Що таке закон Мура і для чого він?

Закон Мура посилається на спостереження, зроблене співзасновником Intel Гордоном Муром в 1965 році, в якому він виявив, що кількість транзисторів на квадратний дюйм в інтегральних схемах з року в рік подвоюється.

Закон Мура прогнозує, що ця тенденція залишатиметься незмінною протягом наступних років. Хоча цей показник зменшився, кількість транзисторів на квадратний дюйм подвоюється приблизно кожні півтора року. Це використовується як сучасне визначення Закону Мура.

Зміст індексу

У спрощеній версії цього закону зазначено, що швидкості процесора або загальна обчислювальна потужність для комп'ютерів будуть подвоюватися кожні два роки. Швидка перевірка між техніками різних комп'ютерних компаній показує, що термін не дуже популярний, але правило все ж прийнято.

Якщо ми вивчили швидкість процесора з 1970 по 2018 рік, а потім знову в 2019 році, можемо подумати, що закон досяг своєї межі або наближається. У 1970-х швидкості процесора коливалися від 740 кГц до 8 МГц, однак закон насправді точніше застосовувати до транзисторів, ніж до швидкості.

Обсяг обчислювальної потужності, який ми зараз можемо використовувати на найменших пристроях, є дещо чудовим порівняно з тим, що можна було досягти, скажімо, десятиліття тому.

Озираючись назад, навіть п’ять років або близько того, ПК, який був найкращим на той час, вважатиметься застарілим у порівнянні з поточним ПК.

Це можливо просто тому, що виробники мікросхем мають змогу щороку збільшувати кількість транзисторів на мікросхемі, оскільки вдосконалення досягнень досліджень мікросхем покращуються.

Розширення Закону Мура полягає в тому, що комп'ютери, комп'ютерні компоненти та обчислювальна потужність з часом стають меншими і швидшими, оскільки транзистори в інтегральних схемах стають більш ефективними.

Транзистори - це прості електронні вимикачі вимикання, інтегровані в мікросхеми, процесори та малі електричні кола. Чим швидше вони обробляють електричні сигнали, тим ефективнішим стає комп'ютер.

Витрати на ці потужні комп’ютери також зменшувалися з часом, як правило, близько 30 відсотків на рік. Коли дизайнери апаратних засобів підвищили продуктивність комп'ютерів з кращими інтегральними схемами, виробники змогли створити кращі машини, які могли б автоматизувати певні процеси. Ця автоматизація створювала споживачам продукти нижчої ціни, оскільки апаратні засоби створювали менші витрати на оплату праці.

Закон Мура в сучасному суспільстві

П'ятдесят років після закону Мура сучасне суспільство бачить десятки переваг, викритих цим законом. Мобільні пристрої, такі як смартфони та настільні комп’ютери, не працювали б без дуже маленьких процесорів. Менші, швидші комп’ютери покращують транспорт, охорону здоров'я, освіту та виробництво енергії. Майже кожна грань високотехнологічного суспільства отримує перевагу від концепції закону Мура, реалізованої на практиці.

Сьогодні всі споживачі-переробники виготовлені з кремнію, другого за чисельністю елемента земної кори, після кисню. Але кремній не є ідеальним провідником, і межі рухливості електронів, які він несе, встановлюють жорстку межу щодо того, наскільки щільно можна запакувати кремнієві транзистори.

Але не тільки споживання електроенергії є величезною проблемою, але і ефект, який називається квантовим тунелем, може спричинити проблеми з утриманням електронів, що містяться за певним порогом товщини.

Кремнієві транзистори наразі досягають 14 нанометрів, і хоча деякі 10-нанометрові мікросхеми незабаром вийдуть на ринок, було зроблено висновок, що дотримуватися закону Мура протягом тривалого періоду, компанії повинні будуть створювати новіші та якісніші матеріали, які будуть основою комп'ютерів наступного покоління.

Закон Мура в майбутньому

Завдяки нанотехнології, деякі транзистори менші за вірус. Ці мікроскопічні структури містять ідеально вирівняні молекули кремнію та вуглецю, які допомагають швидше рухати електрику по ланцюгу.

Врешті-решт температура транзисторів унеможливлює створення менших ланцюгів, оскільки для охолодження транзисторів потрібно більше енергії, ніж те, що проходить через транзистори. Експерти показують, що комп’ютери повинні досягти фізичних меж Закону Мура десь у найближчі кілька років. Коли це станеться, комп'ютерним науковцям доведеться вивчити абсолютно нові способи створення комп’ютерів.

Програми та програмне забезпечення могли б підвищити швидкість та ефективність роботи комп'ютерів у майбутньому, а не фізичні процеси. Хмарні технології, бездротовий зв’язок, Інтернет речей та квантова фізика також можуть відігравати важливу роль в інноваціях інформаційних технологій.

Прогрес до подвоєння кількості мікросхем сповільнився, і інтегральні схеми не можуть стати набагато меншими, оскільки транзистори наближаються до розміру атома.

У якийсь момент в майбутньому, вдосконалення програмного чи апаратного забезпечення може зберегти мрію про закон Мура. Однак комп'ютерна галузь, здається, готова перейти до іншого курсу, який просунеться через кілька років.

Прогрес закону Мура

Хоча закон Мура говорив про це кожні два роки, це швидке збільшення технологічного виробництва скоротило цей період у свідомості техніків і користувачів.

Обмеження, яке існує, полягає в тому, що коли транзистори можуть бути створені такими ж маленькими, як атомні частинки, тоді на ринку процесора, коли мова йде про швидкості, більше не буде місця для зростання.

Мур зазначив, що загальна кількість компонентів у цих схемах приблизно вдвічі збільшувалася вдвічі, тому він екстраполював це річне дублювання на наступне десятиліття, підрахувавши, що мікросхема 1975 року міститиме приголомшливі 65000 компонентів на мікросхему.

У 1975 році, коли темпи зростання почали сповільнюватися, Мур переглянув свої дворічні часові рамки. Його переглянутий закон був трохи песимістичним; Приблизно через 50 років після 1961 року кількість транзисторів подвоюється приблизно кожні 18 місяців. Згодом журнали регулярно посилалися на Закон Мура так, ніби це технологічний закон із захистом законів руху Ньютона.

Це зробило можливим цей драматичний вибух по складності ланцюга через зменшення розмірів транзисторів протягом десятиліть.

Характеристики транзисторів, що вимірюють менше мікрона, були досягнуті в 1980-х роках, коли мікросхеми динамічної пам'яті з випадковим доступом (DRAM) почали пропонувати мегабайтні можливості зберігання.

На світанку 21 століття ці особливості наблизилися до 0, 1 мкм, що дозволило виготовити гігабайтні мікросхеми пам'яті та мікропроцесори, що працюють на частотах гігагерца. Закон Мура продовжився у другій декаді ХХІ століття із впровадженням тривимірних тривимірних транзисторів.

Близький кінець Закону Мура

Оскільки закон Мура пропонує експоненціальне зростання, навряд чи він триватиме нескінченно. Більшість експертів очікують, що закон Мура триватиме ще два десятиліття. Деякі дослідження показали, що фізичні обмеження можуть бути досягнуті у 2018 році.

Відповідно до недавнього звіту Міжнародної дорожньої карти технологій для напівпровідників (ITRS), що включає чіп-гіганти, такі як Intel та Samsung, транзистори можуть досягти точки, коли їх не вдасться ще більше скоротити до 2021 року. Компанії стверджують, що для того, щоб тоді, економічно неможливо зробити їх меншими, остаточно закінчивши закон Мура.

Це означає, що, хоча вони фізично можуть зменшитись, теоретично вони доможуться того, що ІТСС називає його "економічним мінімумом", а це означає, що це зробить лише непомірні витрати.

Це не перший раз, коли теорію Мура ставлять під сумнів. Минулого року генеральний директор Intel Брайан Крзаніч оголосив, що зміна одного транзистора на інший займає два-два з половиною роки. Крзаніч сумнівався в цьому під час дзвінка з прибутку від Intel, заявивши, що виробничі процеси не прогресували тими ж темпами, що й у минулому.

Однак, ITRS вважає, що це не означає закінчення концепції, що стоїть за Законом, оскільки виробники знаходять все більш інноваційні способи впроваджувати більше комутаторів у певному просторі. Візьмемо для прикладу технологію 3D NAND від Intel, яка передбачає складання 32 шарів пам'яті один на одного, щоб створити величезні ємності для зберігання.

Заключні слова та висновок

Дотепер Закон Мура неодноразово виявлявся правильним, і, як наслідок, давно вважається, що він відповідає за більшість прогресів в епоху цифрових технологій, від ПК до суперкомп'ютерів, завдяки Використовуйте в напівпровідниковій галузі для керівництва довгостроковим плануванням та постановкою цілей досліджень та розробок.

Закон Мура - це закон економіки, а не фізичний. Це вказує на те, що кожен новий мікросхем матиме вдвічі більше транзисторів, і тому буде обчислювати потужність попереднього покоління за однакові виробничі витрати.

Це просте правило сприяло досягненню технологічного перевороту впродовж понад півстоліття і продовжує визначати постійно зростаючі межі сьогоднішньої технології, дозволяючи нам приймати такі поняття, як штучний інтелект та автономні транспортні засоби - і втілювати їх у життя.

Цей закон отримав славу, тому що людям подобаються закони, які дозволяють передбачити майбутнє однієї з найбільших галузей у світі, але фізична основа цього принципу означає, що він дещо інший і менш надійний, ніж багато людей вірити.

Фізичні обмеження в створенні цих фішок можуть легко підштовхнути це число до п’яти років і більше, фактично скасовуючи Закон Мура назавжди.

Зображення джерел Вікісховище