Als eerste blok in deze reeks over de toekomst van de computer kijken we naar de basis hardwarecomponent: de processor. De ontwikkeling van processoren (en chips in het algemeen) is onderhevig aan ongeveer de bekendste wet in de computerwereld: de wet van Moore. Gordon Moore was medeoprichter van Intel toen hij opmerkte dat het aantal transistoren dat ze op een chip konden plaatsen, elke twee jaar verdubbelde. Aangezien hij dat in 1965 opmerkte en we nu 50 jaar verder zijn, hebben de processoren tegenwoordig 2 25 (33,5 miljoen) keer meer transistoren dan toen.
Historisch blijkt deze wet ontzettend goed te kloppen. Het lijkt wel alsof het een self-fulfilling prophecy is en dat de fabrikanten zich er op richten. Eén erg expliciet voorbeeld is Intel met zijn tick-tock ontwikkeling. Elke twee jaar stapt Intel over naar een ander productieprocédé. Dit werkt ontzettend goed voor hen: toen ze in 2006 ermee begonnen, hadden ze nog sterke concurrentie van AMD. Enkele ticks en tocks later was Intel weer de onbetwiste technologische en marktleider.
Jaarlijks kondigt Intel zijn nieuwste processoren aan. De eerste stap, in 2006, was een tick: de bestaande architectuur werd overgezet naar een nieuw procédé, toen 65mm. Het jaar nadien blijft het procédé behouden en verbetert Intel de architectuur. Hierdoor is het werk netjes gescheiden en vermijdt Intel de typische problemen van processorfabrikanten. Andere fabrikanten updaten tegelijk hun architectuur en hun proces, waardoor het niet altijd duidelijk is waar een bug zit. Dit leidde o.a. tot enorme vertragingen bij de introductie van de TI TMS320C62 DSPs.
Wanneer Intel een tick doet, dan krimpt het procédé met ongeveer een factor van √2, dus per oppervlak verdubbelen ze elke twee jaar exact het aantal transistoren. Self-fulfilling prophecy!
De productie van kleinere componenten heeft uiteraard uitdagingen. Zo verkleint het contactoppervlak van de gates van de transistor, waardoor er minder electronen kunnen passeren. Om dat te omzeilen, worden de gates in processen vanaf 25-20nm over een rechtopstaande “vin” gedrapeerd, zodat het contactoppervlak terug vergroot. Dit soort technieken zijn knappe workarounds, maar fysiek is er een harde limiet op hoe klein we kunnen gaan. En we kunnen die eenvoudig uitrekenen.
De meest recente Broadwell-processoren van Intel zitten op een proces van 14nm. Grafeen, een vel koolstofmoleculen van exact één atoom dik, is 0,345 nm dik (en silicium is een groter atoom dan koolstof). Zelfs als we aannemen dat Intel er in slaagt om de twee jaar te krimpen met √2, dan is over 10 ticks het proces kleiner dan één atoom. We kunnen gerust stellen dat het einde van een tijdperk in zicht is.
In de volgende posts komen andere aspecten van Moore’s Law aan bod: hitte, productiekosten en meer. Heb jij van iets gehoord dat silicium kan vervangen? Of weet jij hoe processoren kunnen evolueren na de wet van Moore? Laat het hieronder zeker weten!