Industri semikonduktor berada di persimpangan jalan. Meskipun kepadatan transistor terus berlipat ganda setiap dua tahun seperti yang diprediksi Hukum Moore, fondasi ekonomi yang mendukung kemajuan ini mulai runtuh. Apa yang dimulai sebagai pengamatan tentang kemajuan teknologi telah berkembang menjadi diskusi tentang kelangsungan hidup dalam industri di mana hanya pemain terkaya yang dapat bersaing.
Perdebatan komunitas mengungkapkan kekhawatiran mendalam tentang apakah pendekatan saat ini dalam manufaktur chip merupakan jalur paling efisien ke depan. Beberapa ahli mempertanyakan apakah fokus industri pada mendorong batas fisik telah mengabaikan solusi yang lebih praktis yang dapat memberikan kinerja sebanding dengan biaya lebih rendah.
Biaya Manufaktur Mengeliminasi Persaingan
Ekonomi manufaktur chip telah menjadi brutal. Tiga puluh lima tahun lalu, sekitar 40 perusahaan mampu membangun fasilitas fabrikasi semikonduktor dengan biaya antara 1-4 miliar dolar AS. Saat ini, hanya dua atau tiga perusahaan yang tersisa mampu membangun fab yang kini menelan biaya lebih dari 18 miliar dolar AS masing-masing. Tren ini menunjuk pada masa depan di mana satu pabrik tunggal bisa menelan biaya hampir setengah triliun dolar AS, berpotensi mengurangi jumlah produsen yang layak menjadi kurang dari satu.
Konsolidasi ini meluas melampaui sekadar biaya pembangunan. Photomask, yang berfungsi sebagai template untuk produksi chip, telah meroket dari ratusan ribu dolar AS menjadi sekitar 50 juta dolar AS pada node canggih. Untuk produksi skala kecil, biaya mask ini saja dapat menambah jutaan dolar AS pada harga setiap chip, secara efektif menyingkirkan pemain kecil dari manufaktur canggih.
Evolusi Biaya Manufaktur
- 35 tahun lalu: ~40 perusahaan, $1-4 miliar USD per fab
- Hari ini: 2-3 perusahaan, $18+ miliar USD per fab
- Proyeksi masa depan: <1 perusahaan, ~$500 miliar USD per fab
Batas Fisik Menantang Penskalaan Tradisional
Tantangan teknis yang dihadapi Hukum Moore sama menakutkannya. Transistor 12 nanometer saat ini tidak benar-benar berukuran 12 nanometer dalam dimensi yang berarti - angka-angka ini telah menjadi istilah pemasaran daripada pengukuran fisik. Jejak sebenarnya dari transistor modern lebih dekat ke 65 nanometer di setiap sisi, dibatasi oleh keterbatasan geometris dalam pengemasan sirkuit.
Litografi Extreme Ultraviolet ( EUV ), solusi industri saat ini untuk menciptakan fitur yang lebih kecil, menggunakan cahaya dengan panjang gelombang 13,5 nanometer yang secara teknis dikualifikasikan sebagai sinar-X lunak. Ini memerlukan cermin melengkung yang presisi secara atomik dan menghilangkan kemungkinan menggunakan lensa tradisional, membuat proses manufaktur menjadi sangat kompleks dan mahal.
Kimia photoresist menghadirkan hambatan lain. Material sensitif cahaya yang memungkinkan pola chip ini berbasis rantai polimer yang hanya bekerja ketika membentuk kelompok yang cukup besar untuk stabil. Sebagian besar photoresist konvensional berhenti bekerja di bawah 7-10 nanometer, dengan bahkan alternatif eksperimental gagal di bawah 5 nanometer.
Dimensi Fisik Transistor
- Ukuran yang dipasarkan: "12 nanometer"
- Jejak aktual: ~65nm × 65nm (4000-5000 nanometer persegi)
- Jarak gate: 56-90nm jarak minimum antara transistor
Pendekatan Alternatif Mendapat Perhatian
Diskusi komunitas menyoroti minat yang berkembang pada pendekatan manufaktur alternatif yang memprioritaskan pengurangan biaya daripada kinerja absolut. Beberapa menyarankan bahwa chip pemrosesan paralel tinggi yang dirancang untuk mentolerir tingkat cacat yang lebih tinggi dapat diproduksi di fasilitas yang jauh lebih murah. Pendekatan ini akan menukar beberapa presisi untuk penghematan biaya yang dramatis, berpotensi membuka pasar dan aplikasi baru.
Konsep pasar mobil bekas untuk komputasi juga mendapat daya tarik dalam percakapan komunitas. Jika peningkatan kinerja melambat secara signifikan, konsumen mungkin beralih ke pembelian sistem kelas atas yang dirancang untuk bertahan lebih lama, mirip dengan bagaimana mobil mewah akhirnya menjadi terjangkau melalui depresiasi.
Alternatif tidak harus mencocokkan semua kemampuan teknologi saat ini. Ia 'hanya' harus kompetitif dalam satu ceruk, seperti The Innovator's Dilemma.
Stagnasi Kecepatan Clock Mengungkap Masalah yang Lebih Dalam
Sementara jumlah transistor terus bertumbuh, kecepatan clock sebagian besar stagnan sejak 2006. AMD meluncurkan prosesor 1 GHz pertama pada tahun 2000, dengan Intel memprediksi prosesor 10 GHz pada tahun 2011. Prosesor desktop saat ini biasanya maksimal sekitar 4 GHz, mengungkapkan bahwa penskalaan transistor mentah tidak lagi diterjemahkan langsung ke peningkatan kinerja.
Stagnasi ini berasal dari kerusakan Dennard Scaling, yang memprediksi bahwa kepadatan daya akan tetap konstan saat transistor menyusut. Arus bocor dan faktor lain yang dapat diabaikan pada skala yang lebih besar kini mendominasi konsumsi daya, memaksa produsen untuk menonaktifkan bagian besar chip untuk mengelola panas dan kebutuhan daya.
Timeline Stagnasi Kecepatan Clock
- 2000: Prosesor 1 GHz pertama ( AMD )
- 2011: Intel memprediksi prosesor 10 GHz
- 2023: Prosesor desktop maksimal ~4 GHz kecepatan boost
- Penyebab: Kerusakan Dennard Scaling sekitar tahun 2006
Industri Mencari Solusi Inkremental
Investasi Intel dalam pengiriman daya sisi belakang mewakili jenis optimisasi yang kini mendorong kemajuan. Teknologi ini memindahkan kabel daya ke sisi belakang chip, memerlukan jutaan koneksi kecil melalui substrat silikon. Meskipun bermakna, peningkatan seperti itu menawarkan keuntungan satu kali daripada penskalaan berulang yang mendefinisikan dekade sebelumnya.
Pergeseran menuju chiplet dan penumpukan die mencerminkan pemikiran serupa - mengekstrak nilai melalui perubahan arsitektural daripada penskalaan murni. Pendekatan ini dapat meningkatkan kinerja dan mengurangi biaya, tetapi mereka mewakili strategi yang secara fundamental berbeda dari miniaturisasi tanpa henti yang mendorong Hukum Moore.
Industri semikonduktor menghadapi tantangan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Hambatan ekonomi dan fisik yang bertemu secara bersamaan menunjukkan bahwa melanjutkan pendekatan saat ini mungkin tidak berkelanjutan. Baik melalui teknik manufaktur baru yang radikal, arsitektur komputasi alternatif, atau model bisnis yang sama sekali berbeda, jalan ke depan kemungkinan akan memerlukan penyimpangan dari praktik yang telah mapan selama enam dekade. Pertanyaannya bukan apakah Hukum Moore akan berakhir, tetapi apa yang akan menggantikannya.
Referensi: The Unsustainability of Moore's Law