A Moore törvény érvényesülése - napjainkban

Átírás

1 A Moore törvény érvényesülése - napjainkban Gyulai József Professor Emeritus Instituti MTA TTK MFA

2 Technológiai anyagkutatóként elfogult vagyok: a 20. század legnagyobb hatású találmánya a tranzisztor, majd abból az integrált áramkör Lilienfeld szabadalma (1925!), Mataré (1944) Bardeen-Brattain, Shockley (1949) Integrált áramkör, Kilby (1959), Noyce (1961) CCD, Boyle, Smith (1969)

3 A legszebb találmány, nekem, talán a lézer, mert csak elméleti meggondolás (populáció inverzió létezése) előzte meg Tranzisztornak ugyanis volt előzménye, a vákuum rádiócső, de sokan gondolkodtak arról, hogy a kristályatomok kifeszítette vákuum ugyanúgy viselkedik-e ez lett a mai electronic materials science egyik elindítója... Például, a ballisztikus tranzisztor autóverseny a cseppkőbarlangban egy hetvenes évekbeli rajzomon

4 A Moore törvény A legjobbkor, legjobb helyen Caltech utamat (1969) egy évvel előzte meg az Intel (Moore, Noyce,...) kiválása a Fairchildból ez utóbbi cég látott el bennünket, a formálódó Mayer-csapatot, benne engem, egy év alatt tizenegy cikket eredményező fejlesztési feladatokkal Az Intel kezdeti sikerének titka pimaszul egyszerű volt: a technológiai higiéne, (a kemence samott-nátrium kvarccső szilícium bélelés) Ezzel elsőként tudtak egyetlen chipen alaphelyzetben nyitott (növekményes), ill. feszültségre záró (kiürítéses) tranzisztorpárt, ezzel kaput gyártani. Több magyar emigráns is része volt a Bruce Deal vezette technológuscsapatnak: Andrew Grove, Leslie Vadasz... A gyors siker lehetett az oka, hogy az implantációt elutasították, amint egy Intelessel való, 1970-es beszélgetésemre visszagondolok 1976-ig, amikor is R.D. Pashley Caltech-doktoranduszunk írt, hogy felvette az Intel. Dick Pashley találta fel a flash memory -t, CEOhelyettesként ment nemrég nyugdíjba... Évente kétszer annyi elem egyetlen chipen... Talán a hetvenes évek végéig sikerül mondta, írta Gordon Moore (Electronics, 38(8), apr.19,1965) Generikus törvény született, ami és ezt ritkán hangsúlyozzák inkább üzleti, semmint technológiai a technológia csak eleget tesz a piacnak! International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS: négy évenkénti tanulmány, kétévenként korrekció

5 Miniatürizálás A nem-szakembereknek: a mikroelektronika sikerének titka lett, hogy működik az arányos kicsinyítés, a scale down : az arányosan kicsinyített tranzisztor elektromosan ugyanúgy viselkedik, kivéve a hődisszipációt... Nem csak a kis méret, hordozhatóság, vagy kis fogyasztás miatt fontos méretcsökkentés, hanem a megbízhatóság legalább annyira fontos elem: ami nő, ha több intelligenciát zsúfolunk a tokba belül dolgozik, nem kérdez külső adatokat, nem kér hibaforrásként szereplő beavatkozást... Elérhető lépésre egyetlen tévesztés, ami ún. redundáns szervezéssel tovább növelhető

6 Az ITRS-ből példa: a nehéz technológiai feladatok, 2011: az ipar tudja fehér, kell némi fejlesztés sárga, red brick wall, no known solution piros eddig megoldódott... (PROCESS INTEGRATION, DEVICES, AND STRUCTURES

7 ITRS változások, 2010, Eddig sikerrel és bőven megoldódtak a red brick wall feladatok Vajjon meddig maradhat így?

8 Kis hencegés: a Mayer-Gyulai (Caltech-KFKI, NSF) csapat hitt az ionimplantációban és tett annak technológiává tételéért... Három eredményünk, amiről elmondható, hogy a Moore-törvény teljesüléséhez is hozzájárult 1. Két kísérlet miatt tért át ui. a világ szilíciumipara az ún. (100)Si gyártására az egyiket (jobb oxidminőség) az Intel, a másikat (az implantáció okozta rácshibák is jobban hőkezelődnek) mi végeztük (1974). Ez, és 2. a pre-amorfizáció ötletünk tette az implantációt technológiává. Ezzel ui. elkerülhető a kristályszerkezetnek a pn-átmenet helyét bizonytalanná tevő hatása, 1975; Az első KFKI-cserekutató, a tragikus életű munkatársam, Csepregi László végezte a döntő kísérleteket. (A konkurrens ötlet, a BF 2+ implantáció is amorfizál, H. Ryssel, de fluorral elszennyezi az eszközt... ) 3. A preamorfizációt alkalmaztuk Silicon-On-Sapphire-ra, SOS, a mai SOIősére így gyártották az USA-ban (Hughes Aircraft) évtizedig a sugárzásálló katonai IC-ket (1985, R.W. látogatása)

9 A Moore törvény ma A mai csúcs az Intelnél kisebb, mint egy vírus! Az arányos kicsinyítés működhetik 2020-ig, de már nem csak a memóriáról és a processzorról van szó, hanem telekommunikációról, stb. is A szilíciumon ül egy átok: Nem lehet belőle könnyen lézert készíteni De igyexik a szakma A nanokristályok képesek ilyen fénykibocsátásra

10

11 (PROCESS INTEGRATION, DEVICES, AND STRUCTURES Emerging Research Devices Resistive... Ovshinsky?

12 Storage Class Memory MLC Multi/level Cell, STT Spin-transfer torque... PC Phase change... SCM: Storage Class Memory

13 A digitalizálás-miniatürizálás útjáról Emlékszem, talán 1977 táján, amikor (szomorúan: a néhai) Zámori Zoltán (KFKI) hazahozott egy Zilog mikrogépet és a bemutatón azt mondta: Ha egy bit processzálása 1/1000 cent alá esik, mindent digitálisan végeznek... Ez következett be a Moore-törvény vezérelte életben. A fizikai elveken nyugvó előrejelzések sorozatosan rövidebbre jósolták a Moore-korszakot és az (üzleti) világ rácáfolt. A hődisszipáció kezelése mindeddig sikeres volt... A digitális miniatürizálás sok köztes megoldással hozott sikereket. Pl. az analóg jelek felhasználása. Ebben hazai kutató is fontos szerepet játszott: Cellular Neural Network, CNN (Chua-Roska). De azért tudva, látva, hogy az útnak mindenképpen van vége, más megoldások is szóba kerültek, mint pl. az előbbi STT.

14 A nanoelektronika gondjai Scale down korlátai miatt új elemek: Nem elektronvezetés, más bináris rendszerek: spin, ~tronika A chipen optikai információtovábbítás a fémezés helyett elkerülhetetlen Optika: plazmonika? Analóg vs digitális rendszerek Biomimetikus megoldások

15 A qubit kvantummechanikai fogalom, amely összekapcsolt részecskéket jelöl. Az öt fluor és a két szén hét qubitje képes 15-öt faktorizálni: 3.5=15 Rádióhullámok indítják a gépet, NMR olvassa ki az eredményt A kvantumkomputer IBM Research Dicarbonylcyclopenta dienyl (perfluorobutadien-2- yl) iron (C11H5F5O2Fe ) (ill. pentafluorobutadienyl cyclopentadienyldicar bonyl-iron complex) 2012: Szupravezető qubit stabilizálás (10 μs), Sitechnológiával!

16 Kvantumkomputer spintronika (Courtesy of D. Jamieson, Melbourne)

17 A nanotechnológia gondjaim Minőségellenőrzés Ma: az ún. Total Quality Management, TQM, a cél, A biorendszerek "minőségellenőrzése" az evolúció: 1. a ön-reprodukció, 2. a véletlen mutációk (ez a "majdnem selejt"), 3. a 'minőség' a természetes kiválogatódás révén A nanotechnológiai analóg nincs kitalálva Lehet-e a minőségellenőrzés valamiféle 'gyorsított evolúció'? A mai, pl. gyógyszergyártási minőségellenőrzése nem lehet elég pl. a kvantumkomputer "gyártásához": nem maradhatnak inaktív, nem szenzibilizált molekulák, térben szervezetten kell létrejönniük (megtalálható címezhető) Összeér-e a nanoelektronikának a mikroelektronikából eredeztetett megbízhatósága a biomolekulákéval? Mi egy virus megbízhatósága?

18 Csak a digitális-miniatürizálás lenne az út? Kiss László (L.B.Kish, Texas A&M Univ.) eredményesen folytatja az Ambrózy-féle zajkutatási iskolát A memóriánál ugyan kell a >ktln2 kritérium az on-off között, de processzornál nem feltétlenül... Található ui. olyan munkapont, ahol a megbízhatóság kielégítő teljesítésével lehet adatfolyamot kezelni. Sőt, a zaj is lehet az információ szállítója, nem kell feltétlenül GHz-es, hőtermelő órajel. Tíz újraszámolás (másodperc?), tízszeres redunciacsatorna elfogadható megbízhatóságot hoz mondja Ha a grafén valaha jó lesz számítástechnikára, a tiltott sáv nélküli eszközök korszaka eljöhet...

19 Csak a digitális-miniatürizálás lenne az út? De és ez Kiss Laci szomorú véleménye is az üzleti érdek mindent felülír... Az ITRS tartja magát. Jómagam is kénytelen vagyok abban hinni, hogy jó ideig csak azok az újdonságok lehetnek post- Moore -ként nyerők, amelyek a mai foundrykban, némi ráfejlesztéssel megvalósíthatók... Egyébként? Mi történt a villamos autók szabadalmaival fél évszázadon át!...

20 A Moore törvény jövője szerintem Remélem azonban, ha már pl. biokomputereink lesznek, akad mérnök, aki elkészítteti ennek tranzisztor-szintű helyettesítő kapcsolását és azt várom, hogy kiderül, akkor is igaz az exponenciális törvény...

21 A Moore vs Wright törvény Tehát generikus törvény született 1965-ben, amit inkább üzleti, semmint technológiainak tartottam. Nincsen új a nap alatt ez a sorsa Moore-nak is: A Theodore Wright s Law (1936) megjelent újfent az irodalomban: A termelési költség exponenciálisan csökken a kumulatív gyártás szempontjainak függvényében ( cost decreases as a power law of cumulative production ) Santa Fe Institute (SFI) working paper Statistical Basis for Predicting Technological Progress, Bela Nagy, J. Doyne Farmer, Quan M. Bui, and Jessika E. Trancik) 62 ipari termékre vizsgálta meg, hat esetében teljes analízist végeztek. Állítják, hogy a Wright s Law a legjobb közelítés, de a Moore s Law is közel áll ehhez, mind low és high tech termékekre egyaránt Én nem látom az egzakt voltát egyiknek sem, sőt, üzleti stratégiát se alapoznék ekkora eltérésre.

22 A hazai KF-stratégia átalakult a Mikroelektronikai Vállalat tűzesete (1986) után A fő baj nem is a tűzkár volt, hanem az, hogy a Lloyd pénzét nem a szakmába táplálták vissza! A hazai közösség azonban nem ábrándult ki: Vagy elment a centrumokba (Szingapur, stb.) karriert csinálni, vagy itthon, hazajőve, értelmes stratégiát választott erről szól a mai konferencia Mert, Feynman után szabadon: There s lot of leftover not too far from the bottom... Ezt a résstratégiát lehet, kell itthon csinálni És végül a Ceterum censeo-m...

23 Ceterum censeo... : A mai tudománynak egyetlen küldetése és két súlypontja lehet ez valahol megfelel az ön- és fajfenntartás ösztönének is: 1. megkeresni annak a módozatait, hogy élhet-e, ill. hogyan 6-10 G ember a Földön úgy is, hogy a többi élőlény is megmaradjon? 2. emellett az egyén élettartam-növelése domináns érdeklődést vonz a biotudományok súlya, érdekessége, 3. amely eredmények hatással vannak az első súlypontra is. Képes lesz-e a társadalom ezt az életforma receptet idejében magáévá tenni? Én az elviselhetővé tételt a humanióráktól, ill. kiknek-kiknek a vallástól remélem

24 A zárt termelési-fogyasztási folyamatok elérése, amelyet egy nyolcvanas évekbeli reggeli teázásunk közben az akkori munkatársam, ma a Nortel egyik igazgatója, Drozdy Győző fogalmazott meg, tehát a zárt termelési-fogyasztási ciklusok elérése, mint megoldás a túlélésre, egy új tézishez látszik elvezetni: Ez év januárjában végre hallottam ezt az elvet az EU-ban: Recycling economy! Az ún. ökológiai lábnyom számítása, amely 4-6 Földet igényelne már a mai emberiség túlélésének biztosítására is, és amely alapvető szempont a Föld lakhatóságának biztosítására jelentősen megváltozik: ha ui. az alapanyagok kizárólag az emberi termelésen-fogyasztáson belül forognak, akkor csak az átalakításaikhoz szükséges energetika okán terhelik a Földet és növelik meg az ökológiai lábnyomot Ez paradigmaváltó lehetőség!

25 Buckminster Fuller: Operating Manual for Spaceship Earth - (1969) One outstandingly important fact regarding Spaceship Earth, and that is that no instruction book came with it Biosphere, Montreal, 1967 Montreal, 1967 treal, 1967, hogy nem kaptunk hozzá Használati utasítást Fullerének

26 Köszönöm a figyelmet és hallgassuk meg, mi történik a témában idehaza!