K čemu je zákon moore a k čemu je?

Mooreův zákon odkazuje na pozorování spoluzakladatele Intel Gordona Moorea v roce 1965, ve kterém objevil, že počet tranzistorů na čtvereční palec v integrovaných obvodech se od svého vynálezu rok co rok zdvojnásobil.

Mooreův zákon předpovídá, že tento trend zůstane nedotčen i pro nadcházející roky. Ačkoli se sazba snížila, počet tranzistorů na čtvereční palec se zdvojnásobil přibližně každý rok a půl. Toto je používáno jako aktuální definice Mooreova zákona.

Index obsahu

Zjednodušená verze tohoto zákona stanoví, že rychlost procesoru nebo celkový výpočetní výkon počítačů se bude každé dva roky zdvojnásobovat. Rychlá kontrola mezi techniky z různých počítačových společností ukazuje, že tento termín není příliš populární, ale pravidlo je stále akceptováno.

Pokud bychom zkoumali rychlosti procesorů v letech 1970 až 2018 a poté znovu v roce 2019, můžeme si myslet, že zákon dosáhl svého limitu nebo se blíží. V sedmdesátých letech se rychlost procesoru pohybovala od 740 kHz do 8 MHz, ale zákon je ve skutečnosti přesnější, pokud jde o tranzistory než o rychlost.

Množství výpočetního výkonu, který nyní můžeme použít na nejmenších zařízeních, je poněkud pozoruhodné ve srovnání s tím, čeho lze dosáhnout, řekněme před deseti lety.

Při pohledu zpět, dokonce i za pět let, by byl počítač, který byl nejlepší v té době, považován za zastaralý ve srovnání se současným počítačem.

To je možné jednoduše proto, že výrobci čipů jsou schopni každý rok výrazně zvýšit počet tranzistorů na čipu, protože se zlepšují pokroky ve výzkumu čipů.

Rozšíření Mooreova zákona spočívá v tom, že počítače, součásti poháněné počítačem a výpočetní výkon se v průběhu času zmenšují a zrychlují, protože tranzistory v integrovaných obvodech jsou efektivnější.

Tranzistory jsou jednoduché elektronické vypínače integrované do mikročipů, procesorů a malých elektrických obvodů. Čím rychleji zpracovávají elektrické signály, tím účinnější je počítač.

Náklady na tyto počítače s vyšším výkonem se časem také snižovaly, obvykle kolem 30 procent ročně. Když návrháři hardwaru zvýšili výkon počítačů s lepšími integrovanými obvody, výrobci dokázali vytvořit lepší stroje, které by mohly automatizovat určité procesy. Tato automatizace vytvořila pro zákazníky výrobky s nižšími cenami, protože hardware způsobil nižší pracovní náklady.

Mooreův zákon v dnešní společnosti

Padesát let po Mooreově zákoně vidí současná společnost desítky výhod, které tento zákon odhalil. Mobilní zařízení, jako jsou smartphony a stolní počítače, by nefungovaly bez velmi malých procesorů. Menší a rychlejší počítače zlepšují dopravu, zdravotnictví, vzdělávání a výrobu energie. Téměř každá stránka high-tech společnosti těží z Mooreova zákona zavedeného do praxe.

Dnes jsou všichni spotřebitelé zpracováni z křemíku, druhého nejhojnějšího prvku v zemské kůře, po kyslíku. Křemík však není dokonalým dirigentem a limity mobility elektronů, které nese, představují pevný limit pro to, jak silně můžete silikonové tranzistory sbalit.

Nejenže je však spotřeba energie obrovským problémem, ale také efekt zvaný kvantový tunel může způsobit problémy s udržováním elektronů za hranicí určité tloušťky.

Křemíkové tranzistory v současné době dosahují 14 nanometrů, a ačkoli některé návrhy čipů o 10 nanometrech zasáhnou trh brzy, bylo učiněno, že aby společnost mohla dodržovat Mooreův zákon po dlouhou dobu, budou muset společnosti vytvářet novější a lepší materiály, které budou základem počítačů nové generace.

Mooreův zákon v budoucnosti

Díky nanotechnologiím jsou některé tranzistory menší než virus. Tyto mikroskopické struktury obsahují dokonale zarovnané molekuly křemíku a uhlíku, které pomáhají rychleji pohybovat elektřinou po obvodu.

Teplota tranzistorů nakonec znemožňuje vytvoření menších obvodů, protože chlazení tranzistorů vyžaduje více energie než to, co tranzistory prochází. Odborníci ukazují, že počítače by měly dosáhnout fyzických limitů Mooreova zákona někdy v příštích několika letech. Až k tomu dojde, budou muset počítačoví vědci zkoumat zcela nové způsoby vytváření počítačů.

Aplikace a software by mohly v budoucnu namísto fyzických procesů zlepšit rychlost a efektivitu počítačů. Cloudová technologie, bezdrátová komunikace, internet věcí a kvantová fyzika by také mohly hrát důležitou roli v inovacích informačních technologií.

Pokrok ke zdvojnásobení počtu obvodů se zpomalil a integrované obvody se nemohou zmenšovat, protože tranzistory se přibližují velikosti atomu.

V budoucnu může pokrok v softwaru nebo hardwaru udržovat sen o Moorově zákoně naživu. Zdá se však, že počítačový průmysl je připraven obrátit se na další kurz, který se za několik let pokročí.

Pokrok Mooreova zákona

Ačkoli to Mooreův zákon říkal každé dva roky, tento rychlý nárůst technologické výroby zkrátil dobu v myslích techniků i uživatelů.

Omezení, které existuje, spočívá v tom, že jakmile mohou být tranzistory vytvořeny tak malé jako atomové částice, nebude na trhu s CPU již více prostoru pro růst, pokud jde o rychlosti.

Moore poznamenal, že celkový počet složek v těchto obvodech se každý rok přibližně zdvojnásobil, takže extrapoloval tuto roční duplikaci na následující desetiletí, odhaduje, že mikroobvody z roku 1975 budou obsahovat ohromujících 65 000 komponent na čip.

V roce 1975, když se tempo růstu začalo zpomalovat, Moore revidoval svůj dvouletý časový rámec. Jeho revidovaný zákon byl trochu pesimistický; Asi 50 let po roce 1961 se počet tranzistorů zdvojnásobil přibližně každých 18 měsíců. Následně časopisy pravidelně odkazovaly na Mooreův zákon, jako by to byl technologický zákon s bezpečností Newtonových pohybových zákonů.

To, co umožnilo tuto dramatickou explozi ve složitosti obvodů, bylo zmenšující se velikost tranzistorů po celá desetiletí.

Charakteristiky tranzistoru, které měří méně než mikron, byly dosaženy během 80. let, kdy čipy dynamické paměti s nezávislým přístupem (DRAM) začaly nabízet možnosti ukládání megabajtů.

Na počátku 21. století se tyto vlastnosti rozšířily na 0, 1 mikronu, což umožnilo výrobu paměťových čipů a mikroprocesorů pracujících na gigahertzových frekvencích. Mooreův zákon pokračoval i ve druhé dekádě 21. století zavedením trojrozměrných tranzistorů o desítkách nanometrů.

Blízký konec Mooreova zákona

Protože Mooreův zákon naznačuje exponenciální růst, je nepravděpodobné, že bude pokračovat donekonečna. Většina odborníků očekává, že Mooreův zákon potrvá další dvě desetiletí. Některé studie ukázaly, že fyzických omezení lze dosáhnout v roce 2018.

Podle nedávné zprávy z Mezinárodní technologické mapy pro polovodiče (ITRS), která zahrnuje čipové giganty jako Intel a Samsung samotný, by tranzistory mohly dosáhnout bodu, kdy je nelze do roku 2021 dále redukovat. Společnosti tvrdí, že za účelem pak už nebude ekonomicky možné je zmenšovat a nakonec končí Mooreův zákon.

To znamená, že ačkoli by se fyzicky mohli zmenšovat, teoreticky by dosáhli toho, co ITRS nazývá svým „ekonomickým minimem“, což znamená, že by to pouze snížilo náklady.

Není to poprvé, kdy byla zpochybněna Mooreova teorie. V loňském roce generální ředitel Intel Brian Krzanich oznámil, že změna velikosti z jednoho tranzistoru na druhý trvá dva až dva a půl roku. Krzanich to zpochybnil během výdělkového volání od společnosti Intel s tím, že výrobní procesy nepostupovaly stejným tempem jako v minulosti.

ITRS se však domnívá, že to neznamená konec konceptu zákona, protože výrobci nacházejí stále inovativnější způsoby, jak v daném prostoru zavést více přepínačů. Vezměme si například technologii Intel NAND 3D, která zahrnuje naskládání 32 vrstev paměti na sebe a vytvoření obrovských úložných kapacit.

Závěrečná slova a závěr

Až dosud se Mooreův zákon dokázal správný, znovu a znovu, a v důsledku toho se již dlouho říká, že je odpovědný za většinu pokroků v digitálním věku, od počítačů po superpočítače, kvůli jeho Využijte v polovodičovém průmyslu k vedení dlouhodobého plánování a stanovení cílů pro výzkum a vývoj.

Mooreův zákon je ekonomický zákon, nikoli fyzický. Znamená to, že každý nový čip bude mít dvakrát tolik tranzistorů, a proto vypočítá kapacitu předchozí generace za stejné výrobní náklady.

Toto jednoduché pravidlo podporovalo všechny pokroky v technologické revoluci více než půl století a nadále definuje stále se rozšiřující limity dnešní technologie, což nám umožňuje přijímat koncepty jako umělá inteligence a autonomní vozidla - a umožnit jim to.

Tento zákon získal proslulost, protože lidé mají rádi zákony, které jim umožňují předpovídat budoucnost jednoho z největších průmyslových odvětví na světě, ale fyzický základ tohoto principu znamená, že je mírně odlišný a méně spolehlivý než mnoho lidí. věřit.

Fyzická omezení při výrobě těchto čipů by mohla snadno posunout toto číslo zpět na pět nebo více let, což by Mooreův zákon zrušilo navždy.

Zdrojové obrázky Wikimedia Commons