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ムーアの法則はまだ機能しているのでしょうか?

ムーアの法則は、集積回路 (IC) に詰め込まれるトランジスタの数が 2 年ごとに 2 倍になり、計算コストが半分になるという予測であり、驚くほど長く続いています。インテルの共同創設者兼名誉会長であるゴードン・ムーアが 1965 年にこの大胆な観察を行ったとき、最先端のマイクロチップにいつか 10 億倍の回路が組み込まれるとはほとんど想像できませんでした。回路が縮小し続けるおかげで、コンピューティング デバイスは 50 年以上にわたり、毎年着実に小型化、高速化、低価格化を続けてきました。

ムーアの法則は今でも真実ですか？

しかし、ムーアの法則は物理法則に反することになります。少なくとも今日私たちが知っている限りでは、大手ファウンドリやチップメーカーはプロセス技術の物理的限界に達しつつあります。 7 ナノメートル (nm) ノードから 5 nm 以下への移行は、飛躍的に困難になり、コストがかかるようになりました。 IC の性能、密度、コスト削減は段階的に向上しています。ムーアの法則が進化し続けるにつれて、マルチコア アーキテクチャ、ソフトウェア、AI と機械学習、相互接続、パッケージング、および材料科学の進歩を通じて、計算能力と効率の大幅な飛躍が達成されるでしょう。

一方、ムーアの法則は、アナログ回路を含むものやトランジスタをまったく含まないものなど、5 nm テクノロジーとは無関係に製造される他のタイプの半導体デバイスについてはまだ存続しています。シリコンベースの微小電気機械システム (MEMS) タイミング デバイスはその代表的な例です。方法を見てみましょう。

ムーアの法則は MEMS タイミング デバイスにどのように適用されますか?

タイミングは電子システムの心臓の鼓動であり、人間の心臓の鼓動と同様に、システム内のすべてのデジタル コンポーネントの基準となる正確で安定した信号を提供します。タイミング デバイスには、パッシブ共振器、アクティブ発振器、統合クロック ジェネレータとバッファが含まれており、それぞれがシステムに異なる機能を提供します。タイミング デバイスの内部には、共振周波数で振動する共振器と、これらの振動を電気信号に変換して分配するアナログ IC という 2 つの基本コンポーネントがあります。これらのコンポーネントはシステムインパッケージ (SIP) デバイスに組み合わされて、統合タイミング ソリューションを形成します。

ほとんどの共振器は水晶をベースにしており、必要な共振周波数を達成するには製造時に正確なカットが必要です。クォーツは、70 年以上にわたってエレクトロニクス業界に貢献してきた成熟した広く使用されている技術ですが、サイズ、壊れやすさ、機械的ストレスの影響を受けやすいこと、時間や温度による経年変化の影響などの制限があります。さらに、これらの固有の制限と製造およびパッケージングの制約により、ムーアの法則はクォーツ技術には適用されません。

ムーアの法則は、新世代のプロセス技術、特にフォトリソグラフィーのたびにトランジスタ密度が増加する半導体製造の進歩によって実現されています。対照的に、MEMS の進歩はプロセス製造から得られるものではなく、むしろ MEMS テクノロジーと IC 設計の革新から生まれます。ムーアの法則はシリコン MEMS タイミング デバイスの設計と製造には直接適用されませんが、石英から MEMS への移行の利点は同等であり、生産規模を拡大し、飛躍的に小型化、低コスト、高性能を達成できるという点です。見てみましょう。

ムーアの法則によりトランジスタ密度が 2 倍になり、消費電力が半分になったのと同様に、SiTime MEMS ベースのタイミング デバイスは、世代が進むごとに重要なタイミング メトリクスを改善し続けています。

シリコンベースの MEMS テクノロジーの将来

近年、シリコンベースの MEMS 技術が水晶振動子の優れた代替品として台頭してきました。水晶製の共振器と比較して、シリコン MEMS ベースの共振器は技術とデバイスの性能が飛躍的に向上しており、その結果、高性能、低消費電力、小型サイズ、優れたプログラマビリティが実現しています。また、通常、温度変化、衝撃、振動などの過酷な環境においてもより堅牢で信頼性が高くなります。

これらの理由により、SiTime MEMS ベースのタイミング ソリューションは、家庭用電化製品、IoT、コンピューティング、5G インフラストラクチャ、産業オートメーション、自動車、航空宇宙防衛を含む幅広い市場で急速にクォーツに取って代わりつつあります。今日の 80 億ドル規模のタイミング業界は、石英からシリコン MEMS テクノロジーにどれくらい早く移行するのでしょうか?時が教えてくれる。