Verkleining chipproductie wordt 'survival of the fittest'

Het ontwikkelen van kleinere transistors wordt iedere generatie weer duurder en moeilijker. Steeds meer bedrijven geven de strijd op of moeten noodgedwongen samenwerken om in de race te blijven.

Op ISQED - een internationaal symposium voor de halfgeleiderindustrie - legt men de vinger op de pijnpunten. Na 45nm wordt het voor iedereen buiten de absolute top moeilijk om de kosten voor het zelfstandig ontwikkelen van nog geavanceerdere techniek te rechtvaardigen, aldus de voorspelling. De bouw van een grote nieuwe 32nm-fab zal minstens 5 miljard dollar kosten, tegenover 3 miljard dollar voor 45nm. Daarnaast wordt het ontwerpen van producten exponentieel ingewikkelder, niet alleen omdat het aantal transistors maar blijft groeien, maar ook omdat er naar mate men de atoomschaal nadert relatief steeds grotere afwijkingen ontstaan tijdens de productie ervan. Wil men nog fatsoenlijke yields halen moet men daar tijdens het ontwerp al rekening mee houden. Er moet sowieso meer geïnvesteerd worden in simulaties en modellen, want het achteraf verbeteren van een chip is een dure grap: een set maskers (de blauwdruk die bepaalt hoe de transistors op het silicium terechtkomen) kost voor 45nm al 9 miljoen dollar.

Volgens een presentatie van Synopsys kan door deze redenen alleen de elite het veroorloven om over te stappen op 32nm. Men verwacht dat alleen bedrijven met een omzet van meer dan 16 miljard dollar per jaar de investering kunnen verantwoorden, wat neer zou komen op twee spelers: Intel en Samsung. Deze voorspelling correleert op zich goed met de echte wereld: Texas Instruments - de derde grootste chipbakker ter wereld - heeft eerder dit jaar bekendgemaakt dat het geen eigen 32nm-techniek zal ontwikkelen.

Hoewel dit allemaal negatief klinkt is er voor de 'afvallers' gelukkig nog wel een andere optie: samenwerken. De bekendste club is die van onder andere IBM, AMD, Chartered, Freescale en Infineon, maar er zijn de laatste jaren nog verschillende andere allianties ontstaan van bedrijven die de bui al hebben zien hangen. Ze werken tot nu toe echter voornamelijk samen aan het onderzoek. Verwacht wordt dat steeds meer bedrijven in de toekomst ook bij elkaar aan zullen moeten kloppen voor productie, omdat het bouwen van eigen fabs onbetaalbaar wordt. Dit zogenaamde foundry-model wordt al veelvuldig en met succes toegepast door kleinere bedrijven (zoals bijvoorbeeld nVidia, dat zijn chips bij TSMC laat bakken) maar voor de grote jongens zal het toch even slikken zijn. Behalve het feit dat een eigen recept altijd nét even iets beter smaakt dan een waar twee of meer mensen over gekibbeld hebben, is het ook een egokwestie. Voormalig AMD-topman Jerry Sanders III heeft dat met zijn beroemde uitspraak 'Only real men have fabs' mooi samengevat.

Reacties (36)

[deugtniet]

Weer een mooi voorbeeld van de concurrentie die elkaar proberen uit te roeien. Aan het einde zullen er alleen nog maar enkele grote superbedrijven bestaan die iets voor je kunnen doen. waardoor zij de prijs in handen hebben en jij (de consument) je er alleen maar naar MOET schikken zonder de concurent die een ander vergelijkbaar product op de markt heeft gezet.
Een sombere maar niet tegen te werken ontwikkeling.

[Verwijderd]

De geschiedenis leert dat niet de producent met het kleinste proces maar de producent met het beste chipontwerp wint. Intel zou wel eens aan het kortste eind kunnen trekken als ze te snel naar 32 nm willen stappen. De investeringen zijn enorm (minder budget over voor ontwerp) en het zal lang duren tot de yields behoorlijk zijn. Zij die in het kielzog van de pioniers volgen zouden een deel van de kost kunnen uitsparen en via een andere weg sterk concurrerende producten kunnen ontwikkelen...

[Wouter Tinus]

Vreemd argument; de investeringen zijn sowieso enorm, wanneer je er ook mee begint. Ontwerpkosten zijn ook peanuts vergeleken met de investeringen in fabs, ze gaan echt niet een paar miljoen van een ontwerpbudget afhalen omdat ze anders een fab van een paar miljard niet kunnen betalen. Het werkt juist tegenovergesteld: ze smijten liever een paar miljoen extra tegen een ontwerp aan zodat ze in hun fab een duurdere techniek (zoals bijvoorbeeld SOI of extra lagen metaal) achterwege kunnen laten.

Je kunt je ook afvragen in hoeverre degenen die in de kielzog volgen kunnen profiteren van degenen die hen voor zijn gegaan: Intel gaat de lessen die het met pijn en moeite leert echt niet aan zijn concurrenten doorspelen, dus die komen gewoon dezelfde problemen tegen. Zie bijvoorbeeld hoe hun formule van high-k / metal gates voor 45nm zo lang mogelijk geheim wordt gehouden.

Je hebt op zich wel gelijk dat betere productietechniek niet per se een voorsprong in prestaties hoeft te betekenen, maar het beste praktijkvoorbeeld daarvan is dan ook meteen de allergrootste ontwerpblunder die Intel ooit heeft begaan: Prescott. De kans op een tweede 'Prescott' lijkt me gezien de recente ontwikkelingen (tick-tock-strategie) erg klein.

[Verwijderd]

Sinds 90 nm is men duidelijk van de wet van Moore beginnen afwijken. Men begint zo dicht tegen de fysische grenzen aan te zitten dat het niet meer rendabel is om dat tempo van verkleining vol te houden.

Maar dat hoeft denk ik ook niet. Er is nog veel vooruitgang te boeken met nieuwe ontwerptechnieken op hetzelfde proces. Zo is bijvoorbeeld een deel van NVIDIA's succes met de G80 (op 90 nm) te danken aan een sterk geoptimaliseerd ontwerp van de shader-cores. Voor zover geweten zou het grotendeels 'custom design' zijn in de plaats van gebruik te maken van standaardbibliotheken.

Ook dingen zoals het X initiative streven betere prestaties na via een beter ontwerp, zonder een kleiner proces te vereisen.

[lammert]

Voor CPU's geldt Moore's wet nog steeds hoor, iedere 18 maanden een verdubbeling van het aantal transistoren per CPU. Die verdubbeling wordt nu alleen niet meer tot stand gebracht door kleinere transistoren, maar door een verdubbeling van het aantal cores.

Ik heb het hierboven overigens over de populaire versie van Moore's wet, niet over de werkelijke formulering van Moore destijds (1965) die sprak over een verdubbeling elke 24 maanden omdat daarbij de kosten per transisitor het laagst waren.

[VTOLfreak]

Aan de andere kant: 2dehands apparatuur voor chips op 180nm enzv kun je nu voor enkele 10000'den €'s aanschaffen. Frees/ets machines voor PCB's, reflow ovens voor componenten, enzv zijn nu al te vinden voor een paar duizend €. Experimenteren in je garage en zelf hardware ontwerpen komt elke dag dichterbij

[Verwijderd]

en zo'n chipmachine kost echter geen 10000 en euro's maar heel wat meer, ook al is ie 2e hands.

[VTOLfreak]

Ik wil alleen maar zeggen dat de oudere generatie lithografie serieus goedkoper is dan de bedragen die hier genoemd worden voor 45nm.

[Timfonie]

En die geweldige cleanroom, die je met je stofzuiger schoonhoudt, die is natuurlijk op 1 april 2008 helemaal gereed.

[Verwijderd]

I(k vraag me af of er nog wel genoeg naar nieuwe technieken word gekeken inplaats van maar steeds verder willen te verkleinen. Alle processen met hun huidige ontwerp komt een keer een eind aan. Inplaats daarvan zal men toch echt nieuwe technieken moeten aanboren wil men op de lange termijn verder kunnen komen.

Mobieltjes en dergelijke zijn helemaal niet de toepassingen om technieken te verkleinen of te verbeteren, het gaat om de lange termijn waarbij ruimtereizen vereist dat er veel mee kan zonder teveel in gewicht of dat het teveel stroom verbruikt.

[Stevendefeij]

Waarom denk je dat.

Intel gaat om de buurt verkleinen / nieuwe micro architectuur ontwikkelen volgens hun eigen roadmap willen ze elke 2 jaar een nieuwe micro architectuur

AMD komt ook uit met een nieuwe micro architectuur binnen een maand of 2. (K8L)
IBM heeft net de Cell ontwikkeld en komt met hun doorontwikkeling van de Power met de POWER6 volgend jaar.

Of wel nieuwe technieken worden nog wel ontwikkeld alleen we komen maar niet van die verrekte x86 af (nu x64 /AMD64/x86_x64 maar het idee is hetzelfde)

Mobieltjes zijn juist de plek waar verkleint moet worden want hoe kleiner het productieproces hoe lager het stroomverbruik (ok Prescott is een uitzondering alhoewel onze prescott van 3 GHz wel zuiniger is de 3 GHz Northwood van een vriend van me en de Cedermill 65 nm p4 is echt wel een klapje zuiniger dus klopt het toch.)

En als ik je goed begrijp maar ik volg je niet helemaal is dit mijn reactie op je laatste zin:

Ruimtereizen heeft toch geen enkele toekomst man!!! Tenzij ze Mars nuttig kunnen gebruiken en dat zie ik nog niet gebeuren.
Bovendien is er geen gewicht in de ruimte en is het gewicht totaal niet relevant (totdat je gaat landen tenminste en bij opstijgen kan gewicht ook wel lastig zijn)

[Verwijderd]

Bij 65/45 nm en lager is er nog iets wat de kop opsteekt: soft errors in geheugenarrays. Transistoren worden zo klein en opereren bij zulke lage spanningen dat ze gevoelig beginnen te worden aan de effecten van invallende kosmische straling of straling van radioactieve onzuiverheden in de chip zelf.
Een neutron, proton of alfa deeltje kan bij interactie met de chip een oplading/ontlading teweegbrengen, waardoor een flip-flop kan omslaan en een bit in het geheugen dus foutief is. Via foutcorrectie kan men dit wel detecteren en verbeteren, maar dit vraagt dan weer extra bits en extra logica.

Het is dus logisch dat slechts een handvol bedrijven over de middelen beschikt om alle aspecten van nanotechnologie voldoende onder de knie te krijgen.

[MneoreJ]

Dat probleem is al sinds de jaren 70 bekend, ruim voor we op 65 nm zaten. Alleen wordt het natuurlijk steeds kritischer naarmate de componenten kleiner worden.

[Wouter Tinus]

Het gaat er niet zo zeer om dat de chips of transistors fysiek kleiner worden, dat is slechts een middel. Het resultaat ervan is dat men betere prestaties en meer features voor hetzelfde geld en verbruik kan leveren, en/of dezelfde prestaties en features voor minder geld en minder verbruik. Dat zijn essentiele middelen om de verkoop te stimuleren. Als je jaren op hetzelfde product blijft hangen droogt de markt op een gegeven moment op.

[Japs]

@OetZitterd

Je kan het dan beter vergelijken met de accu's om mobieltjes. Als die kleiner worden betekent dat effectief gezien dat je: of kleiner mobieltjes kan maken, of even grote mobieltjes met een grotere energie inhoud (dus langer standby en gebruik).

[Avalaxy]

Nee want Intel is groot genoeg om het zelf te doen en nVidia werkt samen met TSMC (zoals ook in het artikel vermeld).

sorry, dit was een reactie op DJ_The_SP

[Bram V]

Maar de chips in de telefoon worden wel kleiner(of hebben de zelfde groote maar bevatten meer transistoren/rekenkracht/mogelijkheden).

Dat de telefoons groter worden heeft er vooral mee te maken dat mensen een beeldscherm willen waar je op kunt internetten of emailen.

Edit: Spuit11 reactie

[xdcx]

even grote mobiel maar meer functies, rekenkracht, langere accuduur etc etc...

*oh stond er dus al na refresh*

[Matilonian]

Ik heb toch moeite met het argument dat als je kleiner wilt gaan dat fabrieken dan automatisch duurder zullen worden.

Aangezien de technische ontwikkeling steeds verder vooruitgaat, kunnen we er dan niet vanuitgaan dat een techniek die nu erg duur is later goedkoper zal worden en dus ook betaalbaar voor meer dan 2 bedrijven?

[simon]

Is survival of the fitting niet passender? Helemaal als je 't over dergelijke geavanceerde technieken hebt

[Verwijderd]

Ik heb recent gelezen dat er een belangrijke doorbraak is met nanotechnologie, waarbij self assembling de basis is om op veel kleinere schaal chips te kunnen maken. De beperkingen die er zijn met lichtbundels spelen daardoor geen rol meer en kan men veel kleiner dan de huidige genoemde 32 nm. Dit lijkt mij een heel andere wending te kunnen geven aan de hier aangehaalde problemen met verkleining.

[wjjkoevoets]

Het is natuurlijk begrijpelijk dat de meeste bedrijven dit uiteindelijk niet meer kunnen betalen. Het is op het moment nog heel lastig om op een betrouwbare manier goede chips te bakken op 45nm, hoewel het al wel mogelijk is (Intel Nehalem in 2008).

Als men genoeg tijd en geld in het productieproces steekt is het mogelijk (maar je moet dan wel het budget hebben, weinig bedrijven hebben het, dus dan wordt het toch survival of the fittest).

Uiteindelijk zullen de meeste bedrijven er aan moeten geloven. Intel als voorbeeld kan wel een heleboel geld hebben, maar als je je Yields niet haald, dan heeft het weinig zin. Dan kun je zoals in het bericht genoemd, allianties vormen, zodat je samen kunt investeren in betere productietechnieken. Zou overigens niet verkeerd zijn als Nvidia en Intel elkaar zouden steunen, kunnen ze beter concurren met "The new AMD", maar dat is iets anders