La “legge di Moore” è il famoso enunciato del co-fondatore di Intel, Gordon Moore; una previsione relativa alla velocità di sviluppo della tecnologia del silicio, in base alla quale la densità dei transistor dei semiconduttori raddoppia approssimativamente ogni due anni, incrementando funzionalità e prestazioni e riducendone contemporaneamente i costi.
Quanto supposto da Moore è sempre stato più o meno confermato nel corso degli anni, diventando il metro, l’obiettivo e anche il limite di tutte le aziende che creano microprocessori, non solo di Intel. Da alcuni anni c’è chi considera non più valido l’enunciato secondo il quale il numero di transistor presenti in un chip può raddoppiare ogni 24 mesi, consentendo di aumentare le performance del chip. Tra i motivi di chi crede che l’enunciato di Moore sia agli sgoccioli: l’avvicinarsi ai limiti fisici di alcuni materiali e anche i costi elevatissimi legati ai processi produttivi di nuova generazione.
In un post sul blog aziendale, Godfrey Cheng, uomo a capo del Global Marketing di TSMC – partner di Apple che realizza i chip della serie Ax usati negli iPhone e negli iPad – afferma che la legge di Moore non è morta. “Dall’inizio del 2000”, scrive Cheng, “le performance di calcolo sono notevolmente aumentate, non attraverso il miglioramento della velocità di clock dei transistor ma bensì per merito di innovazioni a livello di silicio e per meccanismi di threading o parallelizzazione dei carichi di lavoro”. In questi casi l’aumento delle prestazioni non è ottenuto da miglioramenti nella velocità di clock ma piuttosto dall’usare più transistor per questioni di elaborazione”, mentre la legge di Moore fa riferimento alla densità dei transistor.
“L’elefante nella stanza” che consente a Cheng di affermare che la legge di Moore non è morta è il “die shrink”, termine usato nei processi di produzione dei circuiti integrati per indicare un semplice “ridimensionamento” del componente, con rifermento alla ri-scalatura del core elaborativo di un processore.
Cheng fa riferimento all’annunciato nodo produttivo N5P (a sua volta miglioramento del nodo N5 o 5nm EUV) che consente di realizzare cip sui 5nm su più layer grazie alla tecnologia EUV, con migliorie del 7% in termini di prestazioni rispetto al nodo N5.
Gli attuali chip di Apple della serie Ax sfruttano un nodo produttivo a 7nm ma a Cupertino da tempo starebbero esplorando l’uso di chip realizzati sui 5nm con l’A14 che dovremmo vedere negli iPhone del 2020.
La densità a livello di sistema è un altro fattore che dovrebbe permettere di migliorare le performance, nonostante alcune limitazioni nel caching della memoria. Localizzare fisicamente la memoria vicino ai core, offre latenza migliorata e una maggiore larghezza di banda per l’elaborazione dei dati, elementi che dovrebbero permettere di ottenere migliorie nell’ambito dell’intelligenza artificiale e della guida autonoma. “Come un’auto che viaggia sulle strade a velocità autostradali, ogni millisecondo è importante per la sicurezza”, spiega Cheng. “Localizzare la memoria vicino ai margini del core di elaborazione, è essenziale per ridurre la latenza”.
Cheng spiega che tecnologie avanzate di packaging create da TSMC, offrono “la perfetta integrazione dei core logici con la memoria”, con la demarcazione tra semiconduttore e sistema menzionata come “indistintinguibile giacché nuove avanzate tecniche di packaging sono sfruttate alla base dei wafer di silicio” (le sottili fette di materiale semiconduttore, come ad esempio un cristallo di silicio, sulla quale vengono realizzati dei chip o die con circuiti integrati attraverso deposizione di sottili strati di vari materiali, conduttori, semiconduttori o isolanti, e la loro incisione fotolitografica).
Queste tecniche comprendono l’uso di completi sistemi con un interposer a base di silicio, o una soluzione di packaging Fan-Out (InFO) che permetta di impilare chip sui wafer o wafer su wafer prima dell’integrazione per permettere di incrementare la densità.
Cheng ribadisce che la legge di Moore riguarda l’incremento della densità. Oltre la densità a livello di sistema ottenuta con avanzate tecnologie di packaging, TSMC continuerà ad aumentare la densità a livello di transistor, spiegando che sono molte le strade che l’azienda ha davanti per ottenere migliorie sul versante densità transistor.
Cheng fa riferimento a” transistor con materiali bidimensionali” nel canale al posto del silicio, spiegando che l’azienda “sta facendo incursioni in tutta la tavola periodica”. La sovrapposizione di strati multipli dei transistor nel “Circuito Integrato 3D monolitico” potrebbe permettere a una CPU di essere inserita in una aGPU con layer di memoria schiacciati tra loro. “La legge di Moore non è morta”, conclude Cheng; “esistono molti modi per continuare ad aumentare la densità”.
