Koniec uniwersalnych prawd

Jeszcze kilka lat temu jednym z popularniejszych i frapujących tematów była przyszłość technologii półprzewodnikowej opartej na krzemie. Do dawna było wiadomo, że nie da się w nieskończoność zmniejszać grubości ścieżek na strukturze półprzewodnikowej i w końcu gdzieś pojawi się dno. Dlatego każdy pomysł, co do możliwości zastąpienia krzemu odbijał się szerokim echem w mediach. Z czasem okazało się, że zapowiedzi końca krzemu okazały się o wiele przedwczesne, nowe pomysły na technologie półprzewodnikowe w większości nierealne, a cała dyskusja na temat przyszłości po prostu niepotrzebna.

Dzisiaj rozważania na temat przyszłości krzemu prawdopodobnie dlatego nie są już dyżurnym tematem, że dyskusję o przyszłości utrudnia też fakt, iż coraz więcej oczywistych i wydawałoby się, że uniwersalnych prawd dotyczących półprzewodników, z czasem przestaje jednoznacznie obowiązywać. Pomijając dyżurny temat prawa Moore’a okazuje się, że obecnie można nawet podważyć kanoniczną teorię wiążącą wyższy stopień scalenia w ramach produktu z niższymi kosztami wytwarzania.

Przyzwyczailiśmy się, że zwiększenie stopnia scalenia powoduje spadek kosztów w przypadku wyrobów produkowanych w masowej skali. Zastąpienie szeregu układów scalonych jednym układem ASIC lub też SoC, jest sposobem na skorzystanie z możliwości najnowszych osiągnięć w zakresie upakowania komponentów w jednej strukturze krzemowej i optymalnym wyjściem, jeśli chodzi o koszt. Ponieważ statystycznie każdy układ scalony jest otoczony przez 20 elementów biernych, zysk ze scalenia jest zwykle większy niż wynika to tylko z ceny pojedynczego układu. Do tego dochodzi mniejsza płytka itd.

Wiele z urządzeń powszechnego użytku potwierdza tę regułę, gdyż od strony elektronicznej składają się w zasadzie z jednego układu scalonego, często nawet pozbawionego obudowy i ze strukturą naklejoną na płytkę drukowaną. Tymczasem okazuje się, że popularny odtwarzacz plików mp3 iPod firmy Apple został wykonany za pomocą kilku standardowych układów scalonych średniej skali integracji. W sytuacji, gdy produkcja cieszących się ogromną popularnością iPodów realizowana jest na poziomie kilkuset tysięcy sztuk miesięcznie, decyzja producenta, który świadomie nie sięgnął po najnowsze zdobycze technologii półprzewodnikowej, wydaje się być zaskakująca.

Powodem decyzji okazało się, że całkowite koszty przeszacowane przez Apple w przypadku układu ASIC lub SoC byłyby wyższe niż dla projektu opartego o układy katalogowe. Obejmują one koszty pracy nad projektem, koszt masek i prototypowania układu VLSI (powyżej 1 mln dolarów za jeden komplet), niższy uzysk przy produkcji układów na krzemie 300mm itd. Do tego należy dodać trudno wymierne ryzyko, jakie ponosi firma decydująca się na rozwiązania masowe.

Coraz trudniej uzyskać pewność lub chociaż duże prawdopodobieństwo, że produkowany wyrób sprzeda się w zakładanej liczbie sztuk. Duża konkurencja na rynku, podatność elektroniki konsumenckiej na modę lub też konieczność zapewnienia ich nieustannej ewolucji technicznej powoduje, iż ryzyko inwestycji w nową technologię jest zbyt kosztowne. Nie trzeba go ponosić, gdyż można skorzystać z rozwiązań alternatywnych opartych o układy programowalne, które niejednokrotnie okazują się alternatywą. Dlatego mimo, że na rynku pojawiają się coraz doskonalsze procesy technologiczne, jak chociażby uruchomiony niedawno przez Intela proces 65 nm, maleje liczba aplikacji w których ich zastosowanie przyniesie korzyści finansowe.

Wszystko to sprawia, że przyszłość technologii półprzewodnikowej, z czasem jest jeszcze bardziej nieokreślona niż kiedyś. Mimo, że formalnie powinniśmy dziś wiedzieć więcej niż kilka lat temu i bardziej wiarygodnie formułować prognozy, niepewność co do przyszłych potrzeb rynku przekreśla jakiekolwiek możliwości racjonalnego wnioskowania. Co z tego, że technolodzy po raz kolejny udowodnią iż prawo Moore’a działa, skoro projektanci mogą wcale nie być zainteresowani tym, aby ponosić ryzyko sprawdzania, czy klienci zapłacą za ich wysiłki.