...
Серверный ГП Nvidia H100 в составе модуля SXM5: фактическая продолжительность работы под крайне высокими нагрузками — навряд ли более пары-тройки лет
...
что, кстати, вполне соответствует общепринятым практикам корпоративных ЦОДов заменять высоконагруженное «железо» не реже чем раз в 3-5 лет, даже если никаких явных признаков деградации оно не демонстрирует (хотя в последнее время видна некоторая тенденция растягивать этот срок до 6, даже до 8 лет, — из соображений финансовой экономии, уже без особой оглядки на качество работы завершающего свой жизненный цикл «железа»).
...
с давних времён и примерно до освоения техпроцесса «28 нм» себестоимость фотолитографирования единичной кремниевой пластины-заготовки с переходом на каждую новую ступень миниатюризации росла на 25-30%. Но при этом и число создаваемых на каждой пластине чипов увеличивалось примерно вдвое, так что итоговый выигрыш в себестоимости отдельной микросхемы (уже после разрезания и упаковки в корпус с контактами для дальнейшего монтажа) составлял 20-25%. Увы, примерно на рубеже «20 нм» — «22 нм» эта закономерность перестала действовать: с тех пор переключение на всё более мелкомасштабные производственные нормы лишь повышает себестоимость одиночного чипа (притом сам чип, разумеется, выходит производительнее и энергоэффективнее, так что для конечных его пользователей выигрыш всё равно очевиден, — но сейчас речь именно о производстве).
...
По мере миниатюризации производственных нод ниже масштабного предела в 1 мкм начинали давать о себе знать рассеяние тепла в толще полупроводникового кристалла, миграция электронов между отдельными участками литографированных на кремнии схем, пагубное взаимовлияние расположенных по соседству сигнальных шин (interconnect coupling) — и, конечно же, старение полупроводников. Где-то до технологического рубежа 180 нм старение на практике себя почти не проявляло, поскольку вследствие именно этого эффекта за время эксплуатации полупроводниковых приборов свойства их не успевали заметным образом измениться.
...
после перехода в область характерных размеров менее 130 нм выяснилось, что уменьшать рабочее напряжение ниже примерно 1 В нельзя: иначе слишком малой оказывается разность потенциалов на затворе открытого и закрытого транзистора, т. е. не удаётся с высокой степенью достоверности (особенно необходимой при быстрых потоковых вычислениях) различать состояния «логический 0» и «логическая 1».
...
потому где-то с конца 1990-х — начала 2000-х прикладной «закон Деннарда» несколько скорректировали — так, что рабочий ток транзистора перестал снижаться при масштабировании, а стал определяться напряжением питания вне зависимости от геометрических размеров полупроводниковых элементов этого самого транзистора.
...
Одним из прямых следствий такой перемены в едва ли не основной догме микроэлектроники стало увеличение интенсивности электрического поля — под действием которого носители заряда перемещаются между истоком и стоком — при сокращении ширины затвора. Соответственно, стоит этой ширине оказаться ниже некоторого предела, скорость проходящего через транзистор электрона выйдет настолько высокой, что в конце пути он не просто сядет на орбиту к одному из атомов кристаллической решётки, у которого соответствующая позиция свободна (заместив собой таким образом «дырку»), а получит существенно ненулевой шанс вышибить другой электрон уже с его орбитали, — ионизировав тем самым нейтральный атом. Результатом такой ударной ионизации (impact ionization) становится рождение новой пары «электрон — дырка». Если такое событие происходит в толще самого канала проводимости — ничего страшного; число носителей заряда временно вырастет, да и только. Другое дело — граница между поверхностью кремниевого кристалла и выполненным из оксида кремния затвором КМОП-транзистора. Накапливающиеся на этой границе паразитные заряды нарушают нормальный процесс прохождения электронов и дырок по каналу проводимости под затвором, причём на областях с n- и p-проводимостью такое нарушение электрического баланса сказывается по-разному, затрудняя его прямолинейную компенсацию на уровне всей микросхемы в целом (повышением её рабочего напряжения, например).
...
Уже в 2000 году, когда наиболее передовым техпроцессом в мире считался 150-нм, практикующие микроэлектронщики оценивали среднюю продолжительность функционирования типового транзистора до ощутимой деградации (т. е. до состояния, когда величина пропускаемого им при открытом затворе тока снижается вследствие старения полупроводника до 10% от исходного значения) всего в пять месяцев, с горестью отмечая, что за полтора десятка лет до того сколько-нибудь заметное на практике старение полупроводниковых кристаллов начинало себя проявлять хорошо если через 10 лет после начала их эксплуатации.
...
Описанная нами причина старения полупроводниковых устройств за счёт деградации их внутренней структуры под воздействием высокоэнергичных электронов — hot carrier injection (HCI) — увы, лишь одна из немалого числа возможных; просто исследователи обратили на неё внимание в числе первых. Ещё один неприятный эффект, вызывающий старение полупроводников, — температурная нестабильность с отрицательным сдвигом (negative bias temperature instability, NBTI); это, по сути, уменьшение порогового напряжения транзисторов, в особенности p-МОП, под воздействием продолжительное время прилагаемого к ним сравнительно сильного электрического поля. Времязависимый пробой диэлектрика (time-dependent dielectric breakdown, TDDB) — тоже не слишком приятная особенность полупроводников, в частности двуокиси кремния (SiO2): здесь паразитное воздействие на структуру среды, по которой перемещаются носители заряда, оказывают уже слабые электрические поля длительного действия. Выходит, что ты с миниатюризированным до характерных в наши дни величин транзистором ни делай, воздействию каких полей, сильных или слабых, его ни подвергай, он упорно стремится деградировать — и чем интенсивнее вычисления, в которых ему приходится принимать участие, тем скорее он к этой сомнительной цели придёт.
...