Какъв е законът на Мур и за какво е той?

Законът на Мур се позовава на наблюдение, направено от съоснователя на Intel Гордън Мур през 1965 г., в което той открива, че броят на транзисторите на квадратен инч в интегралните схеми се удвоява година след година от неговото изобретение.

Законът на Мур прогнозира, че тази тенденция ще остане непокътната за години напред. Въпреки че скоростта е намаляла, броят на транзисторите на квадратен инч се удвоява приблизително на всяка година и половина. Това се използва като настоящото определение на закона на Мур.

Индекс на съдържанието

Опростената версия на този закон гласи, че скоростта на процесора или общата изчислителна мощност за компютрите ще се удвоява на всеки две години. Бърза проверка между техници от различни компютърни компании показва, че терминът не е много популярен, но правилото все още се приема.

Ако изследвахме скоростта на процесора от 1970 г. до 2018 г., а след това отново през 2019 г., може да мислим, че законът е достигнал своята граница или се приближава. През 70-те години скоростта на процесора варира от 740 KHz до 8 MHz, но законът всъщност е по-точен за прилагане към транзисторите, отколкото за скоростта.

Количеството изчислителна мощност, което вече можем да използваме на най-малките устройства, е донякъде забележително в сравнение с това, което би могло да се постигне, да речем, преди десетилетие.

Поглеждайки назад, дори пет години или повече, компютър, който беше най-добрият по това време, ще се счита за остарял, ако се сравнява с текущ компютър.

Това е възможно, просто защото производителите на чипове са в състояние да увеличават броя на транзисторите на чипа всяка година, тъй като напредъкът в изследването на чипове се подобрява.

Разширението на закона на Мур е, че компютрите, компютърно захранваните компоненти и изчислителната мощност с времето стават по-малки и по-бързи, тъй като транзисторите в интегралните схеми стават по-ефективни.

Транзисторите са прости електронни превключватели за включване, интегрирани в микрочипове, процесори и малки електрически вериги. Колкото по-бързо обработват електрически сигнали, толкова по-ефективен става компютърът.

Разходите за тези по-мощни компютри също намаляват с течение на времето, обикновено около 30 процента годишно. Когато хардуерните дизайнери повишиха производителността на компютрите с по-добри интегрални схеми, производителите успяха да създадат по-добри машини, които да автоматизират определени процеси. Тази автоматизация създаде продукти за по-ниски цени за потребителите, тъй като хардуерът създаде по-ниски разходи за труд.

Законът на Мур в днешното общество

Петдесет години след закона на Мур, съвременното общество вижда десетки ползи, изложени от този закон. Мобилните устройства, като смартфони и настолни компютри, не биха работили без много малки процесори. По-малките и по-бързи компютри подобряват транспорта, здравеопазването, образованието и производството на енергия. Почти всеки аспект на високотехнологичното общество се възползва от концепцията на закона на Мур, приложена на практика.

Днес всички потребителски процесори са изработени от силиций, вторият най-изобилен елемент в земната кора, след кислорода. Но силицийът не е перфектен проводник и ограниченията на подвижността на електроните, които носи, поставят твърда граница за това колко гъсто можете да опаковате силициеви транзистори.

Но не само, че консумацията на енергия е огромен проблем, но и ефектът, наречен квантов тунел, може да причини проблеми с поддържането на съдържащи се електрони над определен праг на дебелина.

Понастоящем силициевите транзистори достигат 14 нанометра и макар някои дизайни на 10-нанометрови чипове да навлязат на пазара скоро, беше заключено, че за да спазват закона на Мур за дълъг период от време, компаниите ще трябва да създайте по-нови и по-добри материали, които да бъдат основата на компютрите от ново поколение.

Законът на Мур в бъдеще

Благодарение на нанотехнологиите някои транзистори са по-малки от вируса. Тези микроскопични структури съдържат перфектно подравнени молекули силиций и въглерод, които помагат за по-бързото придвижване на електричеството по веригата.

В крайна сметка температурата на транзисторите прави невъзможно създаването на по-малки вериги, тъй като охлаждането на транзисторите изисква повече енергия от това, което минава през транзисторите. Експертите показват, че компютрите трябва да достигнат физическите граници на закона на Мур някъде през следващите няколко години. Когато това се случи, компютърните учени ще трябва да проучат напълно нови начини за създаване на компютри.

Приложенията и софтуерът могат да подобрят скоростта и ефективността на компютрите в бъдеще, а не физическите процеси. Облачните технологии, безжичната комуникация, Интернет на нещата и квантовата физика също биха могли да играят важна роля в иновациите в информационните технологии.

Напредъкът към удвояване на броя на веригите се забави и интегралните схеми не могат да станат много по-малки, тъй като транзисторите се доближават до размера на атом.

В определен момент в бъдещето напредъкът в софтуера или хардуера може да запази мечтата за закона на Мур жива. Обаче компютърната индустрия изглежда е готова да се насочи към друг курс, който ще напредне след няколко години.

Напредъкът на закона на Мур

Въпреки че законът на Мур го казваше на всеки две години, това бързо увеличение на технологичното производство съкрати периода в съзнанието на техниците и потребителите.

Ограничението, което съществува е, че след като транзисторите могат да бъдат създадени толкова малки, колкото атомни частици, тогава няма да има повече място за растеж на пазара на процесора, когато става въпрос за скорости.

Мур отбеляза, че общият брой на компонентите в тези схеми е приблизително удвоен всяка година, така че той екстраполира това годишно дублиране на следващото десетилетие, преценявайки, че микросхемите от 1975 г. ще съдържат зашеметяващите 65 000 компонента на чип.

През 1975 г., когато темпът на растеж започна да се забавя, Мур преразгледа двугодишната си времева рамка. Ревизираният му закон беше малко песимистичен; Около 50 години след 1961 г. броят на транзисторите се удвоява приблизително на всеки 18 месеца. Впоследствие списанията редовно се позовават на закона на Мур, сякаш това е технологичен закон със сигурността на законите за движение на Нютон.

Това, което направи възможна тази драматична експлозия в сложност на веригата, беше свиването на размера на транзисторите през десетилетия.

Характеристиките на транзисторите, които измерват по-малко от микрон, са постигнати през 80-те години на миналия век, когато чиповете за динамична памет с произволен достъп (DRAM) започват да предлагат възможности за мегабайт съхранение.

В зората на 21 век тези характеристики се приближиха до 0, 1 микрона, което позволява производството на гигабайтни чипове памет и микропроцесори, работещи на гигагерцови честоти. Законът на Мур продължава през второто десетилетие на 21 век с въвеждането на триизмерни транзистори с десенанометър.

Близкият край на закона на Мур

Тъй като законът на Мур предполага експоненциален растеж, е малко вероятно той да продължи безкрайно. Повечето експерти очакват законът на Мур да продължи още две десетилетия. Някои изследвания показват, че през 2018 г. могат да бъдат достигнати физически ограничения.

Според неотдавнашен доклад на Международната технологична пътна карта за полупроводници (ITRS), който включва чипове гиганти като Intel и Samsung, транзисторите биха могли да стигнат до момент, в който те не биха могли да бъдат намалени до 2021 г. Компаниите твърдят, че с цел да тогава вече няма да е икономически изгодно да ги направим по-малки, като накрая прекратим Закона на Мур.

Това означава, че въпреки че физически биха могли да станат по-малки, на теория биха постигнали онова, което ITRS нарича „икономически минимум“, което означава, че това би направило само прекомерни разходи.

Това не е първият път, когато теорията на Мур е поставена под въпрос. Миналата година главният изпълнителен директор на Intel Браян Крзанич обяви, че преоразмеряването от един транзистор в друг отнема две до две години и половина. Krzanich постави под въпрос това по време на повикване от печалба от Intel, казвайки, че производствените процеси не са прогресирали със същия темп, както в миналото.

ITRS обаче смята, че това не означава края на концепцията зад закона, тъй като производителите намират все по-иновативни начини за въвеждане на повече превключватели в дадено пространство. Вземете за пример 3D NAND технологията на Intel, която включва подреждането на 32 слоя памет един върху друг, за да създадете огромни капацитети за съхранение.

Заключителни думи и заключение

Досега Законът на Мур се оказва правилен, отново и отново, и в резултат на това отдавна се твърди, че е отговорен за повечето напредъци в дигиталната епоха, от компютри до суперкомпютри, поради Използвайте в полупроводниковата индустрия за ръководство на дългосрочното планиране и поставяне на цели за научни изследвания и разработки.

Законът на Мур е закон на икономиката, а не физически. Това показва, че всеки нов чип ще има два пъти повече транзистори и следователно ще изчисли капацитета на предишното поколение за една и съща производствена цена.

Това просто правило е стимулирало целия напредък на технологичната революция в продължение на повече от половин век и продължава да определя непрекъснато разрастващите се граници на съвременната технология, което ни позволява да вземем концепции като изкуствен интелект и автономни превозни средства - и да ги осъществим.

Този закон придоби известност, защото хората харесват закони, които им позволяват да предсказват бъдещето на една от най-големите индустрии в света, но физическата основа на този принцип означава, че той е малко по-различен и по-малко надежден от много хора вярва.

Физическите ограничения при създаването на тези чипове лесно биха могли да променят това число до пет или повече години, което евалидира законът на Мур завинаги.

Източни изображения Wikimedia Commons