selv når transistorene ikke lenger kan krympes

Halvlederbransjen har lagt fram en plan.

Helt siden transistoren ble funnet opp i 1947 har det vært mulig å produsere denne kretskomponenten i stadig mindre størrelser. Denne utviklingen har dannet grunnlaget for Moores lov, som sier at antallet transistorer i de mest kompakte, integrerte kretsene blir doblet med omtrent to års mellomrom. 

Om relativt få år, trolig en gang mellom 2020 og 2025, er det ventet at størrelsen på transistorene har blitt så liten at det ikke lenger vil være praktisk økonomisk lønnsomt å krympe dem ytterligere. På dette tidspunktet vil transistorkomponentene, blant annet portlengden, bare være noen få nanometer store. 

Nytt veikart

Lenge har dette blitt sett på som en mulig slutt på levetiden til Moores lov, men tidligere denne måneden utga bransjeorganisasjonen Semiconductor Industry Association (SIA) et veikart, International Technology Roadmap for Semiconductors, som viser at halvlederbransjen ikke har tenkt å la utviklingen stoppe opp. I stedet vil det bli satset på andre tilnærminger for å sikre at kompakte, integrerte kretser kan fortsatt kan romme stadig flere transistorer. 

Bygger i høyden

Den viktigste disse tilnærmingene kan sammenlignes med den man finner i mange storbyer med mange innbyggere og begrenset plass. Der bygges det i høyden. 

En slik tilnærming, hvor man stabler flere lag med transistorer oppå hverandre, innenfor en integrert krets, har allerede blitt tatt i minneindustrien. Blant annet finnes det flashminne med 48 slike transistorlag, Men ifølge veikartet kan dette bli trenden for det meste av halvlederindustrien i neste tiår. 

Dette kommer i tillegg til tilnærmingen som omtales som «Moore than Moore», hvor det ikke er ikke lenger er prosessorkapasiteten som skal legge premissene. I stedet skal man ta utgangspunkt i applikasjonene og jobbe seg nedover for å se hva brikkene må utstyres med for å kunne støtte disse.

Behovet

Trenger vi egentlig mer datakraft? Kanskje ikke i den enkelte pc, for øyeblikket. Men SIA skriver i veikartet etterspørselen etter dataprosessering i datasentre vil føre til en 30-dobling av antallet prosessorkjerner per datasenter. Mye av dette ventes å kunne oppnås ved å utstyre serverprosessorer godt over hundre kjerner. Samtidig er det ventet at lagringskapasiteten til store datasentre vil være mer enn 3700 ganger høyere i 2029 enn i 2015. 

Begge deler vil kreve betydelig økning av både areal, energiforsyning og nettverkskapasitet. Men samtidig er det ventet energieffektiviteten vil forbedres kraftig, fra 2,4 gigaflops per watt i 2015 til 67,8 gigaflops per watt i 2029.

Mobil

Også i mobile enheter ventes det en rivende utvikling innen prosessorteknologi. Antallet kjerner i applikasjonsprosessoren ventes å øke fra typisk 4 til 25 i løpet av perioden, men dette er ingenting sammenlignet med økningen av kjerner i grafikkprosessoren – fra typisk 6 kjerner i 2015 til hele 303 i 2029. 

Samtidig er det ventet at den maksimale klokkehastigheten til enhver komponent i systemet vil økes fra dagens 2,7 gigahertz til 4,7 gigahertz i 2029. Det ventes også at skjermene til mobile enheter vil langt mer høyoppløste, slik at de fra rundt 2025 vil bestå av 33,2 millioner piksler. I tillegg er det ventet at antallet sensorer i mobile enheter vil økes fra typisk 14 i 2015 til 22 i 2027. 

Veikartet er en prognose. Det er ikke gitt at det vil bli slik. Dessuten har trolig flere av verdens største halvlederprodusenter egne planer, som de ikke snakker så høyt om. IEEE Spectrum skriver mer om dette i denne saken.

Les også: Dette skal bli Intels framtid etter pc-en

Et større problem

Den stadig økende etterspørselen etter regnekraft kan dog komme til å støte på et annet og enda større problem, som SIA ifølge The Register påpekte i denne rapporten allerede i fjor høst. Dersom energibehovet for å skifte verdien på en databit holder dagens nivå, omtrent 10-14 joule, kan man allerede før 2040 komme i den situasjonen at verdens datamaskiner trenger mer elektrisitet enn det som produseres globalt i dag. 

Energibruken til dagens datamaskiner (Benchmark) er ikke bærekraftig.
Energibruken til dagens datamaskiner (Benchmark) er ikke bærekraftig. Foto: Semiconductor Industry Association

Det påpekes det at det vil kreves en radikal forbedring i datamaskiners energieffektivitet for unngå at dette skal bli et virkelig problem. SIA mener at ~10-17 joule per bit kan være praktisk mulig å oppnå. Det tilsvarer tusen ganger bedre energieffektivitet per bit-endring enn det som er vanlig i dag.

Leste du denne? Han har brukt fire år av livet sitt for å bygge en enorm datamaskin

Kommentarer (14)

Kommentarer (14)
Til toppen