50 лет закону Мура

19 апреля 50 лет назад была опубликована статья с некоторым эмпирическим наблюдением, впоследствии получившем название «закон Мура», этакий долгожитель быстротекущего и изменчивого мира электроники. Компания Intel в связи с этой крупной и круглой датой взяла интервью у своего основателя, старичка Мура.

Что ж, добро пожаловать под кат за некоторые интересными подробностями и, собственно, интервью.

Интервью

— Как вы пришли к выводу о том, что количество транзисторов в одной микросхеме будет увеличиваться в два раза каждые два года? Это была догадка или результат наблюдений?

— В начале 60-х годов XX в. мы разрабатывали полупроводниковую технологию для ее последующего промышленного применения. С теми инструментами, которые были тогда в нашем распоряжении, это было очень сложно. Я занимал пост директора по исследованиям и разработкам в компании Fairchild Semiconductor, руководил процессом оптимизации технологии. Ко мне обратилась редакция журнала Electronics Magazine с просьбой подготовить статью для их 35-го ежегодного издания, в которой нужно было рассказать о том, что произойдет в полупроводниковой отрасли в ближайшие 10 лет. Поэтому я решил проанализировать достигнутое. Я взял несколько микросхем и обратил внимание на то, что сначала мы устанавливали на них по одному транзистору, затем — по восемь, а в самых новых — в два раза больше, то есть 16. В лаборатории мы работали над созданием микросхем с 30-ю элементами и рассматривали возможность установки в 2 раза большего количества транзисторов. Я пришел к выводу, что каждый год мы увеличивали количество элементов в 2 раза. Поэтому я сделал смелое предположение и сказал о том, что мы будем продолжать увеличивать количество элементов в 2 раза каждый год и перейдем от 60 элементов к 60 тыс. в течение 10 лет.

Я хотел донести до общественности мысль о том, что именно так будет развиваться микроэлектронная промышленность и это окажет положительный экономический эффект. Хотя в то время поводов для оптимизма было мало: первые интегральные микросхемы стоили дороже отдельных корпусных компонентов для сборки аналогичных схем. Нужно было рассказать о том, что мы обладаем технологией, которая позволит серьезно удешевить микроэлектронику. Я полагал, что эта просто временная тенденция отрасли. На деле же она оказалась гораздо более стойкой, чем я мог предположить. Один из моих коллег — кажется, Карвер Мид, профессор Калифорнийского Технологического института — назвал описанную тенденцию законом Мура.

— Могли ли вы предположить 50 лет назад, что ваше наблюдение останется актуальным так долго? Это ведь не закон природы, а правило, являющееся результатом наблюдений. Значит, нет гарантий, что оно продолжит действовать в будущем.

— В 1965 г. и позднее, в 1975 г., когда я уточнил свое наблюдение, я не думал о том, когда закон перестанет действовать. Современная отрасль находит все новые и новые способы для того, чтобы делать микросхемы все более сложными. Сегодня мне трудно поверить, что речь идет уже о миллиардах, а не о десятках, сотнях или тысячах транзисторов в корпусе одной микросхемы. Закон оказался более живучим, чем я мог предположить в 1965 г. или 1975 г., и пока трудно сказать, когда его действие закончится.

Вначале закон использовался просто как иллюстрация техпроцесса. Но постепенно его стали воспринимать как определяющую тенденцию промышленности, как правило для измерения прогресса. Сейчас он лежит в основе развития полупроводниковой отрасли.

— Вы принимали участие в разработке современных компьютерных технологий с самого их зарождения. Какие разработки и устройства впечатлили вас больше всего?

— В 1965 году в статье я сделал много прогнозов, начиная с часов и персональных компьютеров и заканчивая радиолокационными станциями с фазированной антенной решеткой. Перечитывая эту публикацию сегодня, я сам удивляюсь, насколько точными оказались эти предположения. Пожалуй, сильнее всего меня удивила эволюция сети Интернет и то место, которое она заняла в жизни людей всего мира. Мы знали, что компьютеры делают полезные вещи, что это будет развиваться, но я не осознавал, что они станут важнейшими составляющими глобальной коммуникационной среды. Мне трудно назвать другую, столь же выдающуюся инновацию.

— Вы как-то упомянули, что стали предпринимателем чисто случайно. Сейчас, когда вы имеете большой опыт работы в Shockley*, Fairchild* и Intel, какой советы вы могли бы дать техническому предпринимателю?

— Я не уверен, что могу дать полезный совет в этой области. Я всегда считал, что нужно определить сферу деятельности и вид продукции, которую хочется выпускать, а затем, если в этом есть практический смысл, начинать. Сейчас многие предприниматели подходят к этому вопросу по-другому: сначала решают основать компанию, а потом приступают к поиску идеи, которую могли бы реализовать. Некоторые такие проекты оказались весьма успешными, например, Google, но многие не смогли удержаться на рынке. Я посоветовал бы обратить внимание на то, как сделать проект долгосрочным. 

— Могла ли корпорация Intel занять свои нынешние позиции и сохранить их, если бы не следовала закону Мура?

— Я полагаю, что нет. Когда мне спрашивают, что я мог бы сказать сотрудникам Intel, я говорю о том, что необходимо продолжать реализацию закона. Существует множество проблем, которые нужно решить для того, чтобы технологии развивались в соответствии с заданной скоростью, и это очень важно, так как позволяет контролировать ситуацию и сохранить успех в будущем. Нужно делать все возможное, а это требует постоянных усилий.

— Какое значение образование имеет для технологической отрасли?

— Я думаю, что постоянный приток хорошо подготовленных инженеров и ученых является источником жизненной энергии для любой компании, в том числе, для Intel. И это будет происходить только в том случае, если университеты будут учить студентов тому, что нужно нам и другим производящим компаниям. Хорошие идеи часто рождаются именно в головах молодых инженеров. Они хотят и могут совершить реальный прорыв, который позволит создать принципиально новые продукты и процессы. Поэтому вузы играют важную роль в поддержке успеха современных технологий, а компании становятся важным фактором востребованности и успеха процесса обучения.

— Помог ли закон Мура Intel и другим производителям быстрее создавать инновации и осваивать выпуск новой продукции?

— Конечно, влияние закона Мура со временем изменилось. Изначально он использовался просто для отслеживания прогресса. Люди создавали более сложные микросхемы. Можно было сравнить результаты и убедиться в том, что сложность проектирования растет. Но позже компании стали воспринимать закон как нечто, чего нужно придерживаться для сохранения конкурентоспособности. Для того чтобы оставаться в авангарде, им нужно двигаться так быстро, как это указано в законе. Таким образом, закон перестал быть средством оценки успехов и сейчас рассматривается в качестве основной движущей силы отрасли.

— Закон Мура – это, наверное, то, благодаря чему вы вошли в историю. Или вы хотели бы, чтобы люди запомнили вас как одного из основателей Intel?

— Трудно назвать что-либо одно, чем я горжусь. Возможно, создание Intel – это один из моих самых больших успехов.

— Как вы думаете, насколько знаменит ваш закон? Сколько людей из 100 назовут вас, если их спросят, какие известные законы в области электроники они знают?

— Меня удивляет, насколько часто в своей жизни я сталкиваюсь с упоминаниями этого закона. Я проверил количество упоминаний закона Мура и закона Мерфи в сети Интернет. Google нашел, как минимум, в 2 раза больше упоминаний моего закона.

Также компания Intel подготовила интересные сравнения и «применения» закона Мура в повседневной жизни.

Например, автомобили. Если бы в автомобильной промышленности существовал бы закон Мура, то…

• … люди могли бы ездить всю жизнь без дозаправки при условии, что эффективность автомобильного топлива увеличивалась такими же темпами, как и число транзисторов в законе Мура
• … автомобиль сейчас был бы размером с муравья, при сохранении скорости, с которой уменьшаются размеры транзисторов. Плюс каждый из нас мог бы хранить в кармане рубашки целую кучу запасных шин.

В строительстве можно было бы достичь невероятного, как например:

• Если бы небоскребы падали в цене со скоростью, установленной законом Мура, люди могли бы купить себе по небоскребы по цене ниже стоимости персонального компьютера сегодня. А если бы небоскребы росли в высоту со скоростью закона Мура, то сейчас они бы были в 35 раз выше горы Эверест.
• Если бы стоимость домов уменьшалась со скоростью уменьшения размеров транзисторов, человек мог бы купить дом по цене одной конфетки!

Полететь на Луну за смехотворную стоимость, если бы закон Мура правил в аэронавтике. К примеру:

• Стоимость космической программы «Аполлон» по высадке людей на Луне составляла $25 млрд. Если бы цена снижалась со скоростью закона Мура, сейчас стоимость программы была бы сопоставима со стоимостью небольшого частного самолета.
• Полет на Луну в 1969 г. занял 3 дня. Если бы положения закона Мура можно было бы применить к космическому путешествию, то оно заняло бы 1 минуту.
• Перелет из Новой Зеландии в Нью-Йорк завершался бы за то время, которое требуется вам застегнуть ремень безопасности в самолете.

Как ни странно, но закон Мура не является законом природы. Он сохраняет свою актуальность, благодаря целой армии людей, которые развивают фундаментальные законы физики. Сейчас на фабриках Intel производится более 10 млрд транзисторов каждую секунду, которые используются в многофункциональных устройствах. И если раньше первые полупроводниковые транзисторы были размером со стирательную резинку на конце карандаша. Благодаря закону Мура, более 6 миллионов современных транзисторов (Tri-Gate) можно разместить на точке в конце предложения.

На данный момент фотолитография осуществляется с помощью лазера с длинной волны 193 нм. Это некоторый золотой стандарт электронной промышленности. И с помощью различных изощрений удаётся достигнуть потрясающих результатов, например, как представленный на рисунке выше чип, выполненный по 14нм техпроцессу. Однако не за горами эра ЭУФ-литографии (экстремальный ультрафиолет) с длиной волны 135 нм. ЭУФ-инструменты позволяют сделать больше операций за один проход по сравнению с современными сканерами. Хотя технология продолжает развиваться, это происходит достаточно медленно в связи с целым рядом трудностей, в том числе с источником излучения и линзами для фокусировки лазера. Плюс ко всему требуются новые установки, вакуумные системы и различные материалы для масок и фоторезиста. Кроме того, появляются и другие сложности, например, уменьшение «неровности ширины линии» вместо уменьшения «неровности края линии».

А в отдалённом будущем для сохранения закона Мура необходимо осуществить переход к электронной литографии. С помощью технологии Multiple Electron-Beam Direct Write (MEBDW) когда-нибудь в будущем миллиарды лучей будут создавать транзисторы на кристалле. Кстати, один из разработчиков данной системы Mapper в недавнем прошлом получил финансирование РосНано.