Integrerade kretsar har slutat bli billigare per transistor

Hmm, jag måste missuppfatta något. Kan detta verkligen vara sant?

GTX 980 tillverkades på 28 nm, hade 5,2 miljarder transistorer och rek pris var 549 USD (källan är en gammal Sweclockers-artikel från 2015).
RTX 4080 Super tillverkas på 4 nm, har 45,9 miljarder transistorer och rek pris är 999 USD.

Så 4080 Super har ca 9 gånger så många transistorer, men kostar "endast" knappt dubbelt. Det rimmar väl inte helt väl med att priset per transistor har ökat med 20-30% sedan dess. Visst, jag fattar att det finns andra saker som kostar som kanske har gått ned i pris, men det låter ändå osannolikt då själva GPU:n väl borde vara en ganska stor del av kostnaden.

Det är ju hela anledningen till dagens priser på framförallt grafikkort, för att de använder mer kisel helt enkelt

Det är därför man ofta får mindre för liknande pengar och fantasikort kommer byggas på högst uppe

Möjligen kan detta mattas av något genom att lansera billigare modeller på billigare (äldre) noder, men man kommer få betala med energianvändningen

Svårt att se att detta kan ändras, det är ju kretsbrist, begränsningar hos de stora aktörerna (ASML) och TSMC är nära nog en monopolställning på de bästa noderna och teknikerna

Tyvärr inget man kan göra något åt genom att rösta med plånboken heller, det skulle bara göra problemet värre troligen

På den tiden var kiselkostnaden nära noll, bara några procent av kortet var kretsen, nu är det en stor del istället

Snicksnack för att håla konsumentpriserna höga.

Sett som trend är påståendet inte helt fel, men i absoluta termer är det tveksamt. Delvis för att (och det rör de vid i orginalartikeln) olika komponenter skalar ner olika väl, så kostnaden per ”transistor” beror på vad du gör för krets.
Kostnaden för att producera på en given nod sjunker dessutom över tid, så man måste specificera vid vilken tidpunkt man bestämmer priset för en nod, med den extra komplikationen att de mest avancerade noderna inte har en bestämd prislapp per wafer, utan varje beställare skriver individuella (hemliga) kontrakt med individuella villkor.
Utöver det har ofta de här beräkningarna något grundläggande antagande om produktionsvolym. Uppstartskostnaden för en produkt har ökat kraftigt, vilket gör att priset per krets blir starkt beroende av hur många du tillverkar. Det är ingen slump att Apples telefon SoC:ar är det som kommer först på en nod - de enorma uppstartskostnaderna på noden amorteras över ett likaledes enormt antal kretsar/wafers. De som börjar producera senare har fördelen av intrimmad produktion och bättre anpassade designmodeller.

(Jag misstänker att det här kan vara en bidragande orsak om AMD lägger ner top-end GPU:er. Om man måste amortera design och uppstartskostnaderna över ett flera gånger mindre antal kretsar hamnar man i ett konkurrensmässigt hopplöst läge.)

Detta fruktades tyvärr redan för ett decennium sedan, en artikel hos SemiWiki från 2013 bar titeln
Are 28nm Transistors the Cheapest…Forever?

Marwell visade detta 2020

Klicka för mer information

Visa mer

Finns egentligen bara en enda anledning att man nu fortsätter pusha mot allt mindre (och dyrare) tekniker: ju "närmare" data befinner sig beräkningsenheterna, ju bättre perf/W får man

Från originalartikeln

Klicka för mer information

Visa mer

Så egentligen helt väntat. En högst relevant påverkan detta har på hela industrin är att "bästa vägen framåt" har ändrats rätt drastiskt.

Intel kunder under väldigt många år övertrumfa konkurreterna i prestanda genom att leda tillverkningstekniken. Det kvittade i det läget om konkurrenterna hade bättre design på sina kretsar, en bättre nod mer än nog kompenserade för denna skillnad.

Nu har det helt svängt i att en bättre/mer effektiv design som ger samma prestanda på färre transistorer är inte bara bättre på samma nod, fördelen kommer öka för varje ny nod!

Sedan är detta bara ökningen för kretstillverkningen. Ovanpå det ökar ju kostaden för att designa kretsarna för allt mer komplexa processer rejält. Tar man t.ex. en GPU har själva kretsen i en färdig GPU gått från att stå för <50 USD av totalkostnaden till att idag utgöra 100-tals USD i toppmodellerna. Samma gäller telefoner, etc.

Att Moore's lag dödförklarats otaliga gånger just i det syftet.

Och dett faktum att företag ogärna gör saker som kostar dem mengar "i onödan". Om det inte gick att tjäna mer oengar än man redan gör genom att tillverka på nya noder skulle intresset inte finnas där.

Men vad vet jag... Företag kanske har tänkt om och börjat syssla med välgörenhet istället.

Det är lite "fake news" eller iaf click bait över den här artikeln. Priserna för 28nm är idag betydligt lägre än när 28nm lanserades. En korrekt titel bör istället vara att priserna per transistor inte sjunker tillräckligt snabbt för att leading edge ska vara det billigaste alternativet på en $/transistor basis.

Dvs priserna per transistor sjunker fortfarande, men långsamt. Tittar man bara på grafen utan att reflektera och läser titeln får man intrycket av att priserna stått still i 10 år. Men det som visas är bara att nya noder är så pass dyra att 28nm med fallande pris över tid har lyckats hålla samma prisnivå per transistor.

Det man skulle vilja se är en sammanställning över samtliga tekniker över tid: Hur kostnaden per antalet framställda kretsar sjunker snabbt i början för att sedan glida ner lite långsammare. Kostnaden har ju sjunkit drastiskt från 90/65/45 ner till 28 nm, troligen mest för att man flyttar över allt mer tillverkning till denna nod (bilindustrin) och därmed får skalfördelar. Noderna 20/14/10/7 har en mycket svagt ökande trend som nog beror på maskin- och wafer-kostnader.

https://www.fabricatedknowledge.com/p/the-rising-tide-of-semi...

Artikeln nedan visar wafer-kostnad per antalet körda framställningar (d.v.s. över tid) men tar inte hänsyn till hur många kretsar som varje wafer framställer.

https://www.semianalysis.com/p/the-dark-side-of-the-semicondu...

Sedan pågår det ju en trend att flytta över från 8 till 12-tums wafer för att få ytterligare skalfördelar.

Den viktigaste faktorn, om jag får gissa, är nog hur många fungerande kretsar man kan få fram ("Yield"). Tillverkarna (AMD/Intel) är ju smarta här som samlar på sig kretsar med defekter för att sälja dem som lägre modeller. (Utan grafik eller med avstängda kärnor.)

Helt sant, men det ändrar ändå inte faktumet att det handlar om ett trendbrott.

För att förtydliga exemplet ovan

så handlar det alltså om att dagens 28 nm process skulle ge GTX 980 kretsar som kostar mindre per transistor jämfört med Ada-kretsar på 4 nm.

Historiskt var inte det alls fallet, priset på nyare noder skulle vara så mycket lägre räknat per transistor att man aldrig hamnade där.

Originalartikeln pekar ju på flera underliggande faktorer, i grunden handlar problemet om att kostnaderna för nya noder ökar idag betydligt snabbare än vad de gjort historiskt.

Tyvärr hamnar det ovan på andra rent tekniska problem som man också brottas med. Den viktigaste är att "Dennard scaling" i stort sett upphörde ~45 nm, så länge den effekten fanns var effekt/mm² rätt konstant mellan noder vilket gjorde det möjligt att öka frekvenserna tidigare utan att effekten på kretsen drog iväg.

Vid <28 nm blev det inte längre realistiskt att använda "planar transistors", läckström blev ett allt för stort problem. Detta är en stor orsak till skenande priskostnader nu. Det kommer krävas att mer avancerade varianter för transistor geometri, varje ny variant lär öka komplexiteten mångfald -> vilket drar upp priset.

Intel/AMD m.fl. har flyttat runt målstolparna rätt många gånger för att kunna fortsätta prata om "Moores lag". Initialt handlade det ändå om kostnad, inte något annat. Länge var det synonym med prestanda, vilket dog när Dennard scaling dog. Nu pratar man om transistorer per chip vilket kommer gå att öka genom att packa flera kretsar per chip/paket.

Sett till den ursprungliga observationen av Gordon Moore är hans lag/observation stendöd.

Jag har inte priserna, men som en ledtråd för kostnad kan vi titta på hur stor kretsen är samt hur mycket bussbredd den har till minnet. Jämför vi det med nvidias senare kort, kan vi få en idé om vad Geforce 2 ultra hade varit för typ av kort om det släpptes idag med samma kretsstorlek och bussbredd.

tl;dr
Geforce 2 hade en ovanligt liten krets för att vara ett prestandakort, kretsen var mindre än nvidias tidigare kort. 128bit bussbredd är samma som nvidias tidigare kort, men med introduktionen av Geforce 5900 så gick nvidia över till bredare bussbredd på prestandakort. Utifrån detta kan vi dra slutsatsen att Geforce 2 var relativt billigt att tillverka.

Lista över närliggande kort i kretsarea från varje generation:
Riva 128 90mm²
Riva TNT 90mm²
Riva TNT 2 Ultra 90mm²
Geforce 256 139mm²
Geforce 2 Ultra 88mm²
Geforce 3 128mm²
Geforce 4 MX 460 65mm²
Geforce FX 5500 91mm²
Geforce 6200LE 110mm²
Geforce 7300GS 81mm²
Geforce 8400GS rev2 86mm²
Geforce 9300GS 86mm²
Geforce GT 220 100mm²
Geforce GT 420 116mm²
Geforce GT 520 79mm²
Geforce GT 630 79mm²
Geforce GT 730 79mm²
Geforce GTX 960 227mm²
Geforce 1030 GT 74mm²
Geforce 2060 445mm²
Geforce 3050 200mm²
Geforce 4060 158.7mm²

Vi kan snabbt se att senast Nvidia gjorde en krets i storlek med Geforce 2 var när de släppte 1030 GT, 2017. De senaste 7 åren är det närmsta Geforce 4060 som är knappt dubbelt så stor. Tittar vi på äldre kort kan vi se att senast nvidias toppkort låg i närheten av Geforce 2-storleken var med Riva TNT 2 och bakåt.

Lista över snabbaste korten med 128bit bandbredd ur varje generation:
(Jag har undvikt kort som finns med flera olika bussbredder).
Riva 128 128bit
Riva TNT 128bit
Riva TNT 2 Ultra 128bit
Geforce 256 128bit
Geforce 2 Ultra 128bit
Geforce 3 128bit
Geforce 4 ti 4600 128bit
Geforce 5800 ultra 128bit
Geforce 6600GT 128bit
Geforce 7600GT 128bit
Geforce 8600GTS 128bit
Geforce 9500GT 128bit
Geforce GT 240 128bit
Geforce GT 440 128bit
Geforce GT 530 128bit
Geforce GTX 650 Ti 128bit
Geforce GTX 750 Ti 128bit
Geforce GTX 960 128bit
Geforce 1050ti 128bit
Geforce 2060 192bit
Geforce 3050 128bit
Geforce 4060 128bit

Sista toppkortet med 128bit bussbredd var 5800 Ultra som släpptes 2003. Sedan 5900 introducerades har 128bit varit förknippat med medelklasskort. 20-serien släpptes inte ens med 128bit bussbredd.

Det modernaste kortet som påminner om Geforce 2 Ultra i storlek och bussbredd är Geforce FX 5500, ett kort ur nedre mellanklass.

I onödan? Oj, du har rejält missförstått hur det fungerar.

Företagen hade garanterat gärna stanna på en och samma node, om de kunnat. Men eftersom de inte hatar pengar så vill de vara konkurrenskraftiga samt ge incitament till kunderna att köpa mer/igen.

Det är så pengarna trillar in...och hur tror du själv det hade gått för en tillverkare av säg mobiler eller grafikkort som valt att stanna på 28 nm?

De hade ju inte mkt till val. Var väl dessutom under dessa år AMD plockade marknadsandelar och mind-share. Hela historien var knappast nått intel önskade.