Einde wet van Moore
Het is een filosofische stellingname, maar je kunt best met een stalen gezicht beweren dat we rond 2016 het einde van de Wet van Moore hebben gezien. Althans, in economisch opzicht. Rond die tijd stapte de chipindustrie over op chiptechnologie kleiner dan 28 nanometer. Ineens was het gedaan met gratis meer geheugen en rekenkracht op dezelfde flinter-chips.
Na de 28 nm-generatie bleef de kostprijs van een geprinte vierkante millimeter niet rond dezelfde prijs hangen, zoals in het verleden. Nee, het chipoppervlak werd ineens fors duurder, wel vijftig procent in de generaties onder de 20 nm. De designkosten voor een chip, gerelateerd aan een node bleven zelfs exponentieel stijgen. Om een 5 nm chipdesign in productie te brengen schat marktonderzoeker Yole de investeringen op een half miljard dollar – 542 miljard om precies te zijn, bijna twintig keer meer dan voor een chip in de 65 nm node.
In feite is de economische grondslag verdwenen onder de wetmatigheid die Gordon Moore in 1975 met een eenvoudige streep op logaritmisch papier had gezet. Het is gedaan met gratis meer functies voor hetzelfde geld. Ook de lithografie, infrastructuur, allerlei chemische processen en materialen die nodig zijn om nog meer functies op hetzelfde oppervlak te persen, gingen fors omhoog.
Wat krijg je dan in een industrie waarin het besparen van een vierkante millimeter silicium al miljoenen dollars oplevert? Zo’n industrie, met miljarden aan beschikbaar kapitaal en miljoenen experts, gaat als een idioot op zoek naar oplossingen. Met als grote opdracht: hoe houden we de totale kosten van informatiesystemen in de hand?
Als de chipindustrie in hetzelfde tempo was doorgegaan met scalen, met steeds meer functies op een chip samenbrengen, dan waren zijn spullen intussen niet meer te betalen. Verschillende onderdelen, zoals statisch ramgeheugen en RF-functies waren de afgelopen jaren niet meer te krimpen. Met nieuwe chipnodes zouden dat soort functies dezelfde afmetingen houden op steeds duurder silicium. Gevolg: ze zouden onbetaalbaar zijn geworden.
De grote innovatieslag die de grote systeemhuizen als Apple, Nvidia en Tesla hebben ingezet, hebben ertoe geleid dat zij advanced packaging afdelingen opzetten met soms duizenden specialisten. Het is hun taak om uit te vogelen welke chips het beste in welke fabs te maken zijn en hoe de boel het best met elkaar kan worden verbonden en verpakt in één chipsysteem. Dit geeft ook een boost aan de hele industrie die dit voor elkaar moet boxen. Marktonderzoeker Yole zegt dat de high-end performance packaging markt groeit van 2,2 miljard dollar in 2022 naar bijna 17 miljard in 2028.
Door het systeem op te knippen in delen en elk deel te fabriceren in de juiste fabs, proberen de systeemhuizen de beste prijs-kwaliteitverhouding te halen. Welkom in het More than Moore-tijdperk, waarvan het jaar nul inmiddels zeven of acht jaar achter ons ligt.
Zoom uit en bekijk het grote plaatje. De meest geavanceerde processen zijn in handen van maar een paar spelers. TSMC loopt daar met afstand op kop (sorry, Intel), het maakt 90 procent van de meeste geavanceerde logica-chips. Daarna volgen Samsung en SK Hynix met een grote slagkracht op het gebied van geheugenchips. In deze tak van sport tellen alleen de klanten die grote aantallen afnemen (mobieltjes) of duur silicium kunnen betalen (datacentra). TSMC haalt momenteel respectievelijk 33 en 44 procent van zijn omzet uit silicium voor mobiele telefoons en high performance computing. Die omzet maakt TSMC voor ruim 53 procent met 7 nm en 5 nm technologie.
Ook de automotive-industrie gebruikt leading-edge silicium voor zijn advanced driver assistance systems (adas), infotainment en engine-control. De aantallen chips die voor auto’s nodig zijn (onder de honderd miljoen) halen het echter niet bij die van mobiele telefoons (ruim 1,3 miljard dit jaar) en de koopkracht van datacentra. In de geheugenmarkt kunnen Samsung, SK Hynix en Micron de kosten uitsmeren over grote aantallen vanwege de standaardisatie in dit segment. Hoe dan ook, het is de backend-industrie die van deze trend gaat profiteren.
