Koks yra moros dėsnis ir kam jis skirtas?

Moore'o įstatymas remiasi „Intel“ įkūrėjo Gordono Moore'o 1965 m. Atliktu pastebėjimu, kuriame jis sužinojo, kad tranzistorių skaičius viename kvadratiniame colyje integruotose schemose kasmet padvigubėjo nuo jo išradimo.

Moore'o įstatymas prognozuoja, kad ši tendencija išliks nepakitusi ateinančius metus. Nors norma sumažėjo, tranzistorių skaičius viename kvadratiniame colyje padvigubėjo maždaug kas pusantrų metų. Tai naudojama kaip dabartinis Moore'io įstatymo apibrėžimas.

Turinio rodyklė

Supaprastintoje šio įstatymo versijoje teigiama, kad procesorių greitis arba bendra kompiuterių skaičiavimo galia padidės dvigubai kas dvejus metus. Greitas patikrinimas tarp įvairių kompiuterių kompanijų technikų rodo, kad terminas nėra labai populiarus, tačiau taisyklė vis tiek priimama.

Jei išnagrinėsime procesoriaus spartą nuo 1970 iki 2018 m., O tada vėl 2019 m., Mes galime pamanyti, kad įstatymas pasiekė savo ribą arba artėja. Aštuntajame dešimtmetyje procesoriaus greitis svyravo nuo 740 KHz iki 8 MHz, tačiau įstatymas iš tikrųjų yra tikslesnis tranzistoriams, o ne greičiui.

Skaičiavimo galios kiekis, kurį dabar galime naudoti mažiausiuose įrenginiuose, yra šiek tiek nepaprastas, palyginti su tuo, ką galima būtų pasiekti, tarkime, prieš dešimtmetį.

Žvelgiant atgal, net po penkerių metų, tuo metu geriausias kompiuteris bus laikomas pasenusiu, palyginti su dabartiniu kompiuteriu.

Tai įmanoma vien dėl to, kad lustų gamintojai kiekvienais metais gali žymiai padidinti tranzistorių skaičių mikroschemoje, nes pagerėja lusto tyrimų pažanga.

Moore'o dėsnio pratęsimas yra tas, kad kompiuteriai, kompiuteriais varomi komponentai ir skaičiavimo galia laikui bėgant tampa mažesni ir greitesni, nes tranzistoriai integruotose grandinėse tampa efektyvesni.

Tranzistoriai yra paprasti elektroniniai įjungimo ir išjungimo jungikliai, integruoti į mikroschemas, procesorius ir mažas elektros grandines. Kuo greičiau jie apdoroja elektrinius signalus, tuo efektyvesnis kompiuteris.

Šių didesnės galios kompiuterių išlaidos laikui bėgant taip pat sumažėjo, paprastai maždaug 30 procentų per metus. Kai aparatūros kūrėjai padidino kompiuterių su geresnėmis integruotomis schemomis našumą, gamintojai sugebėjo sukurti geresnes mašinas, kurios galėtų automatizuoti tam tikrus procesus. Ši automatika sukūrė vartotojams mažesnių produktų, nes aparatinė įranga sukūrė mažesnes darbo sąnaudas.

Mūro įstatymas šiuolaikinėje visuomenėje

Praėjus penkiasdešimčiai metų nuo Moore'o įstatymo, šiuolaikinė visuomenė mato daugybę šio įstatymo teikiamų pranašumų. Mobilieji įrenginiai, tokie kaip išmanieji telefonai ir staliniai kompiuteriai, neveiktų be labai mažų procesorių. Mažesni, greitesni kompiuteriai pagerina transportavimą, sveikatos apsaugą, švietimą ir energijos gamybą. Beveik kiekvienas aukštųjų technologijų visuomenės aspektas yra naudingas įgyvendinant Moore'o įstatymo koncepciją.

Šiandien visi vartotojų perdirbėjai yra pagaminti iš silicio, kuris yra antras gausiausias žemės plutos elementas, po deguonies. Tačiau silicis nėra puikus laidininkas, o jame esančių elektronų judrumo ribos nustato griežtą ribą, kiek galite pakuoti silicio tranzistorių.

Tačiau ne tik energijos suvartojimas yra didžiulė problema, bet ir poveikis, vadinamas kvantiniu tuneliu, gali sukelti problemų išlaikant elektronus, esančius už tam tikro storio slenksčio.

Silicio tranzistoriai šiuo metu siekia 14 nanometrų, ir nors kai kurie 10 nanometrų mikroschemų projektai netrukus pateks į rinką, padaryta išvada, kad ilgą laiką laikydamosi Moore'io įstatymo, įmonės turės kurkite naujesnes ir geresnes medžiagas, kad būtumėte naujos kartos kompiuterių pagrindas.

Mūro įstatymas ateityje

Nanotechnologijų dėka kai kurie tranzistoriai yra mažesni už virusą. Šiose mikroskopinėse struktūrose yra puikiai suderintos silicio ir anglies molekulės, kurios padeda greičiau perkelti elektrą išilgai grandinės.

Galų gale dėl tranzistorių temperatūros neįmanoma sukurti mažesnių grandinių, nes norint atšaldyti tranzistorius reikia daugiau energijos nei tai, kas praeina per tranzistorius. Ekspertai rodo, kad kai kuriais atvejais per artimiausius kelerius metus kompiuteriai turėtų pasiekti Moore'io įstatymo fizines ribas. Kai tai atsitiks, kompiuterių mokslininkai turės ištirti visiškai naujus kompiuterių kūrimo būdus.

Programos ir programinė įranga galėtų pagerinti kompiuterių, o ne fizinių procesų, spartą ir efektyvumą ateityje. Debesų technologija, belaidis ryšys, daiktų internetas ir kvantinė fizika taip pat galėtų vaidinti svarbų vaidmenį kuriant informacinių technologijų naujoves.

Pažanga į dvigubų grandinių skaičiaus augimą sulėtėjo, o integruotosios grandinės negali būti daug mažesnės, nes tranzistoriai priartėja prie atomo dydžio.

Tam tikru metu ateityje tobulėjant programinei ar aparatinei įrangai svajonė apie Mūro įstatymą gali likti gyva. Tačiau atrodo, kad kompiuterių pramonė yra pasirengusi pereiti prie kito kurso, kuris pažengtų per keletą metų.

Moore'io įstatymo progresas

Nors Moore'o įstatymas tai sakė kas dvejus metus, šis spartus technologinės gamybos augimas sutrumpino laikotarpį tiek technikų, tiek vartotojų sąmonėje.

Esamas apribojimas yra tas, kad kai tranzistoriai gali būti sukurti tiek mažų, kiek atominės dalelės, tada, kalbant apie greitį, procesoriaus rinkoje nebebus kur augti.

Moore'as pažymėjo, kad bendras šių grandinių komponentų skaičius kiekvienais metais padidėjo maždaug dvigubai, todėl jis ekstrapoliavo šį metinį dubliavimą į kitą dešimtmetį, apskaičiavęs, kad 1975 m. Mikroschemose bus stulbinantys 65 000 komponentų vienoje lustoje.

1975 m., Augimo tempui pradėjus lėtėti, Moore peržiūrėjo savo dvejų metų laikotarpį. Jo pakeistas įstatymas buvo šiek tiek pesimistiškas; Maždaug 50 metų po 1961 m. Tranzistorių skaičius padidėjo maždaug kas 18 mėnesių. Vėliau žurnalai reguliariai užsiminė apie Moore'o įstatymą, tarsi tai būtų technologinis įstatymas, turintis Niutono judėjimo įstatymų saugumą.

Dėl šio dramatiško sprogimo dėl grandinės sudėtingumo buvo įmanoma sumažinti tranzistorių dydį per kelis dešimtmečius.

Tranzistorių charakteristikos, matuojančios mažiau nei mikroną, buvo pasiektos devintajame dešimtmetyje, kai dinaminės laisvosios kreipties atminties (DRAM) lustai pradėjo siūlyti megabaitų laikymo galimybes.

XXI amžiaus aušroje šios savybės priartėjo prie 0, 1 mikrono pločio, leidžiančios gaminti gigabaitų atminties lustus ir mikroprocesorius, veikiančius gigahercų dažniais. Moore'io įstatymas tęsėsi ir XXI amžiaus antrąjį dešimtmetį, įvedant dešimties nanometrų tranzistorius.

Artimas Moore'io įstatymo galas

Kadangi Moore'io įstatymas siūlo eksponentinį augimą, vargu ar jis tęsis neribotą laiką. Dauguma ekspertų tikisi, kad Moore'o įstatymas galios dar du dešimtmečius. Kai kurie tyrimai parodė, kad fizinius apribojimus buvo galima pasiekti 2018 m.

Remiantis naujausia Tarptautinio puslaidininkių technologinio plano (ITRS) ataskaita, apimanti lustų milžinus, tokius kaip „Intel“ ir patį „Samsung“, tranzistoriai galėtų pasiekti tašką, kur jų dar nepavyktų sumažinti iki 2021 m. Kompanijos tvirtina, kad norint tada nebebus ekonomiškai įmanoma jų padaryti mažesniais, galutinai nutraukiant Moore'o įstatymą.

Tai reiškia, kad, nors jie fiziškai galėtų tapti mažesni, teoriškai jie pasiektų tai, ką ITRS vadina „ekonominiu minimumu“, o tai reiškia, kad tai padarius tik būtų draudžiamos išlaidos.

Tai nėra pirmas kartas, kai Moore'io teorija kvestionuojama. Praėjusiais metais „Intel“ generalinis direktorius Brianas Krzanichas paskelbė, kad keičiant dydį iš vieno tranzistoriaus į kitą reikia maždaug dvejų su puse su puse metų. Krzanich tai suabejojo ​​„Intel“ skambučio dėl pajamų klausimu, sakydamas, kad gamybos procesai nebuvo pažengę taip sparčiai, kaip anksčiau.

Tačiau ITRS mano, kad tai nereiškia įstatymo projekto pabaigos, nes gamintojai randa vis naujoviškesnių būdų tam tikroje erdvėje įdiegti daugiau jungiklių. Paimkite, pavyzdžiui, „Intel“ 3D NAND technologiją, kuri apima 32 atminties sluoksnių sudėjimą vienas ant kito, kad būtų sukurta didžiulė atminties talpa.

Baigiamieji žodžiai ir išvada

Iki šiol Moore'o įstatymas ne kartą pasirodė teisingas, todėl ilgą laiką sakoma, kad jis yra atsakingas už didžiausią pažangą skaitmeniniame amžiuje, pradedant kompiuteriais ir baigiant superkompiuteriais. Naudojimas puslaidininkių pramonėje nukreipiant ilgalaikį planavimą ir nustatant tyrimų bei plėtros tikslus.

Mūro įstatymas yra ne fizinis, o ekonomikos dėsnis. Tai rodo, kad kiekviena nauja mikroschema turės dvigubai daugiau tranzistorių ir todėl apskaičiuos ankstesnės kartos pajėgumus toms pačioms gamybos sąnaudoms.

Ši paprasta nykščio taisyklė paskatino visus technologinės revoliucijos pasiekimus daugiau nei pusę amžiaus ir toliau nusako vis platėjančias šiandienos technologijos ribas, leisdama mums perimti tokias sąvokas kaip dirbtinis intelektas ir autonominės transporto priemonės - ir priversti jas įgyvendinti.

Šis įstatymas sulaukė didelio pasisekimo, nes žmonėms patinka įstatymai, kurie leidžia jiems numatyti vienos didžiausių pasaulio pramonės šakų ateitį, tačiau šio principo fizinis pagrindas reiškia, kad jis yra šiek tiek kitoks ir mažiau patikimas nei daugelis žmonių. tikėk.

Fiziniai šių žetonų gamybos apribojimai gali lengvai sugrąžinti šį skaičių į penkerius ar daugiau metų ir veiksmingai panaikinti Moore'o įstatymą visam laikui.

Šaltinio vaizdai „Wikimedia Commons“