ISSCC 2016
Auch die Ökonomie spricht für ein Fortbestehen von Moore's Law
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Eine weitere Skalierung bringt technische und wirtschaftliche Vorteile
Aus Holts Sicht wird die Skalierung auch in Zukunft Vorteile bringen und zwar in allen drei Bereichen: höhere Geschwindigkeit, geringere Leistungsaufnahme und niedrigere Kosten pro Transistor. Ein Vergleich zwischen dem 4004 und dem Intel Core i5 mit 14 nm zeigt, welche Fortschritte in diesen drei Bereichen in den letzten gut 40 Jahren möglich waren: Die Geschwindigkeit ist um den Faktor 3500 gestiegen, die Energieeffizienz um den Faktor 90.000 und die Kosten pro Transistor um den Faktor 60.000 gesunken.
Diese Fortschritte waren nur möglich, weil viele Veränderungen durchgeführt wurden, wie von Bipolar zu MOSFETs, CMOS, Spannungsskalierung, SoC-Designs, Trench-Isolierung, Strained Silicon, HKMG bis hin zu FinFETs.
Wie bereits gesagt, spielt nicht nur der Kostenaspekt eine entscheidende Rolle, sondern auch die Verbesserung der Energieeffizienz. Was hier erreicht wurde, macht er an einem Vergleich zwischen der 4. und der 5. Generation der Intel Core-Prozessoren fest: »Der TDP-Wert konnte um den Faktor 2 verringert werden, während die Graphik-Rechenleistung um 60 bis 80 Prozent verbessert wurde«, so Holt.
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Analog skaliert nicht! Und auch wenn ständig versucht wird, Analogkomponenten zu digitalisieren, ist es ziemlich unwahrscheinlich, dass in Zukunft keine analogen Building-Blöcke wie Linearverstärker, DACs und Regler mehr benötigt werden. Dementsprechend steckt Intel in die Skalierung von Analogfunktionen viel Aufwand, was Holt mit folgender Aussage verdeutlicht: »In den 22- und 14-nm-Prozessen von Intel wurden die Transistoren und Passiven so ausgelegt, dass die Möglichkeiten im Analogbereich mindestens erhalten wenn nicht sogar verbessert werden konnten, bei gleichzeitig deutlicher Verkleinerung der Analogfläche.
Und auch auf der analogen Seite nicht im gleichen Umfang die Vorteile der Skalierung erreicht werden können, die man im Digitalbereich gewohnt ist, bringt sie aus Holts Sicht trotzdem bei traditionellen Analogfunktionen wie beispielsweise serielle I/Os enorme Vorteile. Denn dank der Skalierung ist seiner Meinung nach im Analogbereich die Performance sogar noch deutlich stärker gestiegen als bei CPU oder Speicher. Werden die Datenraten pro I/O-Pin rund alle vier Jahre verdoppelt, sind die Taktraten von Prozessorkernen in den letzten Jahren nur sehr langsam gestiegen. Holt: »Das hat dazu geführt, dass heute bei PCIe Gen3 oder 25 GB-Ethernet deutlich höhere Pin-Raten erreicht werden als Taktfrequenzen.« Holt geht davon aus, dass in ein paar Jahren auch die Transferraten von Speicherschnittstellen wie DDR die Core-Frequenz übersteigen werden.
SRAMs gelten ebenfalls als Hemmschuh für Skalierung, denn mit kleineren Prozessstrukturen und sinkender Spannung wird es immer schwieriger, SRAM auf niedrige Betriebsspannungen zu trimmen. Doch auch bei den embedded SRAMs lassen sich laut Holt noch Fortschritte erreichen. So konnte Intel dank deutlicher Verringerung hinsichtlich der Transistorvariationen im 14-nm-FinFET-Prozess eine deutliche Verbesserung bei der minimale Betriebsspannung des SRAMs erreichen.
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