Steeds moeilijker
Zo vaak als de Wet van Moore door experts wordt aangehaald, zo vaak is hij in het verleden ook al dood verklaard. De belangrijkste ontwikkeling die de toename van het aantal transistors per chip mogelijk maakt is natuurlijk het continu verbeterende chipproductieproces met steeds kleinere transistorgroottes. De miniaturisatie heeft inmiddels al zover doorgezet dat Intel en andere fabrikanten miljarden transistors kunnen plaatsen op een chip die een paar vierkante centimeter groot is. Bij iedere introductie van een nieuwe procedé rijst de vraag of nóg kleinere transistors mogelijk zijn. Tot nu toe is dat nog altijd het geval, al krijgt het proces wel meer en meer voeten in de aarde.
Bij de afgelopen processen heeft Intel telkens al de nodige trucs moeten toepassen om transistors kleiner te krijgen en tegelijk de stroomlekkage, die bij steeds kleinere transistors een alsmaar groter probleem wordt, beperkt te houden. Bij het 90nm procedé kwam het met het zogenaamde Strained Silicon basismateriaal, bij het 45nm procedé werden transistors met zogenaamde High-K Metal Gates geïntroduceerd en bij het 22nm procedé introduceerde Intel voor het eerste de zogenaamde Tri-Gate “3D-transistors”, een technologie die ook wel bekend staat onder de naam FinFet en door andere chipfabrikanten als Samsung, TSMC en GlobalFoundries ook gebruikt zal gaan worden bij hun 16nm/14nm procedés.
De tijd die het kost om een nieuwe procedé goed op de rit te krijgen neemt de laatste jaren toe, zoals je ook duidelijk kunt zien in de bijstaande grafiek. Daarin hebben we het aantal dagen tussen de introductiedata van de eerste CPU’s gebruikmakend van opeenvolgende procedés geplot voor de laatste 10 generaties. Een dikke 10 jaar geleden introduceerde Intel haar tick/tock-strategie, waarbij het beloofde ieder jaar om en om een nieuwe processorarchitectuur en een nieuwe transistorgeneratie te zullen introduceren. Het moet gezegd worden: de eerste 65nm, 45mn en 32nm transistors werden vrijwel precies twee jaar na de voorgaande introducties op de markt gebracht. Het 22nm proces liet echter al meer dan 800 dagen op zich wachten en tussen de introductie van de eerste 22nm en de eerste 14nm processors zat zelfs ruim 900 dagen, ofwel tweeëneenhalf in plaats van twee jaar. We kunnen ons dan ook niet aan de indruk onttrekken dat Intel het bij het 14nm procedé moeilijk heeft gehad, aangezien op dit moment – ruim een half jaar na het verschijnen van de eerste 14nm chips – slechts een zeer beperkt aantal mobiele processorseries met de nieuwste generatie transistors wordt geproduceerd, waar Intel normaal gesproken binnen een half jaar praktisch alle mobiele- en desktopseries overgezet heeft.
Bij de introductie van de eerste Broadwell chips gaf Intel aan dat de kosten per mm² chipoppervlak, een bedrag dat traditiegetrouw bij ieder nieuw procedé exponentieel stijgt vanwege de hoge ontwikkel- en fabricagekosten, deze keer extra was toegenomen. Doordat het aantal transistors dat per mm² geplaatst kan worden juist extra was gedaald, bleven de uiteindelijke “kosten per transistor” in het gebruikelijke tempo dalen, maar het is een teken aan wand.
Het ontwikkelen van nieuwe productieprocessen wordt steeds lastiger. Het is Intel bij de laatste twee generaties niet meer gelukt om binnen twee jaar een nieuw proces op te leveren.
Bij de introductie van Broadwell gaf Intel aan dat bij het 14nm productieprocedé de kosten per mm² chipoppervlak sterker zijn gestegen dan gebruikelijk.
