nachricht

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im april 1965 veröffentlichte die zeitschrift „electronics“ einen artikel von intel-mitbegründer gordon moore, der darauf hinwies: „die zahl der transistoren, die auf einem integrierten schaltkreis untergebracht werden können, wird sich etwa alle zwei jahre verdoppeln.“

der artikel und seine vorhersagen sind seitdem legendär und wie die meisten legenden hat er viele änderungen in erzählungen und nacherzählungen erfahren. die medien griffen das argument des artikels auf, dass die halbleitertechnologie eine neue ära der elektronikintegration einläuten würde, und destillierten es zu einem motto, das im laufe der jahre viele formen angenommen hat. doch egal welche form es annimmt, es trägt immer den gleichen namen: moores gesetz.

wer ist der treueste hüter des mooreschen gesetzes? die antwort auf diese frage war vor zehn jahren nahezu einzigartig: wer außer intel, mitbegründer von gordon moore, konnte diese verantwortung noch übernehmen?

seit seiner gründung im jahr 1968 ist intel untrennbar mit dem wort „shrink“ verbunden. für die ersten vier jahrzehnte war das ein großes lob.etwa alle zwei jahre bringt der us-amerikanische chip-pionier neue transistoren auf den markt, die halb so groß sind wie ihre vorgänger. dadurch können mehr chips auf nahezu demselben siliziumwafer untergebracht und zu nahezu demselben preis gewinnbringend verkauft werden. dies verschaffte intel eine beherrschende stellung auf dem markt für speicherchips, und als „speicher“ in den 1980er jahren zur massenware wurde, dominierte es den markt für mikroprozessoren, die die pc-revolution vorantreiben.

aber heute, zehn jahre später, ist die antwort nicht mehr eindeutig. es gibt immer weniger anhänger des mooreschen gesetzes und intel ist kein pionier mehr in der chipindustrie. nach zwei katastrophalen quartalsfinanzberichten in folge ist intels marktwert gesunken januar auf über 210 milliarden us-dollar auf 84 milliarden us-dollar geschrumpft, sogar weniger als der wert seiner fabriken und ausrüstung. man kann sagen, dass es in der jahrzehntelangen geschichte dieses unternehmens noch nie eine so schwierige zeit gegeben hat.

hier stellt sich eine neue frage: wer kann moores gesetz wirklich erben?

nvidia

nvidia scheint dem vom intel-gründer vorgeschlagenen mooreschen gesetz immer widersprochen zu haben.

bereits 2010 betonte bill dally, chefwissenschaftler und senior vice president of research bei nvidia, in einer kolumne in forbes den tod des mooreschen gesetzes. er sagte, dass parallel computing die zukunft der zukünftigen entwicklung der halbleiterindustrie sei.

er glaubt, dass der vom mooreschen gesetz vorhergesagte cpu-schrumpf nun nicht mehr besteht und sich die cpu-leistung nicht mehr alle 18 monate verdoppelt. dies stellt eine ernsthafte bedrohung für viele branchen dar, die auf ein historisches wachstum der rechenleistung angewiesen sind:

öffentliche behörden benötigen mehr rechenleistung, um gefährliche wetterereignisse vorherzusagen und langfristige klimaveränderungen zu analysieren. energieunternehmen müssen große mengen seismischer und geologischer daten auswerten, um neue wege zu finden, um öl und gas sicher aus vorhandenen reserven zu gewinnen. verbesserte rechenleistung ist erforderlich, um arzneimittelmoleküle zu entwickeln, die an bestimmte zellrezeptoren binden; klinische onkologen benötigen eine bessere und schnellere medizinische bildgebung, um krebs zu diagnostizieren und behandlungsmöglichkeiten zu identifizieren; herzchirurgen möchten beschädigtes gewebe in echtzeit visuell beurteilen, um sicherzustellen, dass ihre operation funktioniert.

er sagte, dass die industrie dringend die einführung paralleler computer benötige. einer ihrer grundlegenden vorteile sei, dass durch die verdoppelung der anzahl von prozessoren viele programme doppelt so schnell ausgeführt werden könnten. eine verdoppelung der transistoranzahl einer seriellen cpu kann nur eine sehr begrenzte leistungssteigerung bewirken – dafür ist der energieverbrauch sehr hoch.

darüber hinaus ermöglichen parallele computer wie grafikprozessoren oder gpus eine kontinuierliche skalierung der rechenleistung in den heutigen energiebeschränkten umgebungen. alle drei jahre kann nvidia die anzahl der transistoren (und kerne) vervierfachen. indem nvidia die geschwindigkeit, mit der jeder kern läuft, leicht reduziert und so die effizienz erhöht, kann er die leistung bei gleicher gesamtleistung mehr als verdreifachen.

um es einfach auszudrücken: die von intel repräsentierte cpu ist nicht mehr die zukunft des computings, und die von nvidia repräsentierte gpu ist die wahre zukunft. damals war das eine sehr radikale und interessante sichtweise.

viele jahre später, auf der gpu technology conference (gtc) 2018 in san jose, kalifornien, bestritt nvidia-ceo jensen huang in seiner rede erneut das mooresche gesetz. gpu er folgt einem eigenen gesetz.

„jetzt gibt es ein neues gesetz“, sagte er, „ein gesetz der superbeschleunigung.“ dieses gesetz wurde später „huangs gesetz“ genannt.

wie schnell schreitet die gpu-technologie voran?während huangs keynote-rede wies er darauf hin, dass nvidias gpus heute 25-mal schneller seien als vor fünf jahren. wenn wir dem mooreschen gesetz folgen, erhöht sich ihre geschwindigkeit nur um das zehnfache.

anschließend verwendete er einen weiteren benchmark, um die verbesserung der gpu-leistung zu veranschaulichen: die zeit zum trainieren von alexnet. alexnet ist ein neuronales netzwerk, das anhand von 15 millionen bildern trainiert wird. er sagte, dass dieser schulungsprozess vor fünf jahren mit zwei nvidia gtx 580-grafikkarten sechs tage gedauert habe, aber mit der neuesten hardware des unternehmens, dgx-2, dauert er jetzt nur noch 18 minuten – 500-mal schneller.

huang renxun wies deutlich darauf hin, dass gpus ein eigenes gesetz benötigen, weil sie von gleichzeitigen fortschritten in vielen aspekten profitieren: architektur, verbindung, speichertechnologie, algorithmen usw. „innovation steckt nicht nur im chip“, sagte er, „sondern im gesamten technologie-stack.“

seit 2018 bekräftigt huang seine ansicht, dass moores gesetz sein ende erreicht hat, bezeichnet das konzept oft als „tot“ und sagte wired anfang des jahres: „wir müssen es aufgeben. moores gesetz, damit wir über neue wege nachdenken können.“ skala."

das interessante daran war, dass das huang-gesetz nicht so schön war wie beschrieben. es war nicht einmal ein relativ abstraktes konzept, dem nvidias chefwissenschaftler und forschungsvizepräsident bill dally folgen sollte gab später an, dass die leistung von nvidia-chips im wichtigen ki-computing-bereich von november 2012 bis mai 2020 um das 317-fache gestiegen sei, mit einem durchschnittlichen anstieg von mehr als dem doppelten pro jahr.laut open ai wird sich die leistung auf der grundlage klassischer bilderkennungstests mit künstlicher intelligenz etwa alle anderthalb jahre verdoppeln.

alles in allem ist das huang-gesetz in der bekanntheit von nvidia schneller als das moore-gesetz, das sich in zwei jahren verdoppelt hat. selbst als huang renxun kürzlich über die zukünftige entwicklung von rechenzentren sprach, bekräftigte er die ansicht, dass das moore-gesetz vorbei sei. er glaubt, dass moderne rechenzentren in den nächsten 10 jahren die entwicklung beschleunigen und dichter und energieeffizienter werden werden. die traditionelle verdoppelungsrate alle fünf jahre ist vorbei und die erwartete verdoppelungsrate alle zehn jahre ist immer schwieriger geworden.

moores gesetz hat sich tatsächlich verlangsamt, aber ob huangs gesetz es ersetzen kann, ist immer noch ein großes fragezeichen.

tatsächlich hängen die meisten leistungsverbesserungen von nvidia eng mit der knotenkonvertierung zusammen.nvidia hat die leistung in letzter zeit zweimal ohne knotenwechsel deutlich verbessert – das erste mal von kepler auf maxwell und das zweite mal von volta auf turing.während nvidia gut darin ist, zusätzliche leistung aus demselben knoten herauszuholen, können sie auch erkennen, wie wichtig neue prozessknoten für die gesamtleistung von nvidia sind.

tatsächlich wird das sogenannte huang-gesetz zu einem erheblichen teil durch das mooresche gesetz bestimmt. ohne verbesserungen der transistordichte wird es keine leistungsfähigere gpu-leistung geben. wenn moores gesetz in schwierigkeiten steckt – sei es in bezug auf die transistorskalierung oder in bezug auf schlecht definierte leistungsverbesserungen –, wird dies auch in huangs gesetz der fall sein, und das tempo der ki-leistungsverbesserungen wird sich verlangsamen, da die vorteile des node-switching abnehmen, und das ist der grund, warum huang renxun und nvidia selbst haben ihre eigenen gesetze in den letzten zwei jahren kaum erwähnt.

darüber hinaus stellt das mooresche gesetz nicht nur die kontinuierliche verbesserung der transistordichte dar, sondern seine größere bedeutung besteht darin, leistungsstärkere chips zu einem niedrigeren preis zu erhalten.vereinfacht ausgedrückt: wenn ics mit denselben spezifikationen auf wafern derselben fläche hergestellt werden, kann sich die ic-produktion mit der weiterentwicklung der prozesstechnologie alle anderthalb jahre, also alle anderthalb jahre, verdoppeln jahre können die halben kosten um 50 % und die durchschnittlichen jährlichen kosten um mehr als 30 % gesenkt werden, was einer der schlüssel zum anhaltenden wohlstand des unterhaltungselektronikmarktes ist.

was ist also mit dem huang-gesetz von nvidia? die gemeinnützige forschungsorganisation epoch hat herausgefunden, dass sich das preis-leistungs-verhältnis von gpus (gemessen in flops/$) zwischen 2006 und 2021 alle 2,5 jahre verdoppelt hat, viel langsamer als huangs gesetz zuvor vorhergesagt hatte.

anhand eines datensatzes von 470 grafikprozessormodellen (gpu), die zwischen 2006 und 2021 veröffentlicht wurden, stellte epoch fest, dass sich die anzahl der gleitkommaoperationen pro sekunde und dollar (im folgenden als flop/s pro dollar bezeichnet) alle etwa 2,5 jahre verdoppelt. es wurde festgestellt, dass verbesserungen bei erstklassigen gpus zu jedem zeitpunkt langsamer sind (flop/s pro dollar, verdoppelung alle 2,95 jahre), wohingegen verbesserungen schneller sind (flop/s pro dollar, verdoppelung in 2,07 jahren).

aus dieser perspektive,huangs gesetz mag eine gute nachricht für die ki-industrie sein, aber es unterscheidet sich stark vom mooreschen gesetz, von dem die gesamte halbleiterindustrie profitiert hat. nvidia ist nicht das unternehmen, das moores gesetz geerbt hat.

tsmc

zufälligerweise hat tsmc, das chips für nvidia herstellt, großes interesse an der fortführung des mooreschen gesetzes gezeigt.

bereits 1998 sagte der vorsitzende von tsmc, zhang zhongmou, dass das mooresche gesetz in den letzten 30 jahren recht wirksam gewesen sei und auch in den nächsten 10 bis 15 jahren noch anwendbar sein sollte „nach all den bergen und flüssen gibt es keinen ausweg“, sondern eine wahrheit, aber es ist „ein weiteres dorf mit dunklen blumen und leuchtenden blumen“.

auf der hot-chips-konferenz 2019 betonte philip wong, vizepräsident für forschung bei tsmc, in seiner rede, dass das mooresche gesetz nicht nur immer noch gültig ist, sondern dass es auch in den nächsten dreißig jahren noch gültig sein wird, solange die richtigen technischen mittel eingesetzt werden.

„es ist nicht tot“, sagte er den teilnehmern, „es lässt nicht nach, es ist nicht einmal krank.“

laut wong ist die zunehmende dichte der einzige wichtige faktor zur aufrechterhaltung des mooreschen gesetzes. obwohl er einräumte, dass die taktraten mit dem ende des dennard-skalierungsgesetzes ein plateau erreichen werden, wird die transistordichte zu einer besseren leistung und energieeffizienz führen.

laut wong ist das einzige, was zählt, solange das unternehmen weiterhin mehr transistoren auf kleinerem raum liefern und die energieeffizienz verbessern kann. kurzfristig dürfte dies auf herkömmliche weise erreicht werden, indem die cmos-prozesstechnologie verbessert wird, um transistoren mit kleineren gate-längen herzustellen.

und auf lange sicht bedeutet die verlangsamung der 2d-skalierung nicht das ende der dichte. er wies darauf hin, dass es auch nach dem ende des skalierungsgesetzes von dennard viele innovationen in der halbleiterfertigung gegeben habe, die für einen aufwärtstrend der dichte gesorgt hätten, insbesondere die verwendung von strained-silicium- und high-k-metal-gate-technologien, gefolgt von der einführung von 3d-strukturen mit finfets.

wong betonte auch die bedeutung der verpackung für die fortführung des mooreschen gesetzes. kurzfristig kann man sich auf 2,5d-verpackungen verlassen (tatsächlich wird sie bereits in großem umfang eingesetzt), langfristig jedoch auf echte 3d-verpackungen die technologie wird zu weiteren verbesserungen der chipdichte führen.

bei philip wong hat tsmc seinen anspruch mehr als einmal betont: das mooresche gesetz ist ein symbol. als gießerei muss es dieses gesetz nicht vollständig befolgen, aber tsmc hat die durch dieses gesetz vorgegebene richtung verfolgt.

in einem interview mit ian cutress von techtechpotato im juli 2024 sagte dr. kevin zhang, leiter der prozesstechnologie bei tsmc, dass ihm das mooresche gesetz egal sei, solange der gesamtfortschritt reibungslos verläuft.

„nun, meine antwort ist einfach: es ist mir egal“, sagte kevin zhang. „solange wir die technologieexpansion weiter vorantreiben können, ist es mir egal, ob moores gesetz noch existiert.“

„(beobachter) haben das mooresche gesetz eng auf der grundlage einer zweidimensionalen skalierung definiert, aber das ist nicht mehr der fall“, sagte er. „angesichts des innovationsrummels in unserer branche finden wir tatsächlich weiterhin verschiedene wege, um mehr funktionen und fähigkeiten bereitzustellen.“ werden in kleinere formfaktoren integriert. daher denke ich, dass das mooresche gesetz oder die technologieskalierung weitergehen wird.

auf die frage nach dem erfolg von tsmc mit inkrementellen prozessknotenverbesserungen stellte er klar, dass der fortschritt alles andere als trivial sei. tsmc betonte, dass der übergang der gießerei von 5-nm- zu 3-nm-prozessknoten zu ppa-verbesserungen von mehr als 30 % pro generation geführt hat und auch in zukunft kleinere, aber kontinuierliche verbesserungen zwischen den großen knoten vornehmen wird, damit kunden von jedem neuen profitieren können generation der technologie.

tsmc und nvidia haben zwei völlig unterschiedliche einstellungen zum mooreschen gesetz. ersteres versucht sein bestes, es fortzusetzen, während letzteres es ständig leugnet.also, wer ist der richtige? schauen wir uns zunächst an, was der ursprüngliche erfinder des mooreschen gesetzes gesagt hat.

intel

im gegensatz zu tsmc, das auf dem vormarsch ist, befand sich intel in den letzten zwei jahren zwar im niedergang, scheint aber den versuch, moores gesetz fortzusetzen, nie aufgegeben zu haben.

seit seinem amtsantritt als ceo im jahr 2021 hat intel-ceo gelsinger betont, dass das mooresche gesetz „immer noch gesund“ sei. er sagte sogar, dass intel die geschwindigkeit des mooreschen gesetzes mindestens bis 2031 übertreffen und das „super mooresche gesetz“ fördern könne foveros wartet auf die 2,5d- und 3d-chip-packaging-technologie, um die anzahl der transistoren zu erhöhen.

im dezember 2023 wurde kissinger während einer rede am mit nach dem möglichen ende des mooreschen gesetzes gefragt. er sagte: „wir befinden uns nicht mehr im goldenen zeitalter des mooreschen gesetzes. es ist jetzt viel schwieriger, also verdoppeln wir uns wahrscheinlich.“ es ist jetzt drei jahre her, wir sehen also definitiv eine verlangsamung.“

kissinger betonte auch, dass intel zwar bis 2030 chips mit 1 billion transistoren herstellen könne, obwohl sich das mooresche gesetz zu verlangsamen scheine. heute verfügt der größte chip in einem einzigen gehäuse über etwa 100 milliarden transistoren.der ceo sagte, vier faktoren hätten dies ermöglicht: neue ribbonfet-transistoren, powervia-stromversorgung, prozessknoten der nächsten generation und 3d-chip-stacking. er schloss seine antwort mit den worten: „für alle kritiker, die behaupten, wir seien tot … bis das periodensystem erschöpft ist, sind wir noch nicht fertig.“

auf der diesjährigen computex taipei wurde intels keynote mit gordon moore, mitbegründer von artificial intelligence resurrection, eröffnet, der eines seiner berühmtesten zitate wiederholte: „alles, was bisher getan wurde, kann übertroffen werden.“ dies ist intels schlachtruf bei seinem streben nach mikrochips vorherrschaft, und es ist auch eines der symbole des mooreschen gesetzes.

während der rede erinnerte gelsinger an die einführung des intel 80286 im jahr 1981, eines 16-bit-mikroprozessors mit 100.000 transistoren, und betonte, dass moderne chips eine milliarde transistoren unterbringen wollen, eine zahl, die bis 2020 voraussichtlich eine milliarde erreichen wird .

„im gegensatz zu dem, was jen-hsun huang glauben machen möchte, ist moores gesetz immer noch gültig“, sagte gelsinger und betonte, dass intel als führender anbieter von pc-chips eine wichtige rolle bei der popularisierung von ki spielen wird.

während tsmc nur sein bestes gibt, um moores gesetz umzusetzen, scheint intel sein eigenes vermögen und sein eigenes leben darauf zu setzen.

obwohl die leistung von intel in den letzten beiden quartalen sehr schlecht war und sogar einige chips zur gießerei an tsmc übergeben wurden, hat es seine ursprüngliche vision immer noch nicht aufgegeben und erneut den 18a-knoten hervorgehoben, der unzählige male in der technologie aufgetaucht ist roadmap.

werfen wir einen blick auf die technischen details: 18a ist der fünftplatzierte produktionsprozess auf intels roadmap zur beschleunigung der rückkehr zur technologieführerschaft. intel 7 ist bereits in alder-lake- und raptor-lake-cpus aufgetaucht, während intel 4 erst ende letzten jahres mit der einführung der meteor-lake-chips eingeführt wurde. der aufgegebene 20a-knoten sollte ursprünglich mit der arrow-lake-cpu-serie auf den markt kommen, während dies beim 18a-knoten der fall ist voraussichtlicher start im jahr 2025. offiziell eingeführt.

es wird davon ausgegangen, dass die erste charge von produkten, die die 18a-prozesstechnologie verwenden, client-pc-prozessoren mit den codenamen panther lake und clearwater forest-rechenzentrumsprozessoren sein werden. darüber hinaus wird auch intels cpu mit dem codenamen diamond rapids diesen knoten nutzen. bei externen kunden bestätigte microsoft pläne, es für prozessoren zu verwenden, das us-verteidigungsministerium wird es auch in seinen chips verwenden und intel rechnet bis mitte 2025 mit acht 18a-tapeouts, darunter interne und externe produkte.

„ich wette das gesamte unternehmen auf 18a.“ gelsinger sagte, dass alles von intels 18a-prozess abhängt, was die größte wette des unternehmens überhaupt ist, weil es auch enormen druck auf intels finanzen ausübt.

tatsächlich haben wir bereits gesehen, welchen preis intel für den 18a-knoten gezahlt hat: schlechte vierteljährliche finanzberichte, sinkende aktienkurse, ganz zu schweigen von nvidia, sogar colgate, ein unternehmen, das in den usa zahnpasta herstellt, hat einen höheren marktwert als intel .

in den augen vieler menschen ist intel mittlerweile ein boxer mit angeschlagener nase und augen, und 18a ist der letzte schlag, den es austeilt.

aber zum glück wollen die ursprünglichen hüter des mooreschen gesetzes immer noch daran festhalten, anstatt es zu leugnen.

schreibe am ende

wer ist der wahre nachfolger des mooreschen gesetzes? eine kurzfristige antwort auf diese frage gibt es auch nicht. wir können auch nicht sofort eine antwort darauf geben, wer unter nvidia, tsmc und intel der richtige ist.

sicher ist jedoch, dass nur der stärkste glaube das letzte lachen haben kann. genauso wie intel entschieden den speicher aufgab und sich der mikroprozessorbranche widmete, kann die halbleiterindustrie nur an wirklich fortschrittliche technologie glauben.