Wie lange gilt »Moore's Law« noch?
Das Mooresche Gesetz wird 50
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Wie lange wird das Mooresche Gesetz noch Bestand haben?
Die natürliche Barriere eines immer weiter fortschreitenden Moorschen Gesetzes ist nichts anderes als die Physik selbst verbunden mit der Frage, wie wirtschaftlich immer kleine Prozessgeometrien hergestellt werden können.
Intel fertigt derzeit FinFET-Transistoren in 14-nm-Geometrie, am Horizont sind bereits 10-nm- und 7-nm-Strukturen. Derzeit sehen die Pläne 10-nm-Chips Ende 2016 und 7-nm-Chips im Jahr 2018 vor, 2020 will man dann bei 5 nm angekommen sein, was bedeutet, dass Transistoren kleiner als DNA-Stränge beim Menschen werden.
Es gibt viele Zweifler daran, dass diese Roadmap realisierbar sein wird, nichtsdestotrotz galt dies auch schon für 14 und 10-nm-Chips. Mit seinen quasi unlimitierten Investitionen in Forschung & Entwicklung hat Intel in der Vergangenheit schon so manchen Zweifler Lügen gestraft.
Die Prognose von Moore, dass sich die Anzahl der Transistoren bei gleichen Kosten alle 2 Jahre verdoppelt, ist bereits heute unterhalb der 28-nm-Geometrie Geschichte.
Die durchschnittlichen Design-Kosten für einen 28-nm-Chip betragen rund 30 Mio. Dollar, bei einem mittelkomplexen 14-nm-IC schon 80 Mio. Dollar. Bei einem High-End-SoC können sich diese Kosten verdoppeln, dazu kommen noch 60 % Aufschlag für Maskenkosten und Software-Entwicklung.
Um einen 28-nm-Chip zum Tape-Out zu bringen, werden ca. 100 Ingenieurs-Jahre benötigt, 50 Ingenieure brauchen also 2 Jahre. Dazu kommen 9-12 Monate fürs Prototyping, Test und Qualifizierung, bevor die Massenproduktion starten kann. Bei einem 14-nm-Chip verdoppelt sich der Aufwand zu 200 Ingenieurs-Jahren.
Bei den Herstellungskosten kommt man bei einem typischen 11-Metall-Lagen-Chip in 28 nm auf 52 Masken-Schritte, bei einer Fab-Auslastung von 80 % resultieren die Kosten in rund 3.500 Dollar pro 300-mm-Wafer. Die Durchlaufzeit eines Wafers mit 28-nm-Strukturen beträgt bei 1,3 Tagen pro Lithografie-Schicht damit 68 Tage. Dazu kommt eine Woche fürs Packaging und Test, in Summe liegt man somit bei rund 2,5 Monaten vom Wafer-Start bis zur Auslieferung.
Bei 14 nm gibt es jedoch 66 Masken-Schritte. Bei gleichen Rahmenbedingungen steigen die Wafer-Kosten auf 4.800 Dollar pro 300-mm-Wafer, die Durchlaufzeit steigt auf 3 Monate.
Für Intel, das in Form seiner Mikroprozessoren viele gleichartige und hochpreisige Chips ausliefert, könnte sich Moore‘s Law trotzdem noch weiter lohnen. Für die meisten Halbleiter-Hersteller, die vergleichsweise viele unterschiedliche und billigere Chips produzieren, könnte dagegen schon bei 28 nm Schluß sein – für immer.
Den originalen Artikel von gordon Moore aus dem Jahr 1965 können Sie hier herunterladen.
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