a moore törvény érvényesülése - napjainkban5 › ~gyulai › _ › bme ›...

2013. május 15. MTA EETB Tudományos ülése "Új irányok..."

A Moore törvény érvényesülése - napjainkban

Gyulai József„Professor Emeritus Instituti”

MTA TTK MFA


Technológiai anyagkutatóként elfogult vagyok:a 20. század legnagyobb hatású találmánya a

tranzisztor, majd abból az integrált áramkör

• Lilienfeld szabadalma (1925!),

• Mataré (1944)• Bardeen-Brattain,

Shockley (1949)• Integrált áramkör, Kilby

(1959), • Noyce (1961)• CCD, Boyle, Smith

(1969)


A legszebb találmány, nekem, talán a lézer, mert csak elméleti meggondolás (populáció inverzió

létezése) előzte meg

• Tranzisztornak ugyanis volt előzménye, a vákuum rádiócső, • de sokan gondolkodtak arról, hogy a kristályatomok kifeszítette

„vákuum” ugyanúgy viselkedik-e – ez lett a mai „electronicmaterials science” egyik elindítója...

• Például, a „ballisztikus tranzisztor” – „autóverseny a cseppkőbarlangban” – egy hetvenes évekbeli rajzomon


A ”Moore törvény”• A „legjobbkor, legjobb helyen” Caltech utamat (1969) egy évvel előzte

meg az Intel (Moore, Noyce,...) kiválása a Fairchildból – ez utóbbi cég látott el bennünket, a formálódó Mayer-csapatot, benne engem, egy év alatt tizenegy cikket eredményező fejlesztési feladatokkal

• Az Intel kezdeti sikerének „titka” pimaszul egyszerű volt: a technológiai higiéne, (a kemence samott-nátrium – kvarccső szilícium bélelés)

• Ezzel elsőként tudtak – egyetlen chipen alaphelyzetben nyitott (növekményes), ill. feszültségre záró

(kiürítéses) tranzisztorpárt, ezzel „kaput ” gyártani.– Több magyar emigráns is része volt a Bruce Deal vezette technológus-

csapatnak: Andrew Grove, Leslie Vadasz...– A gyors siker lehetett az oka, hogy az implantációt elutasították, amint egy

Intelessel való, 1970-es beszélgetésemre visszagondolok – 1976-ig, amikor is R.D. Pashley Caltech-doktoranduszunk írt, hogy felvette az Intel. Dick Pashley találta fel a „flash memory”-t, CEOhelyettesként ment nemrég nyugdíjba...

• „Évente kétszer annyi elem egyetlen chipen”... „Talán a hetvenes évek végéig sikerül…” – mondta, írta Gordon Moore (Electronics, 38(8), apr.19,1965)

• Generikus törvény született, ami – és ezt ritkán hangsúlyozzák – inkább üzleti, semmint technológiai – a technológia csak eleget tesz a piacnak!

• International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS: http://public.itrs.net / négy évenkénti tanulmány, kétévenként korrekció


Miniatürizálás

• A nem-szakembereknek: a mikroelektronika sikerének titka lett, hogy működik az arányos kicsinyítés, a „scaledown”: az arányosan kicsinyített tranzisztor elektromosan ugyanúgy viselkedik, kivéve a hődisszipációt...

• Nem csak a kis méret, hordozhatóság, vagy kis fogyasztás miatt fontos méretcsökkentés, hanem

• a megbízhatóság legalább annyira fontos elem: ami nő, ha több intelligenciát zsúfolunk a tokba – belül dolgozik, nem „kérdez” külső adatokat, nem kér hibaforrásként szereplőbeavatkozást...

• Elérhető 1010 lépésre egyetlen tévesztés, ami ún. redundáns szervezéssel tovább növelhető


Az ITRS-ből példa: a nehéz technológiai feladatok, 2011:„az ipar tudja” fehér, „kell némi fejlesztés” sárga, „red brick

wall”, „no known solution” piros – eddig megoldódott...

(PROCESS INTEGRATION, DEVICES, AND STRUCTURES


ITRS változások, 2010, http://public.itrs.net/

Eddig sikerrel és bőven megoldódtak a „red brick wall”feladatok

Vajjon meddig maradhat így?


Kis hencegés: a Mayer-Gyulai (Caltech-KFKI, NSF) csapat hitt az ionimplantációban és tett annak „technológiává”

tételéért... Három eredményünk, amiről elmondható, hogy a Moore-törvény teljesüléséhez is hozzájárult

1. Két kísérlet miatt tért át ui. a világ szilíciumipara az ún. (100)Sigyártására – az egyiket (jobb oxidminőség) az Intel, a másikat (az implantáció okozta rácshibák is jobban hőkezelődnek) mivégeztük (1974). Ez, és

2. a „pre-amorfizáció” ötletünk tette az implantációt „technológiává”.Ezzel ui. elkerülhető a kristályszerkezetnek a pn-átmenet helyét bizonytalanná tevő hatása, 1975; Az első KFKI-cserekutató, a tragikus életű munkatársam, Csepregi László végezte a döntőkísérleteket. (A konkurrens ötlet, a BF2

+ implantáció is amorfizál, H. Ryssel, de fluorral elszennyezi az eszközt... )

3. A preamorfizációt alkalmaztuk Silicon-On-Sapphire-ra, SOS, a mai SOI ősére – így gyártották az USA-ban (Hughes Aircraft) évtizedig a sugárzásálló katonai IC-ket (1985, R.W. látogatása)…


A Moore ”törvény” ma

• A mai csúcs az Intelnél – kisebb, mint egy vírus!

• Az arányos kicsinyítés működhetik 2020-ig, de már nem csak a memóriáról és a processzorról van szó, hanem telekommunikációról, stb. is

• A szilíciumon ül egy átok: Nem lehet belőle könnyen lézert készíteni

• De igyexik a szakma…

• A nanokristályok képesek ilyen fénykibocsátásra


(PROCESS INTEGRATION, DEVICES, AND STRUCTURES

Resistive... – Ovshinsky?

Emerging Research Devices


SCM: Storage Class Memory

MLC Multi/level Cell, STT Spin-transfer torque... P C Phase change...

Storage Class Memory


A digitalizálás-miniatürizálás útjáról

• Emlékszem, talán 1977 táján, amikor (szomorúan: a néhai) Zámori Zoltán (KFKI) hazahozott egy Zilog mikrogépet és a bemutatón azt mondta: „Ha egy bit processzálása 1/1000 cent alá esik, mindent digitálisan végeznek...”

• Ez következett be a Moore-törvény vezérelte életben.

• A fizikai elveken nyugvó előrejelzések sorozatosan rövidebbre jósolták a Moore-korszakot – és az (üzleti) világ rácáfolt. A hődisszipáció kezelése mindeddig sikeres volt...

• A digitális miniatürizálás sok „köztes” megoldással hozott sikereket. • Pl. az analóg jelek felhasználása. Ebben hazai kutató is fontos

szerepet játszott: Cellular Neural Network, CNN (Chua-Roska).

• De azért tudva, látva, hogy az útnak mindenképpen van vége, más megoldások is szóba kerültek, mint pl. az előbbi STT.


A nanoelektronika gondjai

• Scale down korlátai miatt új elemek:– Nem elektronvezetés, más bináris rendszerek:

spin, ~tronika– A chipen optikai információtovábbítás a fémezés

helyett – elkerülhetetlen– Optika: plazmonika? – Analóg vs digitális rendszerek– Biomimetikus megoldások


A kvantumkomputerA „qubit” kvantummechanikai fogalom, amely összekapcsolt részecskéket jelöl.

Az öt fluor és a két szén hét qubitje képes 15-öt faktorizálni: 3.5=15

Rádióhullámok indítják a gépet, NMR olvassa ki az eredményt

2012: Szupravezető qubitstabilizálás (10 μs), Si-technológiával!

IBM ResearchIBM ResearchIBM ResearchIBM ResearchDicarbonylcyclopentadienyl(perfluorobutadien-2-yl) iron(C11H5F5O2Fe ) (ill. pentafluorobutadienylcyclopentadienyldicarbonyl-iron complex)


Kvantumkomputer – spintronika(Courtesy of D. Jamieson, Melbourne)


A nanotechnológia – gondjaim• Minőségellenőrzés

– Ma: az ún. Total Quality Management, TQM, a cél, – A biorendszerek "minőségellenőrzése" az evolúció:

1. a ön-reprodukció, 2. a véletlen mutációk (ez a "majdnem selejt"),3. a 'minőség' a természetes kiválogatódás révén

• A nanotechnológiai analóg nincs kitalálva– Lehet-e a minőségellenőrzés valamiféle 'gyorsított evolúció'?

• A mai, pl. gyógyszergyártási minőségellenőrzése nem lehet elég pl. a kvantumkomputer "gyártásához": – nem maradhatnak inaktív, nem szenzibilizált molekulák, – térben szervezetten kell létrejönniük (megtalálható – címezhető)

• Összeér-e a nanoelektronikának a mikroelektronikából eredeztetett „megbízhatósága” a biomolekulákéval? Mi egy virus „megbízhatósága”?


Csak a digitális-miniatürizálás lenne az út?

• Kiss László (L.B.Kish, Texas A&M Univ.) eredményesen folytatja az Ambrózy-féle zajkutatási iskolát

• A memóriánál ugyan kell a >kTln2 kritérium az „on-off”között, de processzornál nem feltétlenül...

• Található ui. olyan munkapont, ahol – a megbízhatóság kielégítő teljesítésével – lehet adatfolyamot kezelni.

• Sőt, a „zaj” is lehet az információ szállítója, nem kell feltétlenül GHz-es, hőtermelő órajel. Tíz újraszámolás (másodperc?), tízszeres redunciacsatorna elfogadhatómegbízhatóságot hoz – mondja

• Ha a grafén valaha jó lesz számítástechnikára, a tiltott sáv nélküli eszközök korszaka eljöhet...


Csak a digitális-miniatürizálás lenne az út?

• De – és ez Kiss Laci szomorú véleménye is – az üzleti érdek mindent felülír... Az ITRS tartja magát.

• Jómagam is kénytelen vagyok abban hinni, hogy jó ideig csak azok az újdonságok lehetnek „post-Moore”-ként nyerők, amelyek a mai foundry-kban, némi ráfejlesztéssel megvalósíthatók...

• Egyébként? Mi történt a villamos autók szabadalmaival fél évszázadon át!...


A ”Moore törvény” jövője – szerintem

• Remélem azonban, ha már pl. biokomputereinklesznek, akad mérnök, aki elkészítteti ennek tranzisztor-szintű helyettesítő kapcsolását

• és azt várom, hogy kiderül, akkor is igaz az exponenciális törvény...


A ”Moore vs Wright törvény”• Tehát generikus törvény született 1965-ben, amit

inkább üzleti, semmint technológiainak tartottam.

• Nincsen új a nap alatt – ez a sorsa Moore-nak is: • A Theodore Wright’s Law (1936) megjelent újfent

az irodalomban:• A termelési költség exponenciálisan csökken a

„kumulatív” gyártás szempontjainak függvényében(„cost decreases as a power law of cumulativeproduction”)

• Santa Fe Institute (SFI) working paper Statistical Basis for Predicting Technological Progress, Bela Nagy, J. Doyne Farmer, Quan M. Bui, and Jessika E. Trancik) 62 ipari termékre vizsgálta meg, hat esetében teljes analízist végeztek.

• Állítják, hogy a Wright’s Law a legjobb közelítés, de a Moore’s Law is közel áll ehhez, mind „low” és „high tech” termékekre egyaránt

• Én nem látom az egzakt voltát egyiknek sem, sőt, üzleti stratégiát se alapoznék ekkora eltérésre.


A hazai KF-stratégia átalakult a Mikroelektronikai Vállalat tűzesete (1986)

után

• A fő baj nem is a tűzkár volt, hanem az, hogy a Lloyd pénzét nem a szakmába táplálták vissza!

• A hazai közösség azonban nem ábrándult ki:• Vagy elment a centrumokba (Szingapur, stb.) karriert

csinálni, vagy itthon, hazajőve, értelmes stratégiát választott – erről szól a mai konferencia

• Mert, Feynman után szabadon: „There’s lot of leftover not too far from the bottom...”

• Ezt a résstratégiát lehet, kell itthon csinálni• És – végül – a Ceterum censeo-m...


• A mai tudománynak egyetlen küldetése és két súlypontja lehet – ez valahol megfelel az ön- és fajfenntartás ösztönének is:1. megkeresni annak a módozatait, hogy élhet-e, ill.

hogyan 6-10 G ember a Földön – úgy is, hogy a többi élőlény is megmaradjon?…

2. emellett az egyén élettartam-növelése domináns érdeklődést vonz – a biotudományok súlya, érdekessége,

3. amely eredmények hatással vannak az elsősúlypontra is.

• Képes lesz-e a társadalom ezt az életforma receptet idejében magáévá tenni?

• Én az „elviselhetővé” tételt a humanióráktól, ill. kiknek-kiknek a vallástól remélem …

„Ceterum censeo...”:


A zárt termelési-fogyasztási folyamatok elérése,

• amelyet egy nyolcvanas évekbeli reggeli teázásunk közben az akkori munkatársam, ma a Nortel egyik igazgatója, Drozdy Győzőfogalmazott meg, tehát a zárt termelési-fogyasztási ciklusok elérése, mint megoldás a túlélésre, egy új tézishez látszik elvezetni:

• Ez év januárjában végre hallottam ezt az elvet az EU-ban:„Recycling economy”!

• Az ún. ökológiai lábnyom számítása, amely 4-6 Földet igényelne már a mai emberiség túlélésének biztosítására is, és amely alapvető szempont a Föld lakhatóságának biztosítására –jelentősen megváltozik:

• ha ui. az alapanyagok kizárólag az emberi termelésen-fogyasztáson belül forognak, akkor csak az átalakításaikhoz szükséges energetika okán terhelik a Földet és növelik meg az ökológiai lábnyomot…

• Ez paradigmaváltó lehetőség!


Buckminster Fuller: Operating Manual for Spaceship Earth - (1969)

Biosphere, Montreal, 1967Biosphere, Montreal, 1967

Biosphere, Montreal, 1967

“…One outstandingly important fact regarding Spaceship Earth, and

that is that no instruction book came with it…„

…, hogy nem kaptunk hozzá Használati

utasítást…

Fullerének


Köszönöm a figyelmet –és hallgassuk meg,

mi történik a témában idehaza!

a moore törvény érvényesülése - napjainkban5 › ~gyulai › _ › bme ›...

Documents