A Moore törvény érvényesülése - napjainkban

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

2013. május 15.

MTA EETB Tudományos ülése "Új irányok..."

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)

2013. május 15.


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

2013. május 15.


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: http://public.itrs.net/ négy évenkénti tanulmány, kétévenként korrekció

2013. május 15.


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 1010 lépésre egyetlen tévesztés, ami ún. redundáns szervezéssel tovább növelhető

2013. május 15.


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

2013. május 15.


ITRS változások, 2010, http://public.itrs.net/

Eddig sikerrel és bőven megoldódtak a „red brick wall” feladatok Vajjon meddig maradhat így? 2013. május 15.


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 BF2+ implantáció is amorfizál, H. Ryssel, de fluorral elszennyezi az eszközt... )

3.

A preamorfizációt alkalmaztuk Silicon-On-Sapphire-ra, SOS, a mai SOI ősére – így gyártották az USA-ban (Hughes Aircraft) évtizedig a sugárzásálló katonai IC-ket (1985, R.W. látogatása)…

2013. május 15.


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

2013. május 15.


2013. május 15.


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

2013. május 15.


Storage Class Memory

MLC Multi/level Cell, STT Spin-transfer torque... PC Phase change...

SCM: Storage Class Memory 2013. május 15.


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.

2013. május 15.


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

2013. május 15.


A kvantumkomputer 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

2012: Szupravezető qubit stabilizálás (10 μs), Sitechnológiával! 2013. május 15.


IBM Research Dicarbonylcyclopenta dienyl (perfluorobutadien-2yl) iron (C11H5F5O2Fe ) (ill. pentafluorobutadienyl cyclopentadienyldicar bonyl-iron complex)

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

2013. május 15.


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”?

2013. május 15.


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... 2013. május 15.


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 „postMoore”-ként nyerők, amelyek a mai foundrykban, némi ráfejlesztéssel megvalósíthatók... • Egyébként? Mi történt a villamos autók szabadalmaival fél évszázadon át!...

2013. május 15.


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...

2013. május 15.


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.

2013. május 15.


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...

2013. május 15.


„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 …

2013. május 15.


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! 2013. május 15.


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

…, hogy nem kaptunk sphere, Montreal, 1967 hozzá Használati ere, Montreal, 1967 utasítást… Fullerének 2013. május 15.


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

2013. május 15.


A Moore törvény érvényesülése - napjainkban

Recommend Documents