artykuły

50 lat prawa Moore'a – co warto o nim wiedzieć

50 lat prawa Moore'a – co warto o nim wiedzieć

24
9 kwietnia 2015, 14:20 Mateusz Brzostek

W tym miesiącu mija 50. rocznica pierwszej publikacji Prawa Moore'a, zasady ekonomicznej, która przez lata opisywała postęp w miniaturyzacji elektroniki. Niektórzy twierdzą nawet, że to chęć dostosowania się do prawa Moore'a kieruje producentami, co zmieniło je w samospełniającą się przepowiednię. Co warto wiedzieć o tej zasadzie?

Spis treści

To wcale nie jest prawo

Słowo „prawo” w technice i nauce oznacza ścisłą zasadę, która wynika z natury wszechświata i jest niezależna od naszych działań lub obserwacji. Prawo Moore'a to pewna zaobserwowana prawidłowość, która do tej pory była prawdziwa (a raczej na tyle bliska rzeczywistości, że rozbieżności można zbagatelizować i złożyć na karb interpretacji). Ta prawidłowość mówi:

Liczba elementów w układzie scalonym będzie się podwajać co roku.

Gordon Moore zmienił później zdanie i powiedział, że podwojenie nie będzie następowało co roku, ale co dwa lata. Mniej wiarygodne źródła podają błędnie, że chodzi o 18 miesięcy. Ale szczegóły nie są istotne – ważne są podstawy i skutki (nie)prawa Moore'a.

Trochę historii

W 1958 i 1959 roku inżynierowie Jack Kilby z Texas Instruments oraz Robert Noyce z Fairchild Semiconductor, pracując niezależnie od siebie, ale opierając się na starszych o dekadę pomysłach i opracowaniach, wynaleźli układ scalony. Wcześniej urządzenia elektroniczne składały się z pojedynczych elementów, umieszczonych w oddzielnych obudowach i połączonych na płycie drukowanej. W układzie scalonym wiele elementów jest zintegrowanych w jednym kawałku półprzewodnika. Układy scalone wzbudziły zainteresowanie ze względu na swoje małe rozmiary. W 1961 roku w TI zbudowano demonstracyjny komputer z układami scalonymi, wielokrotnie mniejszy i bardziej energooszczędny od ekwiwalentu złożonego z oddzielnych elementów. Jednym z pierwszych nabywców była armia amerykańska: w 1961 zaczęła stosować układy scalone w przyrządach naziemnych, a w 1962 – w komputerach sterujących pociskami balistycznymi Minuteman.

Segment sterujący pocisku Minuteman III. Komputer D-37D jest po prawej stronie, w czerwonej obwódce

W 1965 roku najbardziej złożonymi układami scalonymi były bramki logiczne i wzmacniacze operacyjne, zawierające do kilkunastu tranzystorów. Najlepszy op-amp tamtych czasów miał dziewięć tranzystorów i kosztował około 300 dol. – ponad 2000 dzisiejszych! W kwietniu 1965 czasopismo Electronics, obchodzące 35. rocznicę istnienia, poprosiło Gordona Moore'a o napisanie artykułu przewidującego trendy w elektronice na następne 10 lat. Moore był chemikiem zajmującym się litografią oraz szefem działu badań i rozwoju w Fairchild Semiconductor. Jego firma przodowała w produkcji scalaków, ale nie wszyscy w tym biznesie zdążyli się już zorientować, jak ważny to wynalazek. Moore postanowił zwrócić na to uwagę i zauważył, że w krótkim czasie istnienia układów scalonych liczba zintegrowanych komponentów podwajała się co roku.

Niedługo po słynnym artykule zaczęto produkcję wzmacniacza operacyjnego μA709, pierwszego układu scalonego, który można było kupić za kilka dolarów i który był powszechnie dostępny i wykorzystywany. W latach 1969–1970 powstały pierwsze mikroprocesory, wśród nich Intel 4004 (2300 tranzystorów wykonanych w procesie technologicznym 10 000 nm). Kolejne wynalazki w dziedzinie litografii pozwoliły z czasem dalej zmniejszać elementy układów scalonych i produkować je na coraz większą skalę. W 1975 roku Gordon Moore pracował już w Intelu, wtedy zajmującym się głównie wytwarzaniem pamięci operacyjnej (RAM). W publikacji organizacji IEEE napisał, że liczba komponentów w układzie scalonym będzie się podwajać nie co roku, ale co dwa lata. Zauważył też, że to nadal bardzo szybkie zmiany i że z upływem lat elektronika będzie zajmować coraz ważniejsze miejsce w społeczeństwach.

Gordon Moore w 1981 roku

Obie prognozy Moore'a, ta z 1965 roku i ta z 1975, sięgały 10 lat do przodu. Moore już nigdy nie pokusił się o podobne przewidywania, być może dlatego, że w 1985 roku zajmował już w Intelu pozycję administracyjną, a nie badawczą. Za to dziesiątki innych analityków i badaczy regularnie powtarzają przeciwne zdanie: że w ciągu 10 lat postęp spowolni i nie będzie już zgodny z (nie)prawem Moore'a. Od lat koniec jest stale zapowiadany na „za 10 lat”. Czy w tym roku sceptycy mają rację?

Strona:
sayanZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
sayan2015.04.09, 14:53
67#1
I to się nazywa fajny, ciekawy artykuł który warto przeczytać.
barwniakZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
barwniak2015.04.09, 15:00
-10#2
Jeśli chodzi o metody naświetlania, to można być spokojnym, ponoć już w Cannonlake Intel ma zamiar w pierwszym naświetleniu użyć 13nm EUV, drugie standardowy 190nm.
Zarówno żródła, jak i 'optyka' EUV będzie i może być według praw fizyki rozwijana. Można stosować w oparciu o nią również techniki multipleksingu tak jak w przypadku 190nm.

Problem jest z krzemem lub dowolnym innym materiałem półprzewodnikowym(grafen nim nie jest). Niestety, ale komórki elementarne jakiegokolwiek kryształu są rzędu 0,1nm (niektóre nawet rzędu 1nm, krzem 0.5nm). Powoduje to, poważny limit, którego fizycznie nie da się przejść. Nie ma bowiem kryształów o komórkach elementarnych rzędu 0,01nm, to już są rzędy wielkości samych atomów.
Czy zatem to koniec?
Oczywiście, że nie, można wykorzystać liczby kwantowe do kodowania binarnego, nie koniecznie odrazu budować kubitowy komputer kwantowy.
Puki co, przez najbliższe 20 lat możemy cieszyć się jeszcze 10nm- 10nm 3D, 7nm-7nm 3D, 5nm-5nm 3D.
tomangeloZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
tomangelo2015.04.09, 15:21
16#3
Od teraz wydajność można odmierzać kilogramami? :E
maxpowerZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
maxpower2015.04.09, 15:34
11#4
Jak długo trwa produkcja jednego procesora?
mfukerZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
mfuker2015.04.09, 16:09
-1#5
maxpower @ 2015.04.09 15:34  Post: 854657
Jak długo trwa produkcja jednego procesora?

9 miesiecy ;)
bytterfly1Zobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
bytterfly12015.04.09, 16:37
tomangelo @ 2015.04.09 15:21  Post: 854650
Od teraz wydajność można odmierzać kilogramami? :E


Raczej gramami, albo miligramami ;)
motiffZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
motiff2015.04.09, 16:50
Skupili się na jednym jak podwajać upakowanie tranzystorów, niestety z reszty już niewiele zostało, żeby czip wytrzymał coraz większą ilość odprowadzanego ciepła z coraz mniejszych powierzchni musi być po prostu wygaszona spora jego część.
sosin78Zobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
sosin782015.04.09, 17:25
Prawo Moora jest już raczej na wykończeniu. Zejście na Si poniżej 7nm raczej nie będzie możliwe. Intel przecież niedawno sam ogłosił że nie są zbyt pewni czy się to uda w założonym czasie. Oczywiście TSMC, czy Global bo już nie pamiętam twierdzą że im się uda. Ale to raczej marketingowy bełkot. W przemyśle elektronicznym widać już skowronki nieuchronnego. Take API Mantle czy Directx 12 który ma być dużo bardziej wydajny od poprzednika przecież raczej by nie powstawał gdyby co 18 miesięcy dało się zrobić 2 razy szybszą kartę grafiki. Nie było by powodów żeby wydawać masę pieniędzy na programistów którzy praktycznie piszą coś od nowa. Nowe GFX'y przecież podobnie wyglądają. Dalej proces 28nm a biorą znacznie mniej prądu. Założenie jest takie że w NVIDII wiedzieli że będzie problem pewnie z 3 lata wcześniej. Także problemy będą narastać, co grozi załamaniem rynku elektroniki użytkowej w pewnym momencie. Cała nadzieja w nowych materiałach. Ale prace wciąż trwaja. Nie wiadomo ile to zajmie....
SławekplZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Sławekpl2015.04.09, 17:51
jak pokazują ostatnie dwa lata duże pole do popisu mają programiści
dotychczasowe podejście gdzie wykorzystywano zwiększanie mocy układów będzie musiało być zweryfikowane
od lat się mówi o innym podejściu do grafiki i obliczeń ale nie było potrzeb zmian, teraz może jednak takie zmiany będą na tyle kuszące aby większe środki zostały w to zaangażowane, inaczej czeka nas w pewnym momencie może nie spadek ale zastój jeśli chodzi o wydajność
motiffZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
motiff2015.04.09, 18:15
-5#10
^^
Nie zastój, ale ślepy zaułek, tor jak kto woli, podobnie jak ewolucja gatunku ludzkiego, nie postępuje, ale cofa się patrząc na rozmiary i możliwości mózgu osobniczego.
Zaloguj się, by móc komentować
1