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em abril de 1965, a revista "electronics" publicou um artigo do cofundador da intel, gordon moore, que apontava: o número de transistores que podem ser acomodados em um circuito integrado dobrará aproximadamente a cada dois anos.

desde então, o artigo e suas previsões tornaram-se lendários e, como a maioria das lendas, passou por muitas mudanças em suas narrativas e recontagens. a mídia aproveitou o argumento do artigo de que a tecnologia de semicondutores daria início a uma nova era de integração eletrônica e transformou-o em um lema que assumiu muitas formas ao longo dos anos. no entanto, independentemente da forma que assuma, recebe sempre o mesmo nome: lei de moore.

quem é o guardião mais leal da lei de moore? há dez anos, a resposta a esta pergunta era quase única além da intel, cofundada por gordon moore, quem mais poderia assumir esta responsabilidade?

desde a sua fundação em 1968, a intel tem sido inseparável da palavra “encolher”. nas primeiras quatro décadas, isso foi um grande elogio.aproximadamente a cada dois anos, a pioneira de chips dos eua lança novos transistores com metade do tamanho de seus antecessores, permitindo que mais chips sejam embalados em quase o mesmo wafer de silício e vendidos com lucro quase pelo mesmo preço. isto deu à intel uma posição dominante no mercado de chips de memória e, quando a “memória” se tornou uma commodity na década de 1980, ela dominou o mercado de microprocessadores que impulsionou a revolução dos pcs.

mas hoje, dez anos depois, a resposta não é mais única. há cada vez menos adeptos da lei de moore, e a intel não é mais pioneira na indústria de chips. depois de dois relatórios financeiros trimestrais desastrosos consecutivos, o valor de mercado da intel caiu. janeiro a mais de us$ 210 bilhões encolheu para us$ 84 bilhões, ainda menos do que o valor de suas fábricas e equipamentos. pode-se dizer que nunca houve um momento tão difícil nas décadas de história desta empresa.

aí surge uma nova questão: quem pode realmente herdar a lei de moore?

nvidia

a nvidia parece ter sempre discordado da lei de moore proposta pelo fundador da intel.

já em 2010, bill dally, cientista-chefe e vice-presidente sênior de pesquisa da nvidia, enfatizou a morte da lei de moore em uma coluna na forbes. ele disse que a computação paralela é o futuro do desenvolvimento futuro da indústria de semicondutores.

ele acredita que a redução da cpu prevista pela lei de moore deixou de existir e o desempenho da cpu não dobra mais a cada 18 meses. isto representa uma séria ameaça para muitas indústrias que dependem do crescimento histórico no desempenho da computação:

as agências públicas precisam de mais poder computacional para prever eventos climáticos perigosos e analisar mudanças climáticas de longo prazo; as empresas de energia precisam avaliar grandes quantidades de dados sísmicos e geológicos para encontrar novas maneiras de extrair petróleo e gás com segurança das reservas existentes; é necessária para projetar moléculas de medicamentos que se liguem a receptores celulares específicos; os oncologistas clínicos precisam de imagens médicas melhores e mais rápidas para diagnosticar o câncer e identificar tratamentos; os cirurgiões cardíacos desejam avaliar visualmente o tecido danificado em tempo real para garantir que sua cirurgia funcione;

ele disse que a indústria precisa urgentemente do surgimento de computadores paralelos. uma de suas vantagens básicas é que ele pode efetivamente converter mais transistores em maior desempenho. dobrar o número de processadores pode fazer com que muitos programas sejam executados duas vezes mais rápido. duplicar o número de transistores em uma cpu serial só pode trazer uma melhoria de desempenho muito limitada - mas o consumo de energia é muito alto.

além do mais, computadores paralelos, como unidades de processamento gráfico ou gpus, permitem o dimensionamento contínuo do desempenho da computação nos ambientes atuais com restrição de energia. a cada três anos, a nvidia pode quadruplicar o número de transistores (e núcleos). ao reduzir ligeiramente a velocidade de execução de cada núcleo, aumentando assim a eficiência, a nvidia pode mais do que triplicar o desempenho com a mesma potência total.

simplificando, a cpu representada pela intel não é mais o futuro da computação, e a gpu representada pela nvidia é o verdadeiro futuro. na época, era um ponto de vista muito radical e interessante.

muitos anos depois, na gpu technology conference (gtc) de 2018 em san jose, califórnia, o ceo da nvidia, jensen huang, mais uma vez negou a lei de moore à sua maneira, quando fez um discurso. gpu ele está seguindo uma lei própria.

“agora existe uma nova lei”, disse ele, “uma lei de superaceleração”. esta lei foi posteriormente apelidada de “lei de huang”.

quão rápido está avançando a tecnologia gpu?durante o discurso de abertura de huang, ele destacou que as gpus da nvidia são 25 vezes mais rápidas hoje do que eram há cinco anos. se seguirmos a lei de moore, a velocidade deles aumentará apenas 10 vezes.

ele então usou outro benchmark para ilustrar a melhoria no desempenho da gpu: o tempo para treinar o alexnet. alexnet é uma rede neural treinada com 15 milhões de imagens. ele disse que há cinco anos, esse processo de treinamento levava seis dias usando duas placas gráficas nvidia gtx 580, mas usando o hardware mais recente da empresa, dgx-2, agora leva apenas 18 minutos – 500 vezes mais rápido;

huang renxun apontou claramente que a razão pela qual as gpus precisam de uma lei própria é que elas se beneficiam de avanços simultâneos em muitos aspectos: arquitetura, interconexão, tecnologia de armazenamento, algoritmos, etc. “a inovação não está apenas no chip”, disse ele, “mas em toda a pilha de tecnologia.

desde 2018, huang reiterou sua visão de que a lei de moore chegou ao fim, muitas vezes referindo-se ao conceito como “morto”, e dizendo à wired no início deste ano: “temos que abandoná-la. escala."

aqui está o interessante: a lei de huang que ele elogiou não era tão bonita quanto descrita. foi até um conceito relativamente abstrato, huang renxun, que não propôs uma lei com números específicos a serem seguidos. afirmou mais tarde que de novembro de 2012 a maio de 2020, o desempenho dos chips nvidia no importante campo da computação de ia aumentou 317 vezes, com um aumento médio de mais que o dobro a cada ano.a open ai disse que, com base em testes clássicos de reconhecimento de imagem de inteligência artificial, o desempenho dobrará aproximadamente a cada ano e meio.

em suma, a lei de huang é mais rápida que a lei de moore, que dobrou em dois anos, na publicidade da nvidia. mesmo ao discutir recentemente o desenvolvimento futuro dos data centers, huang renxun reiterou a visão de que a lei de moore terminou. ele acredita que nos próximos 10 anos, os data centers modernos acelerarão o desenvolvimento e se tornarão mais densos e energeticamente eficientes. a tradicional taxa de duplicação a cada cinco anos terminou, e a taxa de duplicação esperada a cada 10 anos tornou-se cada vez mais difícil.

a lei de moore realmente desacelerou, mas se a lei de huang pode substituí-la ainda é um grande ponto de interrogação.

na verdade, a maioria das melhorias de desempenho da nvidia estão intimamente relacionadas à conversão de nós.a nvidia melhorou significativamente o desempenho duas vezes recentemente sem transições de nós – a primeira de kepler para maxwell e a segunda de volta para turing.embora a nvidia seja boa em extrair desempenho extra do mesmo nó, você também pode ver como os novos nós de processo são importantes para o desempenho geral da nvidia.

na verdade, a chamada lei de huang é impulsionada em grande parte pela lei de moore. sem melhorias na densidade do transistor, não haverá desempenho de gpu mais poderoso. se a lei de moore estiver com problemas – seja em termos de escala de transistores ou em termos de melhorias de desempenho mal definidas – o mesmo acontecerá com a lei de huang, e o ritmo das melhorias de desempenho da ia ​​diminuirá à medida que os benefícios da troca de nós diminuírem, e é por isso que huang renxun e nvidia eles próprios raramente mencionaram as suas próprias leis nos últimos dois anos.

além disso, a lei de moore não representa apenas a melhoria contínua da densidade do transistor, mas seu maior significado é a obtenção de chips mais potentes a um preço menor.simplificando, se ics com as mesmas especificações forem produzidos em wafers da mesma área, com o avanço da tecnologia de processo, a produção de ic pode dobrar a cada um ano e meio convertida em custo, ou seja, a cada um ano e meio. anos. a metade do custo pode ser reduzida em 50%, e o custo médio anual pode ser reduzido em mais de 30%, o que é uma das chaves para a prosperidade contínua do mercado de eletrônicos de consumo.

e quanto à lei de huang da nvidia? a organização de pesquisa sem fins lucrativos epoch descobriu que o preço/desempenho da gpu (medido em flops/$) dobrou a cada 2,5 anos entre 2006 e 2021, muito mais lentamente do que a lei de huang previu anteriormente.

usando um conjunto de dados de 470 modelos de unidades de processamento gráfico (gpu) lançados de 2006 a 2021, a epoch descobriu que o número de operações de ponto flutuante por segundo por dólar (doravante denominados flop/s por dólar) dobrou a cada aproximadamente 2,5 anos. as melhorias são consideradas mais lentas (flop/s por dólar dobrando a cada 2,95 anos) para gpus de primeira linha em qualquer momento, enquanto as melhorias são mais rápidas (flop/s por dólar por duplicação em 2,07 anos).

nessa perspectiva,a lei de huang pode ser uma boa notícia para a indústria de ia, mas é muito diferente da lei de moore, que beneficiou toda a indústria de semicondutores. a nvidia não é a empresa que herdou a lei de moore.

tsmc

coincidentemente, a tsmc, que fabrica chips para a nvidia, demonstrou grande interesse em dar continuidade à lei de moore.

já em 1998, o presidente da tsmc, zhang zhongmou, disse uma vez que a lei de moore tem sido bastante eficaz nos últimos 30 anos e ainda deve ser aplicável nos próximos 10 a 15 anos. ele disse que a característica da indústria de semicondutores é que "existe". não há saída depois de todas as montanhas e rios", mas uma verdade, mas é "outra aldeia com flores escuras e flores brilhantes".

na conferência hot chips de 2019, o vice-presidente de pesquisa da tsmc, philip wong, enfatizou em seu discurso que não apenas a lei de moore ainda é válida, mas, desde que sejam utilizados os meios técnicos corretos, ela ainda será válida nos próximos trinta anos.

“não está morto”, disse ele aos participantes, “não está desacelerando, nem está doente”.

segundo wong, o único fator importante na manutenção da lei de moore é o aumento da densidade. embora ele tenha reconhecido que a velocidade do clock irá estabilizar com o fim da lei de escala de dennard, a densidade do transistor levará a um melhor desempenho e eficiência energética.

segundo wong, desde que a empresa possa continuar a fornecer mais transistores em espaços menores e melhorar a eficiência energética, isso é tudo que importa. no curto prazo, é provável que isto seja alcançado da maneira tradicional, melhorando a tecnologia de processo cmos para fabricar transistores com comprimentos de porta menores.

e, no longo prazo, a desaceleração no dimensionamento 2d não significa o fim da densidade. ele observou que mesmo após o fim da lei de escala de dennard, houve muitas inovações na fabricação de semicondutores que mantiveram a densidade em uma tendência ascendente, em particular, o uso de silício tenso e tecnologias de porta de metal de alto k, seguido pela introdução de estruturas 3d com finfets.

wong também enfatizou a importância da embalagem para a continuação da lei de moore. no curto prazo, a embalagem 2,5d pode ser confiável (na verdade, ela já está sendo usada em larga escala), mas no longo prazo, a verdadeira embalagem 3d. a tecnologia levará a melhorias contínuas na densidade do chip.

na philip wong, a tsmc enfatizou sua afirmação mais de uma vez: a lei de moore é um símbolo, como uma fundição, ela não precisa seguir totalmente esta lei, mas a tsmc tem seguido a direção indicada por esta lei.

em uma entrevista com ian cutress da techtechpotato em julho de 2024, o dr. kevin zhang, chefe de tecnologia de processo da tsmc, disse que, desde que o progresso geral corra bem, ele não se importa com a lei de moore.

“bem, minha resposta é simples – não me importo”, disse kevin zhang. “enquanto pudermos continuar a promover a expansão tecnológica, não me importo se a lei de moore ainda existir”.

“(os observadores) definiram a lei de moore estritamente com base na escala bidimensional, mas esse não é mais o caso”, disse ele. “olhando para o entusiasmo pela inovação em nossa indústria, na verdade continuamos a encontrar maneiras diferentes de trazer mais recursos e capacidades. são integrados em formatos menores, continuamos a alcançar maior desempenho e maior eficiência energética. portanto, dessa perspectiva, acho que a lei de moore ou a expansão da tecnologia continuarão.

quando questionado sobre o sucesso da tsmc com melhorias incrementais nos nós do processo, ele esclareceu que seu progresso está longe de ser trivial. a tsmc enfatizou que a transição da fundição de nós de processo de nível de 5 nm para 3 nm resultou em melhorias de ppa de mais de 30% por geração e continuará a fazer melhorias menores, mas contínuas, entre os principais nós no futuro para permitir que os clientes se beneficiem de cada novo geração de tecnologia.

a tsmc e a nvidia têm duas atitudes completamente diferentes em relação à lei de moore. a primeira está fazendo o possível para continuar, enquanto a última a nega constantemente.então, quem é o certo? vamos primeiro dar uma olhada no que disse o inventor original da lei de moore.

informações

ao contrário da tsmc, que está em ascensão, a intel tem estado de facto em declínio nos últimos dois anos, mas parece nunca ter desistido de tentar dar continuidade à lei de moore.

desde que assumiu o cargo de ceo em 2021, o ceo da intel, gelsinger, enfatizou que a lei de moore “ainda é saudável”. ele chegou a dizer que a intel pode superar a velocidade da lei de moore pelo menos até 2031 e promover a “lei de super moore”, ou seja, usando. foveros aguarde que a tecnologia de empacotamento de chips 2,5d e 3d aumente o número de transistores.

em dezembro de 2023, durante um discurso no mit, kissinger foi questionado sobre o possível fim da lei de moore. ele disse: “não estamos mais na era de ouro da lei de moore. há três anos, então estamos definitivamente vendo uma desaceleração."

kissinger também enfatizou que, embora a lei de moore pareça estar desacelerando, a intel ainda pode fabricar chips com 1 trilhão de transistores até 2030. hoje, o maior chip em um único pacote tem cerca de 100 bilhões de transistores.o ceo disse que quatro fatores tornaram isso possível: novos transistores ribbonfet, fornecimento de energia powervia, nós de processo de próxima geração e empilhamento de chips 3d. ele concluiu sua resposta dizendo: "para todos os críticos que afirmam que estamos mortos... até que a tabela periódica se esgote, ainda não terminamos."

na computex taipei deste ano, a palestra da intel abriu com gordon moore, cofundador da artificial intelligence resurrection, repetindo uma de suas citações mais famosas: “tudo o que foi feito pode ser superado”. supremacia, e é também um dos símbolos da lei de moore.

durante o discurso, gelsinger lembrou a introdução, em 1981, do intel 80286, um microprocessador de 16 bits contendo 100 mil transistores, e enfatizou que os chips modernos buscam acomodar um bilhão de transistores, número que deverá chegar a 1 bilhão até 2020. .

“ao contrário do que jen-hsun huang quer que você acredite, a lei de moore ainda é válida”, disse gelsinger, enfatizando que, como fornecedora líder de chips para pc, a intel desempenhará um papel importante na popularização da ia.

se a tsmc está apenas tentando o seu melhor para implementar a lei de moore, a intel parece estar colocando sua própria fortuna e vida nisso.

embora o desempenho da intel nos últimos dois trimestres tenha sido muito fraco, e até mesmo alguns chips tenham sido entregues à tsmc para fundição, ela ainda não desistiu de sua visão original e mais uma vez enfatizou o nó 18a que apareceu inúmeras vezes na tecnologia roteiro.

vamos revisar os detalhes técnicos: 18a é o processo de produção em quinto lugar no roteiro da intel para acelerar seu retorno à liderança tecnológica. o intel 7 já apareceu nas cpus alder lake e raptor lake, enquanto o intel 4 chegou no final do ano passado com o advento dos chips meteor lake. o 20a abandonado foi originalmente planejado para ser lançado com a série de cpus arrow lake, enquanto o nó 18a é. com lançamento previsto para 2025. lançado oficialmente.

entende-se que o primeiro lote de produtos usando a tecnologia de processo 18a serão processadores de pc clientes com os codinomes processadores de data center panther lake e clearwater forest. além disso, a cpu da intel com o codinome diamond rapids também usará este nó. entre os clientes externos, a microsoft confirmou planos de usá-lo em processadores, o departamento de defesa dos eua também o usará em seus chips e a intel espera ter oito tapeouts 18a até meados de 2025, incluindo produtos internos e externos.

“aposto toda a empresa no 18a.” gelsinger disse que tudo depende do processo 18a da intel, que é a maior aposta da empresa de todos os tempos, porque também coloca uma enorme pressão nas finanças da intel.

na verdade, já vimos o preço que a intel pagou pelo nó 18a: relatórios financeiros trimestrais ruins, preços das ações em queda livre, sem falar na nvidia, até mesmo a colgate, empresa que produz pasta de dente nos estados unidos, tem um valor de mercado superior ao da intel .

aos olhos de muitas pessoas, a intel é agora um boxeador com nariz e olhos machucados, e 18a é o último soco que desfere.

mas, felizmente, os guardiões originais da lei de moore ainda querem continuar, em vez de negá-la.

escreva no final

quem é o verdadeiro sucessor da lei de moore? não há possibilidade de ver a resposta a esta questão no curto prazo. também não podemos dar uma resposta imediata sobre quem é a parte certa entre nvidia, tsmc e intel.

mas o que é certo é que apenas a fé mais forte pode rir por último. assim como a intel desistiu decisivamente da memória e se dedicou ao segmento de microprocessadores, a única coisa em que a indústria de semicondutores pode acreditar é em tecnologia verdadeiramente avançada.