תשכחו מלשדרג את הסמארטפון כל שנה: המהפכה הדיגיטלית מאטה

בשבוע שעבר הכריזה אינטל, יצרנית השבבים הגדולה בעולם, כי הגעתו של דור השבבים הבא מתעכב עקב קשיים בפיתוח ■ קצב מזעור השבבים שעומד בפני האטה מעלה חששות לגבי התקדמות המהפכה הדיגיטלית

אור הירשאוגה
אור הירשאוגה

"אם ג'נרל מוטורס היתה מפתחת טכנולוגיות בקצב של תעשיית המחשבים, כולנו היינו נוהגים במכוניות שעולות 25 דולר ונוסעות 1,000 מייל לגלון דלק". אמירה זו, המיוחסת לביל גייטס, ממחישה את הפער העצום בין קצב השינויים בתעשיות מסורתיות לבין הקצב בתעשיית השבבים, המניעה ב–50 השנים האחרונות את המהפכה הדיגיטלית.

אם מחפשים את המנוע העיקרי שדוחף את המהפכה, ניתן למצוא אותו בלבה של תעשיית השבבים. קצב המהפכה הדיגיטלית נקבע לפי היכולת של תעשיית השבבים לדחוס עוד ועוד טרנזיסטורים על פיסת סיליקון נתונה. מאז שנות ה-60 הוכפלה הכמות כ-25 פעמים - הכפלה אחת לכל שנתיים. סדרת הכפלות זו מכונה "חוק מור", על שמו של גורדון מור, אחד ממייסדי אינטל, שחזה את סדרת הכפלות זו בתחזיות שאותן פרסם בשנת 1965 ולאחר מכן בשנות ה-70'.

לכתבות נוספות באתר TheMarker:

חסמתם את רשימת החברים בפייסבוק? כולם יכולים לראות אותה

טלנובלה ברזילאית // סיגרים, מכוניות וזונות - במקום מס של 200 מיליון דולר

ביתן של אינטל בתערוכת טכנולוגיה בלאס וגאסצילום: רויטרס

לפי הניסוח המקובל של חוק מור, בכל 18 חודשים עד שנתיים מוכפל מספר הטרנזיסטורים על שטח השבב, בעוד עלות ייצור השבב נותרת קבועה או יורדת. מספר הרכיבים על השבב קובע לא רק את יכולת העיבוד, אלא גם את יכולת אחסון המידע, היקף צריכת האנרגיה וקצב עיבוד הנתונים. סדרת ההכפלות שתיאר מור אחראית לכך שכוח העיבוד שאנו מחזיקים כיום בכיס גבוה לאין ערוך מכוח המחשוב שסיפקו בשנות ה–50 וה–60 מחשבים שתפסו חדרים שלמים בעלויות עתק.

אך מה יקרה אם וכאשר קצב ההכפלה של מספר הטרנזיסטורים יירד? כיצד ישפיע הדבר על קצב ההתקדמות של המהפכה הדיגילטית ועל היכולת שלה להמשיך לשנות את חיינו? זוהי עדיין שאלה תיאורטית, אך תחזיות רבות, ולא מעט סימנים, מעידים כי האטה כזאת עשויה לקרות ממש בשנים הקרובות. אחד מסימנים אלה סיפקה בשבוע שעבר אינטל, החברה שאחראית יותר מכל חברה אחרת בעולם על יישום חוק מור.

"זה פשוט נהיה 
מאוד קשה"

אם לעידן הדיגיטלי יש לב, הרי שפעימותיו הן ה"טיק" וה"טוק" בייצור השבבים של אינטל. מאז הנהיגה יצרנית השבבים את מודל הטיק־טוק, כל דור שבבים חדש של החברה שמגיע לשוק הוא תוצאה של אחת הפעימות: בפעימת ה"טיק" מקטינה אינטל את המרחק בין הרכיבים וממזערת את הרכיבים עצמם, ובפעימת ה"טוק" היא משנה את התכנון הלוגי של הרכיבים - התבנית שבה הם מודפסים על הסיליקון. בפעימות ה"טיק" נשמרת במידה מסוימת התבנית שלפיה מודפסים הרכיבים, ובפעימות ה"טוק" נשמרת טכנולוגיית הייצור של הדור הקודם. יחד, כל מחזור טיק־טוק אמור להביא את שבבי אינטל לנקודה הבאה על הגרף המותווה על ידי חוק מור.

בחודש שעבר הכריזה אינטל כי דור השבבים הבא - משפחת שבבי ה-Broadwell - צפוי להגיע לשוק בעיכוב של רבעון. למעשה, ההכרזה היתה הצהרה על חריגה של רבעון מתוואי הגרף של חוק מור. דור השבבים הנוכחי של החברה מיוצר בטכנולוגיית 22 ננו־מטר; הדור הבא ייוצר בטכנולוגיית 14 ננו־מטר במפעלים באירלנד ובארה"ב. בפעימת ה"טיק" שתבוא אחרי זו הקרובה, עשוי הייצור לשוב לישראל אם יוקם כאן מפעל בטכנולוגיית ייצור של 10 ננו־מטר. במרכז הפיתוח של אינטל בחיפה מתוכנן כבר כיום דור השבבים שצפוי להגיע לשוק ב–2015, שבבי 
ה–Skylake - פעימת ה"טוק" במחזור הטיק־טוק הנוכחי.

ביום חמישי שעבר הסבירו בכירי אינטל את הסיבה לדחייה במפגש משקיעים, שבו הציגה אינטל תחזית מכירות מאכזבת ל–2014. ביל הולט, סגן הנשיא האחראי על הייצור באינטל העולמית, הסביר כי החברה נתקלה בקשיים בתכנונו של הליך הייצור בטכנולוגיית 14 ננו־מטר. אלה קיבלו את ביטוים הברור ביותר בגרף שהראה את שיעור השבבים התקינים בייצור בטכנולוגיית 14 ננו־מטר בהשוואה לשיעורם בשבבים מטכנולוגיית 22 ננו־מטר. שיעור השבבים התקולים בהליך תכנון הייצור בטכנולוגיה הנוכחית היה גבוה משיעורם בשלבים מקבילים בתהליך תכנון הייצור הקודם.

לנתון זה יש השפעה מהותית על מחיר השבבים. ככל שמספר השבבים התקולים גדל, כך עולה עלות הייצור הממוצעת של השבבים התקינים. לפיכך, הדבר קריטי מבחינת הכדאיות של אינטל להשקיע מיליארדים במתקני ייצור חדשים שיאפשרו את התקדמות חוק מור. אם אינטל לא מצליחה להגיע בזריזות לתפוקה גבוהה (yield) במפעליה החדשים, היא תתקשה לשמור על מחירי השבבים ואף עשויה להידרש לייקר אותם. תפוקה נמוכה במפעליה של אינטל פירושה פגיעה ביכולת של חוק מור לדחוף את המהפכה הדיגיטלית.

"הגרף שהראה הולט פשוט לא נראה נכון", קבע בעקבות הפגישה דון קלארק מ"וול־סטריט ג'ורנל". "במשך שנים נוהגים בכירי אינטל להציג גרפים שמראים את ההתקדמות שהחברה עושה בדחיסה של טרנזיסטורים על השבבים. הגרף שהולט הציג, לעומת זאת, הצביע על בעיה בייצור השבבים החדשים. תפוקת השבבים התקינים ירד למשך כמה חודשים, לפני שהמהנדסים של אינטל הצליחו להשתלט על הבעיות".

"לא הייתי אומר שזו הפעם הראשונה שיש לנו אתגר מהותי בנושא התפוקה בעת הליך הפיתוח, אך זו הפעם הראשונה שאנחנו חווים בעיות כאלה זה מספר לא קטן של דורות", ציין הולט בפגישה. "זה פשוט נהיה מאוד קשה. העובדה שאנחנו לא רואים שיפור מהותי בציוד הייצור משמעה שאנחנו צריכים להוציא יותר מציוד הייצור הקיים. הקושי הזה, כך אנחנו חושבים, יעמוד בפני כל מי שיגיע לנקודה הזאת. המשך השינוי הנדרש במערכי הייצור של השבבים פשוט נהיה קשה יותר ויותר", הוא הוסיף.

הקושי, הוסיף הולט, לא נובע מהשינויים האחרונים בדרך שבה מיוצרים טרנזיסטורים, או מתפקוד הרכיבים. הבעיה העיקרית היא הגודל. טכנלוגיית הדפסת המעגלים באמצעות אור (ליתוגרפיה), שסיפקה את עיקר פריצות הדרך הטכנולוגיות שמאז שנות ה-90 איפשרו את העמידה בחוק מור, פשוט הגיעה לגבולות שקשה מאוד לפרוץ עם ההתקרבות לממדים של אטומים ספורים. כדי להצליח להדפיס שבבים בטכנולוגיית 14 ננו־מטר, ציין הולט, נדרשת אינטל לבצע חשיפות רבות יותר של כל פרוסת סיליקון במכונות הליתוגרפיה, וכל חשיפה כזאת יוצרת פגמים חדשים שמתגלים רק כשהשבבים המוגמרים נבדקים. הוא הוסיף שלמרות הבעיות בשיפורו של הליך הייצור בטכנולוגיות החדשות, החברה עדיין מקדימה את מתחרותיה בתחום ייצור השבבים - שהגדולות בהן הן TSMC הטייוואנית וסמסונג הקוריאנית - ב–3.5 שנים.

"חוק מור ממשיך להיות תקף בגלל הדרך שבה חברות, מוסדות מדע וממשלות עושים בו שימוש כדי להעריך אחד את הישגי האחר", קבעו ב–1998 החוקרים אריה ריפ והארו ואן־לנטה. "השחקנים בשוק מרכזים מאמצים במטרה לעמוד בערכים החזויים: מעבדות מתכננות הקצאות של משאבים בהתאם לחוק מור, וכשיש סכנה שמפרט מסוים לא יעמוד בתחזיות, מושקע מאמץ נוסף. חברות משתמשות בתחזית כדי לכוון את החלטותיהן וממשלות מוכנות לספק מענקים כדי לסייע לחברות להימנע מכישלון בהגעה לצפי החזוי", הוסיפו.

"התעשייה הפכה את התחזית הזאת לנבואה שמגשימה את עצמה. מפות הדרכים של התעשיה מבוססות כיום על הקצב המשוער של השיפור, וסוגים שונים של טכנולוגיות מגיעים בנקודות הזמן הנכונות כדי לסייע לנו להישאר על העקומה. כל המשתתפים בתעשייה מבינים שאם הם לא ינועו בקצב הזה, הם ייוותרו מאחור מבחינה טכנולוגית, ולכן במקום להיות תחזית שמתארת את מה שקורה, ההשערה הזאת נהפכה למשהו שמשפיע בפועל על מה שקורה", סיפר מור בראיון ב–2005.

"זה משהו שמעולם לא העליתי בדמיוני", הוסיף מור. "בכל כמה זמן אני נדהם מהעובדה שהצלחנו להתקדם כל כך הרבה. כמה פעמים בדרך חשבנו שהגענו לקצה הדרך, אבל אז המהנדסים היצירתיים שלנו מצאו דרכים לעקוף את החסמים. לפחות שלוש או ארבע פעמים נראה היה שעומדים בפנינו חסמים משמעותיים מאוד, ופשוט פרצנו דרכם בלי שום היסוס. אני חושב שיש לתחזית הזאת עוד חיים ארוכים. מעולם לא יכולתי לראות יותר משלושה דורות טכנולוגיים קדימה - שזה אומר 6–8 שנים - אבל בסופו של דבר דברים יצטרכו להשתנות. חומרים עשויים מאטומים ובחלק מהארכיטקטורות החדשות אנחנו מתקרבים לגדלים של אטומים בודדים".

"כל מי שניסה - טעה"

חרף הדחייה בלוחות הזמנים, הדגישו בכירי אינטל ביום חמישי את הסדירות הצפויה של העמידה בתחזיוות של מור. סטייסי סמית', סמנכ"ל הכספים של אינטל, ציין כי במעבר לדור ה–14 ננו־מטר, מלבד שיפור בביצועים ובצריכת אנרגיה תשיג אינטל הוזלה של 29% בעלויות הייצור של שבבים. העלות לכל שבב, ציין סמית', "יורדת מהר יותר מהעלייה הנדרשת בהשקעת ההון בייצור - זה היופי של חוק מור". הולט הוסיף כי אינטל חוזה שיפור דומה גם במעבר ל–10 ננו־מטר. למרות האתגר הטמון בכך, הוא לא ציין כי הוא רואה סיום לחוק מור.

"אני לא מתכוון להתחיל לחזות את הסוף, כל מי שניסה לעשות את זה טעה", ציין הולט. "סופו של הליך המזעור הוא נושא שמעסיק את כולם במשך עשורים, ובעשרים השנים האחרונות רבים חזו אותו, אך עד כה אף אחת מהתחזיות לא התאמתה. בכל כמה שנים התעשייה הצליחה לפרוץ את המחסומים עם חדשנות ועיצוב מחדש של הטרנזיסטור ושל חומרים. אף שאנחנו לא חושבים שזה יימשך לנצח, אנחנו ממשיכים לראות יכולות חדשות שיאפשרו לנו להמשיך למזער את הטכנולוגיה", הוסיף.

לצד תחזיות אלה עומד גם ניסיון העבר, ולא מעט פיתוחים חדשים, בהם ארכיטקטורות תלת־מימד בשבבי זכרון, שילוב חומרים כמו גרמניום בסיליקון, והממריסטור - רכיב אלקטרוני חדש ש–HP הציגה את פיתוחו ב–2008. מול אלה עומד אתגר משמעותי וברור שניצב כאופק פיסיקלי לכל ארכיטקטורה מבוססת סיליקון - הגעה לממדים הקרובים לגודל של אטומי צורן יחידים במבנה השבבים. למעשה, כבר ב-2010 העריך גוף מומחים של איגוד תעשיות השבבים העולמי שב-2013 תגיע התעשייה העולמית לתחילת ההאטה בקצב מזעור השבבים.

גורדון מור. "כולם מבינים שאם הם לא ינועו לפי הקצב שקובע החוק, הם יוותרו מאחור"צילום: אי–פי

"מה אפשר לעשות 
עם עשרה אטומים?"

"גם אם נתעלם מהבעיות הכלכליות שמתחילות לצוץ בטכנולוגיות של 22 ו–28 ננו־מטר, במבט קדימה אנחנו מגיעים לנקודת ציון מעניינת. המרחק בין אטומים של צורן הוא 0.5 ננו־מטר. בטכנולוגיות ייצור של 5 ננו־מטר, טכנולוגיות ייצור שצפויות להיות זמינות בטווח של 10 שנים, אנחנו מגיעים לגדלים של עשרה אטומים", מסביר שלמה מרקל, סגן נשיא בברודקום העולמית.

ההתקרבות לרף הפיזיקלי עשויה להאריך את מחזורי המזעור של השבבים משנתיים לשלוש וארבע שנים. "בטווח הארוך, האטה בהליך המזעור משמעה האטה בקצב הגידול של רוחב הפס, בהוזלה ובזמינות של אחסון נתונים, ושל עלות התעבורה באינטרנט. בין השאר זה אומר שלא נוכל להחליף מחשבים וטלפונים בתדירות גבוהה כל כך - לא בכל שנה או שנתיים", קובע מרקל.

לצד שינויים אלה, ההאטה הצפויה בהליכי המזעור של השבבים תעורר צמיחה בתחומים שיפצו על כך, כמו התוכנה. "בטכנולוגיות הסיליקון הנוכחיות קצב המזעור לא יימשך, אבל זה לא אומר שההתייעלות של השבבים תרד. קנה המידה של הטכנולוגיה הוא לא המשתנה היחיד - גם רמת האינטגרטיביות, החיבור למוצר הסופי והתוכנה קובעים. ראייה מערכתית יותר של מוצרים יכולה להמשיך להביא לשיפורים. בסופו של דבר, משתמש הקצה לא מחכה לראות את הננו יורד, הוא מחכה לראות ביצועים גבוהים יותר, צריכת אנרגיה נמוכה והוזלה במחיר", קובע שמואל ברקן, מנכ"ל משותף בפריסקייל ישראל.

"בסופו של דבר כל ההייפ של האינטרנט והסלולר מחובר לסיליקון. הסיליקון לא יכול להיעצר, אבל כן נוצרות עכשיו תפישות חדשות שתופסות תאוצה", קובע ערן רותם, סמנכ"ל טכנולוגיות במארוול ישראל. בין השאר מתייחס רותם לתפישה הנדסית שזכתה לשם More than Moore, שקוראת להפרדה בין סוגי הרכיבים כך שלא כל סוגי הרכיבים ייוצרו בטכנולוגיה הממוזערת ביותר, למשל בהפרדה בין זיכרונות לשבב המרכזי. "אנחנו עדיין לא רואים את זה במכשירים סלולריים, אבל ייתכן בהחלט שזה יקרה בשנים הקרובות", ציין רותם.

הדחיפה לביצועים, צריכת אנרגיה נמוכה והוזלה של עלויות יכולה להוביל גם לשינוי בסיסי במבנה השבב. "הטרנזיסטור צריך להמציא את עצמו מחדש", קראו ב-2010 החוקרים תומס תייס ופול סולומון בירחון Science ב-2010. פיתוחים כמו שילוב של אלמנטים ביולוגיים, מחשוב קוונטי או מעבר מסיליקון לחומרים כמו גרפין, עשויים ליצור תעשייה המבוססת על הליכי ייצור שונים מהותית מאלה הקיימים כיום.

שינוי בסיסי כזה, כמו גם האטה במחזורי המזעור של השבבים, יוכלו בעשור הקרוב להשפיע גם על הצרכן הסופי, אך גם על תעשיית השבבים עצמה ובעיקר על חברות הייצור - בין שמדובר בחברות ייצור כמו אינטל ו-TSMC, ובין שמדובר בחברות שמפתחות את הציוד הנדרש להליך הייצור, כמו אפלייד מטיריאלס. "זה בהחלט נושא שמעסיק את התעשייה. בין השאר זה אומר איזשהי תזוזה בין חברות ובין תחומי עיסוק. בחברות כמו ברודקום וקוואלקום יש כיום לא פחות מהנדסי תוכנה ממהנדסי חומרה, וזאת מגמה שתתחזק. במקרים מסוימים חברות יצטרכו להמציא את עצמן מחדש", קובע מרקל.

הנבואה שהגשימה את עצמה

כאשר גורדון מור ניסח לראשונה את החוק הקרוי על שמו היה מספר הרכיבים המקסימלי בשבב כ–60; ב–2011 כבר הגיע מספר הרכיבים בשבבים ממשפחת הסנדי־ברידג' של אינטל ליותר מ–2.4 מיליארד.

בראיון וידאו ב–2005 הסביר מור שהמאמר נכתב לאחר שהתבקש על ידי עורכי המגזין Electronics לספק תחזית להתפתחות רכיבי הסיליקון בעשור שבין 1965 ל–1975. ב–1958 הומצא ב–Fairchild Semiconductor, הטרנזיסטור הראשון שאיפשר יצירה של מעגלים משולבים. בשנים שבין המצאת המעגל המשולב לכתיבת המאמר, ציין מור, הוכפל מספר הרכיבים על השבב בכל שנה. "לקחתי את הנקודות מהשנים הראשונות עד ל–60 רכיבים ב–1965, והמשכתי את הגרף לעשר השנים הבאות בצורה עיוורת", סיפר מור בראיון.

"מעגלים משולבים יובילו לפלאות כמו מחשב ביתי, או לפחות כמו טרמינלים שמחוברים למחשב מרכזי - בקרה אוטומטית בכלי רכב וציוד תקשורת נישא אישי", כתב מור במאמר שהתפרסם בגיליון 38 של המגזין Electornic. עורכי המגזין הצמידו למאמר איור שבו הוצג דוכן מכירות של מוצרי קוסמטיקה ולידו דוכן למכירת מחשבים אישיים ("כולל הדגמה"). הטון הכללי, כך נראה, היה מבודח, ועוד יותר מכך סקפטי. המחשבה על המחשב כמוצר צרכני נראתה אז כחזון רחוק מאוד. ב–2005 רכשה אינטל גיליון של המהדורה המקורית שבה הודפס המאמר תמורת עשרת אלפים דולר.

עד 1975 התבררו תחזיותיו של מור כקרובות למציאות: מספר הרכיבים הוכפל תשע פעמים. ב-1975 שינה מור את החוק להכפלה בכל שנתיים. ב-38 השנים שחלפו מאז לא נרשמה סטייה מהותית מהתחזית. "כשאינטל נוסדה, כל תעשיית המוליכים למחצה היתה תעשייה של 2 מיליארד דולר בשנה. כיום זו תעשייה של 200 מיליארד דולר בשנה - השוק גדל פי 100. לא היתה שום דרך שבה יכולנו לחזות מה יקרה לטווח ארוך כל כך, אני מניח שזה היה פשוט ניחוש מוצלח", ציין מור בראיון.

למעשה, יותר מכל דבר אחר, חוק מור הוא חוק כלכלי. מחיר ייצור השבבים אמנם ירד באופן מתמשך בחמשת העשורים האחרונים, אך עלותם של המפעלים (Fab) שמייצרים את השבבים הלכה וגדלה אף היא בסדרת הכפלות מתמשכת. התמשכותו של חוק מור התאפשרה, בין השאר, בשל הגידול המסיבי בדרישה לשבבים בעידן המידע, דרישה שבתורה הפכה את השקעות העתק בשדרוג המפעלים לכלכליות. החל באמצע שנות ה-90 החל מור להציג חוק חדש, המכונה לעתים החוק השני של מור. מור עצמו ייחס את החוק, שקובע כי עלות הציוד הנדרש לפיתוח וייצור שבבים תוכפל בכל ארבע שנים, לארתור רוק, אחד המשקיעים המוקדמים באינטל. אף שדיוקה של תחזית זו נראה רחוק מזה של התחזית הראשונה של מור, כבר בתחילת שנות ה-2000 היתה עלותם של מפעלי שבבים חדשים כמה מיליארדי דולרים.

עשו לנו לייק לקבלת מיטב הכתבות והעדכונים ישירות לפייסבוק שלכם

תגובות

הזינו שם שיוצג כמחבר התגובה
בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שהינני מסכים/ה עם תנאי השימוש של אתר הארץ