Proces technologiczny mniejszy niż 0,5 nm niemożliwy. Nawet grafen nie pomoże

Produkcja procesorów staje się coraz trudniejsza ze względu na konieczność zastosowania coraz mniejszego procesu technologicznego. Obecnie firma Intel produkuje swoje procesory  w wymiarze 22 nanometrów, jednak już za 2 lata na rynku mają się pojawić procesory wykonane w 14 nanometrowym procesie technologicznym. Jednak to nie będzie jeszcze koniec.

Następnym krokiem jest proces technologiczny 10 nanometrów, który zostałby opracowany w 2015 roku. Logika mówi, że powinien zostać wdrożony w okolicach 2016 roku. Intel stosuje zasadę Tick-Tock, w której naprzemiennie co roku pokazuje nowe procesory.  „Tock” to procesory z nową architekturą, a „Tick” to jednostki wykonane w mniejszym wymiarze technologicznym. Jednak nie wiadomo, czy się tak naprawdę stanie, czy może są to tylko nasze przypuszczenia. W końcu koszt opracowania i wdrożenia kolejnego procesu technologicznego jest coraz większy i Intel może nie wytrzymać dwuletniego cyklu wdrażania nowej technologii. Zwłaszcza, że potem mają pojawić się procesory wykonane w technologii 7 nanometrów i 5 nanometrów, które będzie jeszcze trudniej wyprodukować.

Okazuje się jednak, że zastosowanie ostatniego procesu może przynieść nam konieczność rezygnacji z krzemu jako głównego materiału produkcji procesorów. Bhagwan Sahu z Uniwersytetu w Austin twierdzi, że produkowanie tranzystorów CMOS z krzemu w procesie technologicznym mniejszym niż 7 nm jest niemożliwe, jeśli chce się to robić na skalę masową. Co zatem trzeba zrobić? Zastosować grafen. Dzięki niemu będzie możliwe wyprodukowanie tranzystorów w procesie technologicznym 0,5 nm, a dokładniej 0,42 nanometry.

Dalszy rozwój będzie wymagał bardziej innowacyjnych rozwiązań. W tranzystorach wykonanych w technologii 7 nm (dokładnie 6,72 nm) bramka ma długość 16 atomów, w 5 nm (5,04 nm) wynosi ona 12 atomów. W przypadku procesu 0,5 nm (0,42 nm) jej długość wyniesie jeden atom. Niżej zejść się chyba nie da. Pozostawienie takiej samej bramki nie wchodzi w grę. Nawet jeśli, czysto hipotetycznie, to zrobić, to jednym z podstawowych problemów jest to, że zmniejszanie bramki oznacza jej mniejszą pojemność, a co za tym idzie, mniejszą energię potrzebną do jej naładowania do mniejszego napięcia. To z kolei skutkuje spadkiem mocy przypadającej na jeden tranzystor i wydzielaniem ciepła z niego. Większe zagęszczenie tranzystorów powodowałoby, że procesory za bardzo by się grzały i nie działały dobrze.

Kolejne zalety grafenu to łatwiejsze odprowadzanie nadmiaru ciepła. Już teraz jest to trudne, czego dowodem jest bardzo kłopotliwe podkręcanie procesorów Ivy Bridge. Początkowo uważano, że jest to wynik zastosowania kiepskiej pasty termoprzewodzącej między IHS a rdzeniem. Intel jednak prawdopodobnie zastosowałby lepszą pastę, gdyby ta miała coś zmieniać. Oczywiście tego nie robi.

Co zatem stanie się za kilkanaście lat? Pierwszą konsekwencją będzie niemal całkowita rezygnacja z urządzeń stacjonarnych dla zwykłego użytkownika. Zapewne będzie można kupić bardzo drogie maszyny tego typu, jednak przytłaczająca większość użytkowników będzie korzystać z laptopów, które będą działać na jednym ładowaniu kilka dni lub tygodni. Już za rok mają pojawić się cieniutkie Ultrabooki trzeciej generacji, w których, dzięki zastosowaniu procesora Haswell, będzie możliwe uruchomienie ich na dobę. Dalej będzie tylko lepiej.

Kolejnym krokiem jest stagnacja, do której niestety musi dojść. Rynek sprzętu komputerowego na jakiś czas umrze, a bardziej promowane będą design urządzenia, rozwiązania ułatwiające korzystanie z niego, ekosystemy czy pełna integracja z naszym domem.

W przypadku gier też jest ciekawie, ich twórcy będą musieli się nauczyć lepiej optymalizować gry, jeśli będzie to konieczne. Możliwe jest też, że do tego czasu powstaną gry z fotorealistyczną grafiką, a moc obliczeniowa ogólnodostępnych jednostek będzie tak duża, że lepsza optymalizacja kodu nie będzie konieczna, a gry nie będą konkurować między sobą grafiką, bo każda będzie mieć taką, jaką wymarzy sobie jej twórca. Stagnacja oznacza też większy udział w rynku konsol do gier, jeśli nie zostaną one wyparte przez urządzenia mobilne lub przystawki reagujące bezpośrednio z naszym ciałem, coś na kształt prywatnego Matrixa.

Jak widać, kres pojawi się za jakieś 15-20 lat i ciężko wyrokować, co się stanie z branżą IT. Być może mądre głowy w Intelu lub innej firmie wymyślą nowe, lepsze rozwiązania. Szczerze na to liczę. W końcu potęga ludzkiego umysłu jest nieskończenie wielka.