Produkcja tranzystorów 50 lat od ustanowienia prawa Moore'a

Replika tranzystora stworzonego w laboratoriach Bell Telephone Laboratories w 1947 roku

W tym roku obchodzimy 50-lecie ustanowienia prawa Moore'a, które początkowo zakładało podwajanie liczby tranzystorów w mikroprocesorach co około 18 miesięcy, ale nieco później okres ten skorygowano do około 24 miesięcy. Trochę już minęło od zaobserwowania tej zależności, ale jak się okazuje, nadal jest ona aktualna.

Tempo wzrostu produkcji tranzystorów jest wręcz niewyobrażalne, bo w całym ubiegłym roku powstało ich około 250 trylionów (2,5 x 10²⁰). W tym będzie ono jeszcze większe, bo co sekundę średnio powstaje ich około 8 bilionów (8 x 10¹²) – mniej więcej 25 razy więcej niż samych gwiazd w Drodze Mlecznej lub 75 razy więcej niż liczba znanych nam galaktyk we wszechświecie. Z kolei w samym 2014 roku powstało więcej tranzystorów, aniżeli przez cały okres od ustanowienia prawa Moore'a (1965 rok) do 2011 roku.

Warto jednak zauważyć, że ogromna większość tranzystorów nie jest produkowana pojedynczo, a po prostu jako układy scalone, składające się z milionów lub nawet miliardów tranzystorów – przykładowo, procesor graficzny Nvidia Maxwell GM200 z najnowszej karty graficznej GeForce GTX Titan X składa się aż z 8,1 mld tranzystorów. Rekordzistą jest jednak układ Xilinx Virtex-Ultrascale XCVU440, który wykorzystuje aż 20 mld tranzystorów (!).

W jednym procesorze graficznym Nvidia Maxwell GM200 znajduje się więcej tranzystorów niż produkowano ich w ciągu roku w latach 50-tych

Wraz ze wzrostem liczby tranzystorów, zmniejszają się też ich wymiary – w procesorze Intel 4004 z 1971 roku miały one 10 µm długości, natomiast teraz proces technologiczny pozwala na produkcję tranzystorów o długości 14 nm. Gdyby nie zmniejszanie tranzystorów, obecne procesory byłyby wręcz gigantyczne (teoretycznie, bo z uwagi na tak duże rozmiary nie mogłyby działać).

Wykres przedstawiający cenę tranzystorów (czarna linia) i ich roczną produkcję (czerwona linia)

Wraz ze wzrostem liczby i upakowania tranzystorów, a także zmniejszeniem ich rozmiarów, koszty produkcją są coraz niższe - dobrze to przedstawia powyższy wykres.

No dobrze, a jak przedstawiają się perspektywy na przyszłość? Na TSMC Technology Symposium dowiedzieliśmy się, że koncern TSMC powoli przygotowuje się do rozpoczęcia produkcji układów scalonych w 10-nanometrowym procesie technologicznym, ale pierwsze konstrukcje będą dostępne dopiero w 2017 roku. Później przyjdzie pora na litografię z rozmiarze 7 nm. Jednocześnie zapowiedział, że w najbliższym czasie prawo Moore'a nie zwolni - nadal więc możemy spodziewać się podwajania liczby tranzystorów co 24 miesiące.

Źródło: Spectrum IEEE, Guru3D, Wikipedia