Η επιστήμη στα νανόμετρα και το μέλλον των συσκευών

Σύμφωνα με τους ειδικούς δεν αναφερόμαστε σε κάποιο συγκεκριμένο χαρακτηριστικό των επεξεργαστών ή γενικά των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η βιομηχανία των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων είναι από τις μεγαλύτερες του κόσμου με έσοδα για το 2012 που έφτασαν τα 200 δις δολάρια. Έτσι μετά από δεκαετίες που συνεχίζει να ισχύει ο "νόμος" του Moore, για τον συνεχή διπλασιασμό των τρανζίστορ κάθε 18 με 24 μήνες, οι κατασκευαστές έχουν φτάσει να αναφέρουν οτι χρησιμοποιούν κατασκευαστικές μεθόδους στα 22nm ή 20nm. Καθώς όμως η τεχνολογίες όλο και εξελίσσονται τόσο οι μέθοδοι κατασκευής γίνονται τόσο πολύπλοκες που ούτε οι ειδικοί δεν έχουν ένα μέτρο να εκφράσουν τις δυνατότητες τους.
Σε ένα συνέδριο τον Δεκέμβριο ο Chenming Hu, ο συν-εφευρέτης του FinFET τρανζίστορ ανέφερε οτι σύντομα θα δούμε και τσιπ στα 16nm και 14nm και μετά σημείωσε οτι κανείς δεν ξέρει τώρα πια τι σημαίνει 16nm και 14nm. Κάτι που φαίνεται οτι είναι κοινή αντίληψη στους ειδικούς αυτής της βιομηχανίας, καθώς τώρα πια η χρήση αυτών των νούμερων φαίνεται να χρησιμοποιείται πιο πολύ από τα τμήματα μάρκετινγκ.
Τα νανόμετρα που είχε αναφέρει ο Chenming Hu, λέγονται "κόμβοι" (nodes) και αποτελούν κάτι ενδεικτικό για τον νόμο του Moore, θέλοντας να υποδηλώσουν μία νέα τεχνολογία κατασκευής. Η συνεχόμενη μείωση αυτού του νούμερου δείχνει την συνεχή πρόοδο που γίνεται στα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Όσο πιο μικρό το νούμερο τόσο πιο πιο πολλά τρανζίστορ τοποθετούνται και κατασκευάζουν τσιπ που είναι πιο πυκνά και κοστίζουν λιγότερο ανά τρανζίστορ.
Όμως τώρα πια δεν υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ αυτού του νούμερου και κάποιου συγκεκριμένου χαρακτηριστικού σε ένα τσιπ, όπως γινόταν παλιά. Και τώρα πια τα πράματα περιπλέκονται ακόμα περισσότερο καθώς πολλά εργοστάσια ετοιμάζονται να παρουσιάσουν τσιπ στα 14nm και 16nm που όμως δεν θα είναι πιο πυκνά από τα τωρινά των 20nm. Παλιότερα μόνο από το νούμερο των νανόμετρων μπορούσε κάποιος να καταλάβει οτι χρειαζόταν για την συγκεκριμένη τεχνολογία. Αν μπορούσε κάποιος να δει διαφορετικούς επεξεργαστές στα 0,35 μικρόμετρα θα έβλεπε οτι μοιάζανε μεταξύ τους. Τα 0,35 μικρόμετρα κυριαρχούσαν στα μέσα του 1990 και αντιπροσώπευαν τα πιο μικρά χαρακτηριστικά που μπορούσαν να σχεδιαστούν σε ένα τσιπ. Από εκεί καθορίζονταν και οι διαστάσεις της πύλης του τρανζίστορ που καθόριζαν και την ταχύτητα του τρανζίστορ.
Αλλά κάπου εκείνη την εποχή η σύνδεση των επιδόσεων των τρανζίστορ με το μέγεθος τους άρχισε να σταματάει. Για να αυξήσουν τις ταχύτητες λειτουργίας οι εταιρίες άρχισαν να αφαιρούν υλικό (etching) από τις άκρες της πύλης για να μειώσουν το μέγεθος και να αυξήσουν τις επιδόσεις. Μετά από λίγο δεν υπήρχε κάποιος σχεδιαστικός κανόνας που θα μπορούσε κάποιος να αναφερθεί και να πει οτι χαρακτηρίζει τον σχεδιασμό μιας συγκεκριμένης τεχνολογίας. Μάλιστα οι επεξεργαστές τις Intel στα 130nm που εμφανίστηκαν το 2001 είχαν μήκος πύλης τρανζίστορ μόλις 70nm. Αλλά η εταιρία τα ονόμασε 130nm γιατί αυτό ήταν το αναμενόμενο μέγεθος καθώς κάθε επόμενη γενιά θεωρητικά πρέπει να είναι το 70% της προηγούμενης (30% μείωση στο μήκος της Χ και Υ διάστασης μας δίνει 50% μείωση στο εμβαδό και θεωρητικά διπλάσια τρανζίστορ στον ίδιο χώρο). Αυτό συνεχίζεται μέχρι και σήμερα παρόλο που αρκετές βελτιώσεις έχουν αυξήσει την ταχύτητα χωρίς αρκετές φορές μείωση του μεγέθους του τρανζίστορ. 
Και κάπως έτσι φτάσαμε στα FinFET που κάνουν τα πράματα ακόμα πιο μπερδεμένα καθώς σύμφωνα με τον Mark Bohr της Intel, οι επεξεργαστές της στα22nm που χρησιμοποιούν FinFET έχουν στην πραγματικότητα μήκος πύλης 35nm αλλά πλάτος πτερυγίου (Fin) μόλις 8nm.
Αυτό βέβαια είναι η εξήγηση της Intel καθώς ο Paolo Gargini, πρόεδρος του International Technology Roadmap for Semiconductors αναφέρει οτι ο κάθε κόμβος (node) προσδιορίζεται από το πόσο κοντά είναι τα σύρματα (wires) στο πρώτο επίπεδο μετάλλου (metal layer) του τσιπ, κάτι που φαίνεται να ισχύει αρκετά καλά στα τσιπ DRAM και flash μνήμης αλλά όχι στους επεξεργαστές.