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nell'aprile 1965 la rivista "electronics" pubblicò un articolo del cofondatore di intel gordon moore in cui sottolineava: il numero di transistor che possono essere alloggiati in un circuito integrato raddoppierà all'incirca ogni due anni.

l'articolo e le sue previsioni da allora sono diventati leggendari e, come la maggior parte delle leggende, ha subito molti cambiamenti nei racconti e nelle rivisitazioni. i media hanno colto l'argomento dell'articolo secondo cui la tecnologia dei semiconduttori avrebbe inaugurato una nuova era di integrazione elettronica e lo hanno distillato in un motto che nel corso degli anni ha assunto molte forme. tuttavia, non importa quale forma assuma, le viene sempre dato lo stesso nome: legge di moore.

chi è il custode più fedele della legge di moore? dieci anni fa, la risposta a questa domanda era quasi unica a parte intel, cofondata da gordon moore, chi altro poteva assumersi questa responsabilità?

sin dalla sua fondazione nel 1968, intel è stata inseparabile dalla parola "ritirarsi". per i primi quattro decenni, questo è stato un grande elogio.circa ogni due anni, il pioniere statunitense dei chip introduce nuovi transistor che sono la metà delle dimensioni dei loro predecessori, consentendo di inserire più chip quasi nello stesso wafer di silicio e di venderli con profitto quasi allo stesso prezzo. ciò conferì a intel una posizione dominante nel mercato dei chip di memoria e, quando la "memoria" divenne una merce negli anni '80, dominò il mercato dei microprocessori che alimentarono la rivoluzione dei pc.

ma oggi, dieci anni dopo, la risposta non è più univoca. ci sono sempre meno credenti nella legge di moore, e intel non è più un pioniere nel settore dei chip. dopo due disastrosi rapporti finanziari trimestrali, il valore di mercato di intel è crollato gennaio a più di 210 miliardi di dollari si sono ridotti a 84 miliardi di dollari, anche meno del valore delle sue fabbriche e attrezzature. si può dire che non c'è mai stato un momento così difficile nella storia decennale di questa azienda.

ecco una nuova domanda: chi può veramente ereditare la legge di moore?

nvidia

nvidia sembra essere sempre stata in disaccordo con la legge di moore proposta dal fondatore di intel.

già nel 2010, bill dally, capo scienziato e vicepresidente senior della ricerca di nvidia, ha sottolineato in un articolo su forbes la morte della legge di moore, affermando che il calcolo parallelo è il futuro dello sviluppo futuro dell'industria dei semiconduttori.

egli ritiene che la riduzione della cpu prevista dalla legge di moore abbia ormai cessato di esistere e che le prestazioni della cpu non raddoppino più ogni 18 mesi. ciò rappresenta una seria minaccia per molti settori che fanno affidamento sulla crescita storica delle prestazioni informatiche:

le agenzie pubbliche hanno bisogno di più potenza di calcolo per prevedere eventi meteorologici pericolosi e analizzare i cambiamenti climatici a lungo termine. le aziende energetiche devono valutare grandi quantità di dati sismici e geologici per trovare nuovi modi per estrarre in modo sicuro petrolio e gas dalle riserve esistenti è necessario per progettare molecole farmacologiche che si legano a specifici recettori cellulari; gli oncologi clinici hanno bisogno di un imaging medico migliore e più rapido per diagnosticare il cancro e identificare i trattamenti; i cardiochirurghi vogliono valutare visivamente i tessuti danneggiati in tempo reale per assicurarsi che il loro intervento chirurgico funzioni;

ha affermato che l'industria ha urgentemente bisogno dell'avvento dei computer paralleli. uno dei suoi vantaggi fondamentali è che possono convertire efficacemente più transistor in prestazioni più elevate. raddoppiando il numero di processori è possibile far funzionare molti programmi due volte più velocemente. raddoppiando il numero di transistor in una cpu seriale si può ottenere solo un miglioramento delle prestazioni molto limitato - ma il consumo energetico è molto elevato.

inoltre, i computer paralleli come le unità di elaborazione grafica o le gpu, consentono il continuo ridimensionamento delle prestazioni di elaborazione negli ambienti odierni con vincoli energetici. ogni tre anni nvidia può quadruplicare il numero di transistor (e core). facendo funzionare ciascun core leggermente più lentamente, aumentando così l'efficienza, nvidia può più che triplicare le prestazioni per la stessa potenza totale.

per dirla semplicemente, la cpu rappresentata da intel non è più il futuro dell'informatica e la gpu rappresentata da nvidia è il vero futuro. all'epoca era un punto di vista molto radicale e interessante.

anni dopo, alla gpu technology conference (gtc) del 2018 a san jose, in california, il ceo di nvidia jensen huang ha negato ancora una volta la legge di moore a modo suo durante un discorso in cui ha ripetutamente sottolineato che a causa dell'estremo progresso della tecnologia, la gpu sta seguendo una sua legge.

"ora c'è una nuova legge", ha detto, "una legge di super accelerazione. questa legge è stata successivamente soprannominata "legge di huang".

quanto velocemente avanza la tecnologia gpu?durante il discorso di apertura di huang, ha sottolineato che le gpu di nvidia sono 25 volte più veloci oggi rispetto a cinque anni fa. se seguiamo la legge di moore, la loro velocità aumenterà solo di 10 volte.

ha poi utilizzato un altro benchmark per illustrare il miglioramento delle prestazioni della gpu: il tempo impiegato per addestrare alexnet. alexnet è una rete neurale addestrata utilizzando 15 milioni di immagini. ha detto che cinque anni fa, questo processo di formazione richiedeva sei giorni utilizzando due schede grafiche nvidia gtx 580, ma utilizzando l'ultimo hardware dgx-2 dell'azienda, ora richiede solo 18 minuti, 500 volte più velocemente;

huang renxun ha chiaramente sottolineato che il motivo per cui le gpu hanno bisogno di una legge propria è che beneficiano di progressi simultanei in molti aspetti: architettura, interconnessione, tecnologia di storage, algoritmi, ecc. “l’innovazione non è solo nel chip”, ha affermato, “ma nell’intero stack tecnologico.

dal 2018, huang ha ribadito la sua opinione secondo cui la legge di moore è giunta al termine, spesso riferendosi al concetto come "morto", dicendo a wired all'inizio di quest'anno: "dobbiamo abbandonarla. la legge di moore così possiamo pensare a nuovi modi per espanderla .”

ecco la cosa interessante: la legge di huang che ha molto elogiato non era così bella come descritta. era anche un concetto relativamente astratto, bill dally, capo scienziato e vicepresidente senior della ricerca ha successivamente affermato che da novembre 2012 a maggio 2020, le prestazioni dei chip nvidia nell’importante campo dell’informatica ai sono aumentate di 317 volte, con un aumento medio di oltre il doppio ogni anno.open ai ha affermato che, sulla base dei classici test di riconoscimento delle immagini dell'intelligenza artificiale, le prestazioni raddoppieranno circa ogni anno e mezzo.

tutto sommato, nella pubblicità di nvidia, la legge di huang è più veloce della legge di moore, che è raddoppiata. anche quando ha recentemente discusso del futuro sviluppo dei data center, huang renxun ha ribadito l'opinione che la legge di moore sia finita. è convinto che nei prossimi 10 anni i moderni data center accelereranno lo sviluppo e diventeranno più densi ed efficienti dal punto di vista energetico. il tradizionale tasso di raddoppio ogni cinque anni è finito e il previsto tasso di raddoppio ogni 10 anni è diventato sempre più difficile.

la legge di moore ha effettivamente rallentato, ma se la legge di huang possa sostituirla è ancora un grande punto interrogativo.

in effetti, la maggior parte dei miglioramenti prestazionali di nvidia sono strettamente legati alla conversione dei nodi.nvidia ha migliorato significativamente le prestazioni due volte di recente senza transizioni di nodi: la prima da kepler a maxwell e la seconda da volta a turing.sebbene nvidia sia brava a spremere prestazioni extra dallo stesso nodo, puoi anche vedere quanto siano importanti i nuovi nodi di processo per le prestazioni complessive di nvidia.

in effetti, la cosiddetta legge di huang è guidata in larga misura dalla legge di moore. senza miglioramenti nella densità dei transistor, non ci saranno prestazioni più potenti della gpu. se la legge di moore è in difficoltà, sia in termini di ridimensionamento dei transistor che in termini di miglioramenti delle prestazioni scarsamente definiti, lo stesso vale per la legge di huang, e il ritmo dei miglioramenti delle prestazioni dell’ia rallenterà man mano che diminuiscono i benefici del cambio di nodo, ed è per questo che huang renxun e nvidia stessi hanno raramente menzionato le proprie leggi negli ultimi due anni.

inoltre, la legge di moore non rappresenta solo il continuo miglioramento della densità dei transistor, ma il suo significato più grande è quello di ottenere chip più potenti ad un prezzo inferiore.in parole povere, se i circuiti integrati con le stesse specifiche vengono prodotti su wafer della stessa area, con il progresso della tecnologia di processo, la produzione di circuiti integrati può raddoppiare ogni anno e mezzo. convertita in costi, ovvero ogni anno e mezzo anni il costo dimezzato può essere ridotto del 50% e il costo medio annuo può essere ridotto di oltre il 30%, il che è una delle chiavi per la continua prosperità del mercato dell’elettronica di consumo.

e che dire della legge di huang di nvidia? l'organizzazione di ricerca no-profit epoch ha scoperto che il rapporto prezzo/prestazioni delle gpu (misurato in flops/$) è raddoppiato ogni 2,5 anni tra il 2006 e il 2021, molto più lentamente di quanto previsto in precedenza dalla legge di huang.

utilizzando un set di dati di 470 modelli di unità di elaborazione grafica (gpu) rilasciati dal 2006 al 2021, epoch ha scoperto che il numero di operazioni in virgola mobile al secondo per dollaro (di seguito denominato flop/s per dollaro) raddoppiava ogni circa 2,5 anni. i miglioramenti risultano più lenti (flop/s per dollaro che raddoppia ogni 2,95 anni) per le gpu di alto livello in qualsiasi momento, mentre i miglioramenti risultano più veloci (flop/s per dollaro per raddoppio in 2,07 anni).

da questa prospettiva,la legge di huang potrebbe essere una buona notizia per l'industria dell'intelligenza artificiale, ma è molto diversa dalla legge di moore, di cui ha beneficiato l'intero settore dei semiconduttori. nvidia non è la società che ha ereditato la legge di moore.

tsmc

per coincidenza, tsmc, che produce chip per nvidia, ha mostrato grande interesse nel portare avanti la legge di moore.

già nel 1998, il presidente di tsmc zhang zhongmou una volta disse che la legge di moore è stata molto efficace negli ultimi 30 anni e dovrebbe essere ancora applicabile nei prossimi 10-15 anni. affermò che la caratteristica dell'industria dei semiconduttori è che "esiste nessuna via d'uscita dopo tutte le montagne e i fiumi", ma una verità, ma è "un altro villaggio con fiori scuri e fiori luminosi".

alla conferenza hot chips del 2019, il vicepresidente della ricerca di tsmc philip wong ha sottolineato nel suo discorso che non solo la legge di moore è ancora valida, ma che finché verranno utilizzati i mezzi tecnici corretti, sarà ancora valida nei prossimi trent'anni.

"non è morto", ha detto ai partecipanti, "non sta rallentando, non è nemmeno malato".

secondo wong, l'unico fattore importante per mantenere la legge di moore è l'aumento della densità. anche se ha riconosciuto che le velocità di clock si stabilizzano con la scomparsa della legge di scala di dennard, la densità dei transistor porterà a prestazioni ed efficienza energetica migliori.

secondo wong, finché l'azienda continuerà a fornire più transistor in spazi più piccoli e a migliorare l'efficienza energetica, questo è tutto ciò che conta. nel breve termine, è probabile che ciò possa essere ottenuto in modo tradizionale, migliorando la tecnologia del processo cmos per realizzare transistor con lunghezze di gate più piccole.

e nel lungo termine, il rallentamento del ridimensionamento 2d non significa la fine della densità. ha osservato che anche dopo la fine della legge di scala di dennard, ci sono state molte innovazioni nella produzione di semiconduttori che hanno mantenuto la densità su una tendenza al rialzo, in particolare, l'uso del silicio deformato e delle tecnologie di gate metallico ad alto k, seguito dall'introduzione di strutture 3d con finfet.

wong ha anche sottolineato l'importanza del packaging per il proseguimento della legge di moore. nel breve termine si può fare affidamento sul packaging 2.5d (in effetti viene già utilizzato su larga scala), ma sul lungo termine sul vero packaging 3d. porterà a continui miglioramenti nella densità dei trucioli.

presso philip wong, tsmc ha sottolineato più volte la sua affermazione: la legge di moore è un simbolo in quanto fonderia, non è tenuta a seguirla completamente, ma tsmc ha perseguito la direzione indicata da questa legge.

in un'intervista con ian curess di techtechpotato nel luglio 2024, il dottor kevin zhang, responsabile della tecnologia di processo di tsmc, ha affermato che finché il progresso complessivo procede senza intoppi, non gli interessa la legge di moore.

"beh, la mia risposta è semplice: non mi interessa", ha detto kevin zhang "finché possiamo continuare a spingere la tecnologia verso l'espansione, non mi interessa se la legge di moore esiste ancora".

"(gli osservatori) hanno definito la legge di moore strettamente basata sul ridimensionamento bidimensionale, ma non è più così", ha affermato sono integrati in fattori di forma più piccoli. continuiamo a ottenere prestazioni più elevate e una maggiore efficienza energetica. quindi, da questo punto di vista, penso che la legge di moore o il ridimensionamento della tecnologia continueranno."

alla domanda sul successo di tsmc con i miglioramenti incrementali dei nodi di processo, ha chiarito che i loro progressi sono tutt'altro che banali. tsmc ha sottolineato che la transizione della fonderia dai nodi di processo a livello di 5 nm a 3 nm ha comportato miglioramenti del ppa di oltre il 30% per generazione e continuerà ad apportare miglioramenti minori ma continui tra i nodi principali in futuro per consentire ai clienti di beneficiare di ogni nuovo generazione di tecnologia.

tsmc e nvidia hanno due atteggiamenti completamente diversi nei confronti della legge di moore. il primo fa del suo meglio per continuarla, mentre il secondo la nega costantemente.allora, chi è quello giusto? diamo prima un’occhiata a ciò che disse l’inventore originale della legge di moore.

intel

a differenza di tsmc, che è in crescita, intel ha effettivamente registrato un calo negli ultimi due anni, ma sembra non aver mai rinunciato a cercare di portare avanti la legge di moore.

da quando è entrato in carica come ceo nel 2021, il ceo di intel gelsinger ha sottolineato che la legge di moore è "ancora sana". ha anche affermato che intel può superare la velocità della legge di moore almeno fino al 2031 e promuovere la "super legge di moore", cioè utilizzando la "legge di moore super". foveros aspetta che la tecnologia di confezionamento dei chip 2.5d e 3d aumenti il ​​numero di transistor.

nel dicembre 2023, durante un discorso al mit, a kissinger fu chiesto della possibile fine della legge di moore. disse: "non siamo più nell'età d'oro della legge di moore. ora è molto più difficile, quindi probabilmente la stiamo raddoppiando. tre anni ormai, quindi stiamo sicuramente assistendo a un rallentamento."

kissinger ha inoltre sottolineato che, sebbene la legge di moore sembri rallentare, intel potrà ancora produrre chip con 1 trilione di transistor entro il 2030. oggi, il chip più grande in un unico package contiene circa 100 miliardi di transistor.il ceo ha affermato che quattro fattori hanno reso tutto ciò possibile: i nuovi transistor ribbonfet, l’erogazione di potenza powervia, i nodi di processo di nuova generazione e lo stacking di chip 3d. ha concluso la sua risposta dicendo: "per tutti i critici che sostengono che siamo morti... finché la tavola periodica non sarà esaurita, non abbiamo ancora finito."

al computex taipei di quest'anno, il keynote di intel si è aperto con gordon moore, co-fondatore di artificial intelligence resurrection, ripetendo una delle sue citazioni più famose: "tutto ciò che è stato fatto può essere superato". questo è il grido di battaglia di intel nella sua ricerca del microchip supremazia, ed è anche uno dei simboli della legge di moore.

durante il discorso, gelsinger ha ricordato l'introduzione nel 1981 dell'intel 80286, un microprocessore a 16 bit contenente 100.000 transistor, e ha sottolineato che i chip moderni stanno cercando di ospitare un miliardo di transistor, un numero che dovrebbe raggiungere 1 miliardo entro il 2020. arriverà a mille miliardi. .

"contrariamente a quanto jen-hsun huang vorrebbe far credere, la legge di moore è ancora valida", ha affermato gelsinger, sottolineando che, in quanto fornitore leader di chip per pc, intel svolgerà un ruolo importante nella divulgazione dell'intelligenza artificiale.

se tsmc sta semplicemente facendo del suo meglio per implementare la legge di moore, intel sembra metterci la propria fortuna e la propria vita.

sebbene le prestazioni di intel negli ultimi due trimestri siano state molto scarse, e anche alcuni chip siano stati consegnati a tsmc per la fonderia, intel non ha ancora rinunciato alla sua visione originale e ha sottolineato ancora una volta il nodo 18a che è apparso innumerevoli volte nella tecnologia tabella di marcia.

rivediamo i dettagli tecnici, 18a è il processo di produzione al quinto posto nella tabella di marcia di intel per accelerare il suo ritorno alla leadership tecnologica. intel 7 è già apparso nelle cpu alder lake e raptor lake, mentre intel 4 è arrivato solo alla fine dell'anno scorso con l'avvento dei chip meteor lake. il 20a abbandonato era originariamente previsto per essere lanciato con la serie di cpu arrow lake, mentre il nodo 18a lo è previsto nel 2025 lanciato ufficialmente.

resta inteso che il primo lotto di prodotti che utilizzano la tecnologia di processo 18a saranno processori per pc client con nome in codice panther lake e processori per data center clearwater forest. inoltre, anche la cpu intel con nome in codice diamond rapids utilizzerà questo nodo. tra i clienti esterni, microsoft ha confermato l'intenzione di utilizzarlo per i processori, il dipartimento della difesa degli stati uniti lo utilizzerà anche nei suoi chip e intel prevede di avere otto tapeout 18a entro la metà del 2025, inclusi prodotti interni ed esterni.

"scommetto l'intera azienda sul 18a." gelsinger ha affermato che tutto dipende dal processo 18a di intel, che è la più grande scommessa mai fatta dall'azienda, perché esercita anche un'enorme pressione sulle finanze di intel.

in effetti, abbiamo già visto il prezzo pagato da intel per il nodo 18a: pessimi rapporti finanziari trimestrali, crollo dei prezzi delle azioni, per non parlare di nvidia, persino colgate, azienda che produce dentifricio negli stati uniti, ha un valore di mercato superiore a intel. .

agli occhi di molte persone, intel è ora un pugile con il naso ferito e gli occhi gonfi, e 18a è l'ultimo pugno che sferra.

ma per fortuna, i guardiani originari della legge di moore vogliono ancora continuare piuttosto che negarla.

scrivi alla fine

chi è il vero successore della legge di moore? non c'è alcuna possibilità di vedere la risposta a questa domanda a breve termine. inoltre non abbiamo modo di dare una risposta immediata su chi sia il partito giusto tra nvidia, tsmc e intel.

ma quello che è certo è che solo la fede più forte può avere l'ultima risata. proprio come intel ha rinunciato decisamente alla memoria e si è dedicata alla pista dei microprocessori, l'unica cosa in cui l'industria dei semiconduttori può credere è una tecnologia veramente avanzata.