Ce este legea lui Moore și de ce oamenii spun că a murit?

Gordon Moore, co-fondatorul Intel, este omul responsabil pentru Legea lui Moore. Este o observație pe care Moore a făcut-o că densitatea tranzistoarelor circuitelor integrate se dublează la fiecare doi ani. Unii spun că Legea lui Moore este acum moartă, dar de ce?

Ce spune legea lui Moore

Gordon Moore a făcut observația sa inițială în 1965:

„Complexitatea costurilor minime ale componentelor a crescut cu o rată de aproximativ doi factori pe an. Cu siguranță, pe termen scurt, se poate aștepta ca această rată să continue, dacă nu să crească. Pe termen lung, rata de creștere este puțin mai incertă, deși nu există niciun motiv să credem că nu va rămâne aproape constantă timp de cel puțin 10 ani.” – Gordon Moore în Înghesuirea mai multor componente pe circuite integrate .

Acest lucru poate fi interpretat în câteva moduri, dar implică două lucruri. În primul rând, (la acea vreme) cel mai elementar circuit integrat (IC) s-ar dubla în densitatea tranzistorului în fiecare an. În al doilea rând, că acest lucru ar fi valabil și la cel mai mic nivel de cost. Deci, dacă costul de fabricație a unui circuit integrat de o dimensiune dată rămâne stabil în timp (ținând cont de inflație), acest lucru ar însemna efectiv că costul per tranzistor s-ar înjumătăți la fiecare doi ani.

Acesta este un nivel uimitor de creștere exponențială demonstrat de „problema grâului și a tablei de șah”, în care dacă ați pune un bob de grâu (sau orez) pe primul pătrat și apoi dublați cantitatea pentru fiecare pătrat succesiv, ați fi bine. peste 18 chintilioane de boabe cu pătratul 64!

Mai târziu, Moore și-a revizuit observația pentru a prelungi timpul la o dată la optsprezece luni și apoi, în cele din urmă, o dată la doi ani. Deci, în timp ce densitatea tranzistorului încă se dublează, ritmul pare să încetinească.

Nu este de fapt o lege

Deși a fost supranumită „Legea” lui Moore, nu este o lege în sensul propriu al cuvântului. Cu alte cuvinte, nu este ca o lege naturală care descrie cum funcționează lucruri precum gravitația. Este o observație și o proiecție a tendințelor istorice în viitor.

În medie, Legea lui Moore a rezistat din 1965 și, în anumite privințe, este un punct de referință pentru industria semiconductoarelor pentru a spune aproximativ dacă este pe drumul cel bun, dar nu există niciun motiv pentru care trebuie să fie adevărată sau să rămână adevărată la infinit.

Performanță înseamnă mai mult decât densitatea tranzistorului

Tranzistorul este componenta fundamentală a unui dispozitiv semiconductor, cum ar fi un procesor. Din tranzistoare sunt construite dispozitive precum porțile logice, permițând prelucrarea structurată a datelor în cod binar.

LEGATE Ce este un semiconductor și de ce există un deficit?

În teorie, dacă dublezi numărul de tranzistori pe care îi poți încadra într-o anumită cantitate de spațiu, dublezi cantitatea de procesare care se poate întâmpla. Cu toate acestea, contează nu doar câți tranzistori aveți, ci și ceea ce faceți cu ei. Microprocesoarele au primit multe progrese în ceea ce privește eficiența, cu design-uri specializate pentru a accelera tipuri specifice de procesare, cum ar fi decodificarea video sau efectuarea matematicii specializate necesare pentru învățarea automată.

Reducerea tranzistoarelor înseamnă, în general, atingerea unor frecvențe de operare mai mari în timp ce se utilizează mai puțină putere pentru aceeași cantitate de putere de procesare de la o generație anterioară. Legea lui Moore se limitează la densitatea tranzistorului, dar relația dintre densitatea tranzistorului și performanță nu este liniară.

Ce vrei să spui „Este mort”?

De-a lungul anilor, expresia „Legea lui Moore a murit” a fost rostită de mai multe ori și dacă acest lucru este adevărat depinde de perspectiva ta. Densitățile tranzistorilor încă se dublează, dar într-un ritm mai lent, deoarece Moore a revizuit intervalul de timp de mai multe ori acum.

Motivul pentru care unii susțin că legea este moartă nu este că densitatea tranzistorului nu se dublează, ci că costul tranzistorilor nu se înjumătățește. Cu alte cuvinte, nu mai puteți obține dublul numărului de tranzistori pentru aceiași bani după un ciclu de dublare.

O parte importantă a motivului pentru care se întâmplă acest lucru este că ne apropiem de limitele cât de mici putem face tranzistori. La momentul scrierii, procesele de fabricație de 5 nm și 3 nm reprezintă generația actuală și următoarea de tehnologie. Pe măsură ce împingem către limita finală a ceea ce este posibil, numărul de probleme și costul depășirii lor este probabil să crească.

RELATE Ce este un cip de 5 nm și de ce este 5 nm atât de important?

Cu toate acestea, doar pentru că tranzistoarele ar putea să nu reducă la jumătate prețul așa cum obișnuiau, nu înseamnă că performanța nu se dublează sau nu se înjumătățește prețul. Amintiți-vă, numărul de tranzistori este doar o parte a performanței. Atingem viteze de ceas mai mari, integrăm mai multe nuclee într-o singură unitate de procesor, facem mai mult cu tranzistorii noștri și creăm siliciu nou care poate accelera sarcini specifice, cum ar fi învățarea automată. În acest sens extins, Legea lui Moore are încă viață în ea, dar în forma sa inițială, este pe susținerea vieții.

Legea lui Moore trebuie să moară cândva

Nimeni nu a crezut vreodată că observația lui Moore despre densitatea și costul tranzistorului va rămâne valabilă pentru totdeauna. La urma urmei, diagrama exponențială ar avea tendința în cele din urmă către densitatea infinită a tranzistorului și performanța de calcul. Din câte știe oricine, acest lucru nu este de fapt posibil și este foarte puțin probabil să fie posibil folosind electronica semiconductoare așa cum le cunoaștem astăzi.

Există deja numeroase provocări cu componentele minuscule din procesoarele moderne care se luptă cu efecte cuantice nedorite. La un moment dat, nu mai poți păstra electronii în circuitele tale minuscule, așa că încercarea de a face lucrurile mai mici lovește un zid de cărămidă.

În acel moment, poate fi timpul să trecem la un alt tip de substrat de calcul, cum ar fi fotonica, dar există probabil nenumărate modalități de a obține mai multe performanțe de la semiconductori care nu implică reducerea tranzistorilor.

Vedem deja modalități rentabile de a construi procesoare mari din mai multe procesoare mai mici, cum ar fi design-urile chiplet-urilor AMD sau strategia Apple de a-și lipi cipurile de bază împreună pentru a face mega procesoare care funcționează ca și cum ar fi un singur sistem. Există potențial în ideea de a construi procesoare cu circuite 3D, cu straturi de componente de microcip care comunică vertical și orizontal.

În timp ce limita finală a densității tranzistorului pare să se apropie din ce în ce mai mult în fiecare zi, adevărata limită a puterii de calcul realizabile este încă o întrebare deschisă.

RELATE: Supercomputere uriașe încă există. Iată pentru ce sunt folosite astăzi