Kam dál: Narážíme na limity křemíku? | Kapitola 2

Složitost struktur na čipu ale nelze jednoduše neomezeně navyšovat. Optická litografie má svoje limity, které jsou dány hlavně vlnovou délkou použitého světla, kde narážíme na difrakční limit. Zatím můžeme zatím stále zkracovat vlnovou délku a přejít na EUV litografii. EUV (Extreme Ultraviolet) litografie je docela dost šílená věc, EUV světlo se složitě vytváří a pracuje se s ním ještě mnohem hůř, jak ukazuje třídílná přednáška doktora Migury ze Zeiss Group, kde vyvíjejí EUV optiku.

Kromě toho, že EUV je sama o sobě hodně náročná, přibývají problémy s výrobou masek a nakonec i problémy s kazovostí waferů, protože čím menší struktury děláme, tím vyšší je pravděpodobnost vznikající chyby. Problémy s výtěžností procesů vedly k řadě řešení, která se dnes používají, jako je například využívání chipletů a binování čipů s tím, že když nějaký částečně selže, může se částečně deaktivovat a prodávat jako jednodušší a levnější kus.

Zvyšování výtěžnosti je věc důležitá pro ekonomiku výroby, problém je ale v tom, že pokud chceme co nejvýkonnější komponenty, musí to být ty nejlepší, nejstabilnější a schopné provozu při nejvyšších možných teplotách. Zatímco vyrábět levné čipy je relativně jednoduché, problém nastane právě u těch nejlepších a nejvýkonnějších. Tam si nemůžeme pomoci jinak než tím, že pro zvýšení stabilního kmitočtu musíme navýšit provozní napětí, což vede k vyšší spotřebě – a ano, následnému nárůstu ztrátového tepla. 

Jak ukazují měření, která dělal Adam, dokáže masivní chlazení udržet teplotu nejnovějších GPU od Nvidie jen na 72 °C, což je při příkonu 450 W výborný výkon. To ale nemění nic na tom, že chladiče na RTX 4090 jsou opravdové obludy, které zabírají spoustu místa a představují problém jak rozměry, tak i mechanickým působením na základní desku. Z hlediska výkonu jde o nepochybně o pokrok, z hlediska pokroku je to spíš krok zpět. Vysoké kmitočty a velký počet hradel vedou k velkému odpadnímu teplu, které obecně představuje problém, protože to je třeba odvádět jak v dostatečné míře, tak i dostatečně rychle.

Podobně jsme na tom i u procesorů. Ty nové se s TDP dostávají až ke 200 W a jejich mezní teplota je na 95 °C i více, což už je pro normální čipy docela na hraně. Texas Instruments má technologii pro CMOS čipy, které mohou dosáhnout při provozu až 220°C, ale u nich je očekávaná životnost v horizontu asi tisíce provozních hodin. Problém tedy není v tom, že by nešlo jít výše, ale že se zvyšováním provozní teploty radikálně klesá životnost. Při překročení 250°C už nastávají problémy se stabilitou příměsí v křemíkovém polovodiči, maximální teoretická mez se pohybuje kolem 400°C, ale to je už skutečně strukturální mez.