![](https://indexadhu.hit.gemius.pl/redot.gif?id=nSCbubuYpDWJZLZs0TssLrbt33Lk5kbipuiZrkg89G3.g7/stparam=skrjjshgja/fastid=eeorncrnbsilkneetelidigetojp/nc=0)
Meddig gyorsulhatnak még a pécék?
![GettyImages-97543941](http://kep.index.hu/1/0/987/9872/98727/9872755_4e80ba627c3c435fe5c6c5cb2ace4f99_wm.jpg)
További Tech cikkek
Hosszú utat tettünk meg az első integrált áramkör 1958-as megalkotásától a mai kütyüinkben dolgozó mikrocsipekig, amelyekben az alkatrészek olyan aprók, hogy azt nemhogy látni, de már felfogni is nehéz. Ezen a hosszú úton azonban a fejlődés olyan gyorsulást produkált, hogy ha mobilon olvassák ezt a cikket, nem férnek ki a képernyőre a számok, amelyekkel jellemezhető a folyamat. A csipgyártás ötven éve alatt
- a teljesítmény 3,5 ezerszeresére nőtt,
- az energiahatékonyság 90 ezerszeresére,
- az egy tranzisztorra vetített ár pedig 60 ezerszeresére csökkent,
- ha az autóipar fejlődött volna ilyen tempóban, a mai autók 480 ezer kilométer per órás sebességre lennének képesek.
Ezt a szélsebes tempót jósolta meg és ezzel végső soron diktálta is Moore törvénye. Éppen idén tavasszal volt ötven éve, hogy az Intel-társalapító Gordon Moore leírta, hogy a csipekben az egy négyzetcentiméterre eső tranzisztorok száma kétévente meg fog duplázódni. Ezt a tempót pedig idáig tartotta is az ipar, és csak jöttek az egyre gyorsabb és egyre kisebb pécék, laptopok, telefonok.
![Gordon Moore](https://kep.cdn.indexvas.hu/1/0/987/9872/98723/9872355_97efc8528bd128fcea1ec19c158813e5_wm.jpg)
Az utóbbi időben azonban ez a tempó csillapodni látszik, és Moore törvénye minden eddiginél közelebb került ahhoz, hogy megszegjük.
Az utóbbi 50 évben mindig igaz volt, hogy ha csökkentjük a méretet, minden jobb lesz. Ez többé nem igaz. Most először a tranzisztoronkénti költség elkezdett emelkedni
– mondta Scott McGregor a Broadcom csipgyártó kommunikációs vezetője.
Intelmek
A világ vezető csipgyártója, az Intel az utóbbi időben két ütemben, az úgynevezett tik-tak modell szerint fejlesztette a csipjeit, hogy minél több tranzisztort tudjanak rávarázsolni az ujjpercnyi méretű lapkára. Az első évben összementek a csipek (tik), a következőben pedig ezen a méreten optimalizálták a felépítésüket (tak). A legutolsó ilyen kétlépcsős fejlesztés eredménye a tavaly bevezetett, 14 nanométeres technológiával készült Broadwell, és az idén augusztusban bemutatott Skylake.
A 14 nanométer egyébként azt jelenti, hogy a tranzisztorok nagyjából 7 ezerszer kisebbek az emberi haj átmérőjénél, bár ezeknél a méreteknél egyre kevésbé van értelme az ilyen összehasonlítgatásnak.
![Második generációs (Sandy Bridge, 32nm) Intel i7 processzor](https://kep.cdn.indexvas.hu/1/0/987/9873/98731/9873119_305f564249f17b524bea44825f99d42a_wm.jpg)
Ezúttal azonban megtörik a sorozat, mert a 2016-ra bejelentett Kaby Lake processzor szintén 14 nanométeres tranzisztorokkal lesz megpakolva, így a következő lépésnek számító 10 nanométeres csip 2017-re tolódik. Eddig is többször felmerült már, hogy nincs tovább, aztán végül a kutatók mindig találtak valamilyen áthidaló megoldást, mindig el tudták hárítani az éppen aktuális akadályt.
Brian Krzanich Intel-vezérigazgató szerint nem fejlődött olyan ütemben, mint korábban, ezért érezte úgy a cég, hogy a jövő évre szükség van a Kaby Lake modell beiktatására, illetve a 10 nanométeres Cannonlake eltolására.
A 10 nanométeres méretnél az Intel közelít a határához annak, ami még a szilíciummal elérhető
– mondta, hozzátéve, hogy a további fejlődéshez újabb anyagokra lehet majd szükség.
Vad lelkesedéssel fogadok bármilyen új ötletet
– mondta ugyanerről Mark Bohr, az Intel főmunkatársa egy tavaly decemberi konferencián. Ő úgy saccolta, hogy a szilíciumban még nagyjából egy évtized lehet.
Szilíciumhegy, szilíciumvölgy
A szilíciummal elég nagy szerencséje volt a csipgyártásnak, tud szinte mindent, ami egy számítógép agyának kellhet:
- félvezető,
- könnyű feldolgozni,
- az oxidja, a szilícium-dioxid remek szigetelő,
- mivel az oxigén után a második leggyakoribb elem a Földön, nincs belőle hiány,
- éppen ezért elég olcsó is.
Viszont a folyamatos zsugorítás nem tarthat örökké. A szilíciumatom nagyjából 0,2 nanométeres, ez jelentené a jelenlegi technológia végső fizikai határát, de már az egyatomos tranzisztorok elérése előtt túl kiszámíthatatlanná válik az anyag ahhoz, hogy építeni lehessen rá. És azért stabil állapotában se tökéletes.
![](https://kep.cdn.indexvas.hu/1/0/987/9873/98731/9873139_529ca070003b9502e1c3b62d2a770812_wm.jpg)
Három fő gyengéje van. Egyrészt más félvezető anyagokhoz (például a gallium-arzenidhez, az indium-arzenidhez vagy az indium-antimonidhoz) képest kisebb az elektronmobilitása, vagyis az elektronok lassabban mozognak benne, ami végső soron a processzorok sebességnövekedését is behatárolja. Ráadásul a szilícium esetében az elektronlyuk (az elmozgó elektronok által hagyott űr) mobilitása még sokkal kisebb, ezért ez a tulajdonság még komolyabban korlátozza az elérhető teljesítményt.
A második probléma, hogy rosszul viseli a felmelegedést. A sok millió tranzisztor rengeteg hőt termel, amitől a szilícium-áramkörök teljesítménye meredeken esik, ezért komoly hűtést igényelnek. Más félvezetők (mint a gallium-nitrid vagy a szilícium-karbid) sokkal jobban bírják a nagy meleget.
Végül a szilícium elég gyengén vezeti a fényt, ezért a lézerekben és ledekben más alternatívákat, több különböző anyagból készült összetett félvezetőket alkalmaznak, és a kétféle alapanyag gyártása külön iparrá nőtte ki magát. Az utóbbi időben azonban egyre erősebb a törekvés a kettő közelítésére.
Ami jobb lehet a szilíciumnál
A szilícium gyengéit a germánium orvosolhatja, mert több tulajdonságban is veri. 1958-ban éppen ezért germániumból alkották meg a világ első integrált áramkörét. Aztán hamar rájöttek, hogyan tudnak hatékonyan dolgozni a szilíciummal, és ez vált egyeduralkodóvá. Néhány kutató szerint azonban a szilícium kimaxolása elhozhatja a germánium reneszánszát.
Tavaly decemberben a Purdue Egyetem kutatói bemutattak egy az eddigieknél sokkal hatékonyabb germániumcsip-gyártási eljárást, amely állítólag pár éven belül bevetésre kész lehet. A germániumnak is vannak ugyanakkor hátrányai. Az oxidja például sokkal instabilabb, mint az szilíciumé, ezért a tiszta germániumtranzisztorokat sokkal jobban kell mesterségesen védeni, ami drágábbá és nehézkesebbé teszi őket. Ráadásul az olvadáspontja is alacsonyabb.
A legvalószínűbb, hogy teljesen új alapanyagra nem egyik napról a másikra fog átállni egy ekkora iparág. A legjobb és már rövid távon is működő megoldás a keverés lehet, a szilícium feljavítása az egy-egy szempontból kedvezőbb tulajdonságú alternatívákkal, mint ahogy a napelemek esetében erre már látszik is sikeres példa.
Ezt tette az Intelt beelőző IBM is, amikor júliusban elkészítették a világ első 7 nanométeres csipjét. A szilícium határait ők se tudták tovább feszíteni, ehelyett egy szilícium-germánium ötvözetet használtak, és az is kellett a rekordhoz, hogy az Extrém Ultraibolya Litográfia (EUVL) nevű eljárást használták az előállítás során. Viszont évekbe telik, amíg sorozatgyártásba kerülhet.
De a legígéretesebb anyagok az összetett félvezetők, köztük is a III-V félvezetők (onnan kapták a nevüket, hogy a periódusos rendszer IV. főcsoportjában található szilícium szomszédai). Egy ilyen szilíciumot kiegészítő réteggel, a gallium-nitriddel foglalkozik például az Efficient Power Conversion nevű startup, és 2017-ig szeretnének is gyártásra kész csipet produkálni.
Integrált álomkör
Persze a kutatások nem állnak meg a biztonsági játéknál, és jóval túlnéznek a szilíciumot toldozgató-foltozgató megoldásokon. Az egyik lehetőség természetesen a grafén, a 21. század csodaanyaga, amely több kutatási területet mozgatott meg a 2004-es első előállítása óta, mint amennyit érintetlenül hagyott.
![Grafén- (jobboldalt) és grafitminták a Cabot Corporation laborjában](https://kep.cdn.indexvas.hu/1/0/987/9873/98731/9873145_cc701461a87fd29a0a139ad9ce0f170d_wm.jpg)
Az egyetlen szénatom vastagságú grafénból készült kísérleti csip stabil, energiatakarékos, és a mai szilíciumcsipek sebességének a sokszorosára képes. Nagy hátránya viszont, hogy nincs tiltott sávja, olyan tartománya, amely elhatárolja a különböző elektronállapotokat, ami pedig az egyesek és nullák megkülönböztetéséhez nem ártana.
Sokkal alkalmasabbak félvezetőnek a grafén feltekerésével előállítható szén nanocsövek, ezeket viszont nagyon nehéz pontosan illeszteni, így könnyen elvesztik a csipkészítéshez szükséges tulajdonságaikat. A szénalapú csipekkel is elsősorban az IBM kísérletezik, a cég kutatórészlegénél úgy gondolják, hogy két-három csipgeneráció múlva már találkozhatunk nanocsöves processzorokkal.
Ennél jóval elrugaszkodottabb az a kutatási irány, amely nem az elektronok töltését, hanem a spinjüket feleltetné meg az egyeseknek és nulláknak. Ennek elsősorban az lenne az előnye, hogy egy ilyen csip sokkal kevesebb energiát igényelne a működéshez. A Globalfoundriesnál úgy gondolják, hogy spintronikai alapú csipek akár a nanocsöves változatot is beelőzhetik a piacra kerülésben, de a módszer hátránya, hogy továbbra is szükség lenne a hagyományos elektronikára, hogy a processzor a rendszer többi részével kommunikálni tudjon, a kétféle megoldás közötti fordítás pedig időigényes. Ezért inkább ott lehet hasznos ez a megoldás, ahol nincs szükség nagyon gyors számításokra, viszont nagy előny az energiahatékonyság.
És innen már csak egy ugrás a kvantumszámítógépek furcsa világa a qubitekkel és szuperpozíciókkal, de erről már külön is írtunk korábban, és szintén csak bizonyos feladattípusok esetében válthatná ki a jó öreg integrált áramkört.
Még egy alternatíva, amellyel régóta próbálkoznak a tudósok, az optikai számítógép, amelyben elektronok helyett fotonok cikáznának. Évek óta folyik a kutatás ebben az irányban is, bármiféle számottevő siker nélkül. Idén augusztusban azonban egy orosz-spanyol-francia kutatócsapat bemutatott egy új módszert, amely meghozhatja az áttörést.
A probléma az optikai megoldásokkal, hogy a látható fény hullámhossza túl nagy ahhoz, hogy elég pontosan lehessen vele dolgozni, az ennél kisebb hullámhossz viszont nehezen kezelhető. A kutatók most két centiméter átmérőjű kerámiagömböket használtak, amelyekkel már elég pontosan tudják irányítani az elektromágneses sugárzást ahhoz, hogy abból egy számítógép alapja kerekedhessen majd ki. A kétcentis gömbök persze még nem férnek bele a legújabb Iphone-ba, de az eredmények azért ígéretesek, mert elvileg amíg ugyanilyen törésmutatójú anyaggal dolgoznak, hasonlóan működőképes a dolog nanogömbökkel is, ezek gyártásához pedig már készen áll a technológia.
Az eddigi elképesztő fejlődési ütem tehát lelassult ugyan, de a Moore-törvényt még nem érdemes temetni, csak a következő évtizedekben valószínűleg nem (tisztán) szilícium fogja hajtani.
![](https://indexadhu.hit.gemius.pl/redot.gif?id=nSCbubuYpDWJZLZs0TssLrbt33Lk5kbipuiZrkg89G3.g7/stparam=skrjjshgja/fastid=eeorncrnbsilkneetelidigetojp/nc=0)