A Moore-törvény ma

 (2025 április)

Moore-törvénynek nevezzük azt a megfigyelést a technológiai fejlődésben, mely szerint az integrált áramkörök összetettsége – a legalacsonyabb árú ilyen komponenst figyelembe véve – körülbelül 18 hónaponként megduplázódik. A megfigyelés Gordon Moore, az Intel egyik alapítójának a nevéhez kötődik. Moore eredeti megállapítása az Electronics Magazine 1965. április 19-i számában „Még több komponens megvalósítása az integrált áramkörökben” című írásában olvasható:  "A legalacsonyabb árú komponens összetettsége évenként durván a kétszeresére nőtt… Rövidtávon ez az ütem várhatóan nem fog jelentősen változni, esetleg valamelyest növekszik. Hosszú távon a növekedés üteme bizonytalanabb, bár jelenleg nincs okunk feltételezni, hogy az elkövetkező 10 évben ez változni fog. Ez azt jelenti, hogy 1975-ben a legalacsonyabb árú integrált áramkör 65 000 komponenst fog tartalmazni. Úgy hiszem, hogy egy ilyen összetett áramkör megépíthető egy lapkán." Ha feltételezzük, hogy az áramkörök összetettsége arányos egy lapkán a tartalmazott tranzisztorok számával – függetlenül a funkciójuktól –, a törvény kiállta az idő próbáját (https://hu.wikipedia.org/wiki/Moore-t%C3%B6rv%C3%A9ny).

A tajvani TSMC április elsején bemutatta első 2 nanométeres technikával gyártott a mikroprocesszorát, chipjét a világ legnagyobb félvezetőgyártója (https://index.hu/techtud/2025/04/07/hardver-chip-felvezeto-tsmc-processzor-technika-2-nanometer/?token=55cef95e0e606119cd740b96060c9e6a)
Az előző generációt jelentő 3 nanométeres chipekhez képest az új technika 15 százalékkal több tranzisztort képes ugyanakkora lapkára építeni, ami 10-15 százalékkal nagyobb számítási kapacitást vagy ugyanakkora teljesítmény mellett 20-30 százalékkal kevesebb energiafogyasztást jelent – írja a Science Alert.

A félvezetőiparban a  technikai megoldások és gyártási folyamatok többéves előkészítése valahány nanométeres nyomtatott áramköri technikához köthetők. A megnevezésben szereplő méret eredetileg egy tranzisztor méretét jelölte, de a 2010-es évek elejétől már túlléptek ezen, és már csak a generációkat jelölő tájékoztató szám, hogy hány nanométeres egy chip. Jelen esetben a logikai kapu 45 nanométeres. A TSMC az év második felében kezdi meg az új chipek tömeggyártását, a Samsung szintén. A versenyben lemaradt és gondokkal küzdő Intel eközben mindent egy lapra feltéve azon dolgozik, hogy a TMSC 20 angströmösnek nevezett 2 nanométeres technikáját 18 angströmös chipjeivel beelőzze.

Az 1987-ben alapított TSMC gyáraiban készül jelenleg a világ félvezetőinek 60 százaléka, például az Apple termékeibe épített A széria processzorai, a Samsung és Xiaomi telefonokba szerelt Qualcomm Snapdragon processzorok vagy az Nvidia kártyáiba szerelt grafikus processzorok. A TSMC még 2020-ban az 5 nanométeres FinFET technikával nyitott egy olyan korszakot, amely meghatározó volt az okostelefonok és a szuperszámítógépek fejlesztésében. Két évvel később követte a most meghaladott 3 nanométeres technika. A 2 nanométeres chipek 50 milliárd tranzisztort tartalmaznak egykörömnyi területen. A miniatürizálás következményei ott jelentkeznek majd, hogy egy mobil eszköz kisebb akkumulátorral, vagy hosszabb napi üzemidővel, ebből következően kisebb súllyal tudja ugyanazt a számítási teljesítményt nyújtani, mint közvetlen elődje.

 

 

(https://glengreidjr.me/2017/07/)

 

Az áramköröket bonyolultságuk alapján osztályozzák:

SSI (Small-Scale Integration): kisebb integráltságú elemek; egy-egy részfeladatra készülnek. Leggyakoribb képviselője: logikai kapuk.
MSI (Medium-Scale Integration): közepes integráltságú elemek; bonyolultabb feladatok megoldására készültek. Például léptető regiszter, multiplexer.
LSI (Large-Scale Integration): nagy integráltságú elemek; komplex feladatok ellátására készültek; például szorzók.
VLSI (Very-large-scale integration): nagyon nagy integráltságú elemek; Jellemzőjük, hogy univerzálisan alkalmazhatóra tervezték őket, azaz nem egyetlen részfeladat elvégzésére. Tipikus képviselője a mikroprocesszor.

Az IBM tesztchipje 2021-ben: amit az USA-beli Alabany-ban található kutatóközpontjukban raktak össze, elvileg a világon először épül fel 2 nm-es tranzisztorokból, ami a cég közleménye szerint azt jelenti, hogy 50 milliárd tranzisztort lehetséges bezsúfolni egy körömnyi felületre. Ez jelentős áttörés 2017-hez képest, amikor egy ugyanekkora területen 30 milliárd 5 nanométeres tranzisztor fért el. Az új architektúra előnye kétféleképp is magyarázható: vagy 45 százalékkal gyorsabb ugyanakkora energiafelvétel mellett, vagy 75 százalékkal kevesebbet fogyaszt ugyanakkora számítási kapacitás mellett, mint egy 7 nm-es chip. A cég úgy is személeti új chip képességeit, hogy egy 2 nm-es processzorral felszerelt mobileszköz jóval kevesebbet fogyaszt, mint egy 7 nm-es technológiára épülő – ami a gyakorlatban azt jelentheti, hogy csak négynaponta kell az adott eszközt tölteni. De például az önvezető autók is gyorsabban ismernék fel az akadályokat, és reagálnának ezekre, ha ilyen chipeket kapnának. Természetesen a fokozott tranzisztorsűrűség egyéb területeken is éreztetné üdvös hatását az adatközpontokkal kezdve az űrkutatáson át egészen akár a 6G technológiáig.

 

A lépéssel tehát az IBM megelőzte a konkurenciát, hiszen a TSMC 5 nm-es technológiájára épülő első chipek (Apple M1-e és az A14, a Huawei Kirin 9000-e) 2020-ban érkeztek meg. De az AMD és a Qualcomm 2021-ben még a TSMC 7 nm-es chiptechnológiáját alkalmazták. Az Intel pedig 10- és 14 nm-es chipeket használt 2021-ben, viszont ez utóbbi cég nagyobb tranzisztorsűrűséggel dolgozik, vagyis a chipjeiket nem lehet egy az egyben összehasonlítani a korábbiakkal. A TSMC közben szintén dolgozott a 2 nm elérésén, amit most sikerült,  2022-ben indította a 4- és 3 nm-es lapkák gyártását.

Egyébként a nagy teljesítményű laptopokban 2019-ig nem is terjedt el a 7 nm-es technológia, vagyis minderre 4 évvel azután került sor – például az AMD Ryzen processzora formájában –, hogy az Intel leleplezte az első ilyen chipet.

 

 

                                        A méret nanométerben (https://spectrum.ieee.org/a-better-way-to-measure-progress-in-semiconductors)

 

Következtetés: Napjainkban történik az áttérés a nanométeres megjelölésről az angstrőmős jelölésre, 1 angstrőm a nanométer tizede: 1 Å = 1×10⁻¹⁰ m =  0,1 nm. Felvetődik a kérdés: Hány angstrőmös chipeknél jelentkezik a kozmikus sugárzások okozta zavar, megbízhatatlanság? Azaz hogyan lehet árnyékolni a chipeket a nagyenergiájú részecskék ellen, ha lehet? A nagymegbízhatóságú chipekben három (legalább kettő azonos eredménye a helyes)  chip párhuzamosan ugyanazokat a műveleteket fogja végezni.