O que é a Lei de Moore e por que as pessoas estão dizendo que ela está morta?

Gordon Moore, co-fundador da Intel, é o homem responsável pela Lei de Moore. É uma observação que Moore fez de que a densidade do transistor de circuitos integrados dobra a cada dois anos. Alguns dizem que a Lei de Moore está morta, mas por quê?

O que diz a Lei de Moore

Gordon Moore fez sua observação original em 1965:

“A complexidade dos custos mínimos de componentes aumentou a uma taxa de aproximadamente um fator de dois por ano. Certamente, no curto prazo, pode-se esperar que essa taxa continue, se não aumentar. A longo prazo, a taxa de aumento é um pouco mais incerta, embora não haja razão para acreditar que não permanecerá quase constante por pelo menos 10 anos”. – Gordon Moore em Cramming mais componentes em circuitos integrados .

Isso pode ser interpretado de algumas maneiras, mas implica duas coisas. Primeiro, (na época) o Circuito Integrado (IC) mais básico dobraria em densidade de transistor a cada ano. Em segundo lugar, isso também seria verdade no nível de custo mais baixo. Portanto, se o custo para fabricar um CI de um determinado tamanho permanecer estável ao longo do tempo (levando em conta a inflação), isso significaria efetivamente que o custo por transistor cairia pela metade a cada dois anos.

Este é um nível surpreendente de crescimento exponencial demonstrado pelo “problema do trigo e do tabuleiro de xadrez”, onde se você colocar um grão de trigo (ou arroz) no primeiro quadrado e então dobrar a quantidade para cada quadrado sucessivo, você estará bem mais de 18 quintilhões de grãos por quadrado 64!

Mais tarde, Moore revisou sua observação para estender o tempo para uma vez a cada dezoito meses e, eventualmente, uma vez a cada dois anos. Portanto, embora a densidade do transistor ainda esteja dobrando, o ritmo parece estar diminuindo.

Na verdade não é uma lei

Embora tenha sido apelidada de “Lei” de Moore, não é uma lei no sentido próprio da palavra. Em outras palavras, não é como uma lei natural que descreve como coisas como a gravidade funcionam. É uma observação e uma projeção de tendências históricas para o futuro.

Em média, a Lei de Moore se manteve desde 1965 e, de certa forma, é uma referência para a indústria de semicondutores dizer aproximadamente se está no caminho certo, mas não há razão para que seja verdade ou permaneça verdade indefinidamente.

Há mais no desempenho do que a densidade do transistor

O transistor é o componente fundamental de um dispositivo semicondutor, como uma CPU. É a partir de transistores que são construídos dispositivos como portas lógicas, que permitem o processamento estruturado de dados em código binário.

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Em teoria, se você dobrar o número de transistores que cabem em uma determinada quantidade de espaço, você dobra a quantidade de processamento que pode acontecer. No entanto, não apenas quantos transistores você tem, mas o que você faz com eles conta. Os microprocessadores receberam muitos avanços em eficiência, com designs especializados para acelerar tipos específicos de processamento, como decodificar vídeo ou fazer a matemática especializada necessária para aprendizado de máquina.

Encolher transistores geralmente também significa atingir frequências operacionais mais altas enquanto usa menos energia para a mesma quantidade de poder de processamento de uma geração anterior. A Lei de Moore limita-se à densidade do transistor, mas a relação entre a densidade do transistor e o desempenho não é linear.

O que quer dizer com "está morto"?

Ao longo dos anos, a frase “a Lei de Moore está morta” foi dita várias vezes, e se isso é verdade depende de sua perspectiva. As densidades do transistor ainda estão dobrando, mas em um ritmo mais lento, já que Moore revisou o período de tempo várias vezes.

A razão pela qual alguns afirmam que a lei está morta não é que a densidade do transistor ainda não está dobrando, mas que o custo dos transistores não está caindo pela metade. Em outras palavras, você não pode mais obter o dobro do número de transistores pelo mesmo dinheiro após um ciclo de duplicação.

Uma parte importante de por que isso está acontecendo é porque estamos nos aproximando dos limites de quão pequenos podemos fazer transistores. No momento da redação deste artigo, os processos de fabricação de 5 nm e 3 nm são a tecnologia atual e a próxima geração. À medida que avançamos em direção ao limite máximo do que é possível, o número de problemas e o custo de superá-los provavelmente aumentarão.

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No entanto, só porque os transistores podem não estar caindo pela metade como costumavam, não significa que o desempenho não esteja dobrando ou caindo pela metade. Lembre-se, a contagem do transistor é apenas uma parte do desempenho. Estamos alcançando velocidades de clock mais altas, encaixando mais núcleos em uma única unidade de processador, fazendo mais com nossos transistores e criando novos silícios que podem acelerar trabalhos específicos, como aprendizado de máquina. Nesse sentido expandido, a Lei de Moore ainda tem vida, mas em sua forma original, está ligada a aparelhos de suporte à vida.

A Lei de Moore tem que morrer em algum momento

Ninguém nunca acreditou que a observação de Moore sobre a densidade e o custo do transistor seria verdadeira para sempre. Afinal, o gráfico exponencial acabaria tendendo para a densidade infinita do transistor e o desempenho da computação. Tanto quanto se sabe, isso não é realmente possível, e é particularmente improvável que seja possível usando eletrônicos de semicondutores como os conhecemos hoje.

Já existem inúmeros desafios com os minúsculos componentes dos processadores modernos que lutam com efeitos quânticos indesejados. Em algum momento, você não pode mais manter os elétrons dentro de seus minúsculos circuitos, então tentar tornar as coisas menores bate em uma parede de tijolos.

Nesse ponto, pode ser hora de mudar para outro tipo de substrato de computação, como fotônica, mas provavelmente existem inúmeras maneiras de obter mais desempenho de semicondutores que não envolvam transistores menores.

Já estamos vendo maneiras econômicas de construir grandes processadores a partir de vários processadores menores, como os designs de chiplet da AMD ou a estratégia da Apple de colar seus chips básicos para fazer mega CPUs que operam como se fossem um sistema. Há potencial na ideia de construir CPUs com circuitos 3D, com camadas de componentes de microchips que se comunicam vertical e horizontalmente.

Embora o limite final da densidade do transistor pareça estar cada vez mais próximo a cada dia, o verdadeiro limite do poder de computação atingível ainda é uma questão em aberto.

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