Mi a Moore törvénye és mi az?

Moore törvénye az Intel társalapítója, Gordon Moore által 1965-ben tett észrevételre utal, amelyben felfedezte, hogy az integrált áramkörökben négyzet hüvelykre eső tranzisztorok száma évről évre megduplázódott a találmány feltalálása óta.

A Moore-törvény előrejelzése szerint ez a tendencia az elkövetkező években változatlan marad. Noha az arány csökkent, a tranzisztorok száma négyzet hüvelykenként körülbelül másfél évvel megduplázódott. Ezt használják Moore-törvény jelenlegi meghatározásaként.

Tartalom index

E törvény egyszerűsített változata kimondja, hogy a processzor sebessége vagy a számítógépek teljes számítógépes teljesítménye kétévente megduplázódik. A különféle számítógépes vállalatok technikusai közötti gyors ellenőrzés azt mutatja, hogy a kifejezés nem túl népszerű, ám a szabályt továbbra is elfogadják.

Ha megvizsgálnánk a processzor sebességét 1970-től 2018-ig, majd 2019-ben ismét, akkor azt gondolhatnánk, hogy a törvény elérte a korlátait, vagy közeledik. Az 1970-es években a processzor sebessége 740 KHz-től 8 MHz-ig terjedt, azonban a törvény pontosabban vonatkozik a tranzisztorokra, mint a sebességre.

Az a számítási teljesítmény, amelyet most a legkisebb eszközökön használhatunk, kissé figyelemre méltó ahhoz képest, amit el lehetne érni például egy évtizeddel ezelőtt.

Visszatekintve akár akár öt évre is, az akkoriban legjobb PC-k elavultnak tekinthetők, ha összehasonlítanánk a jelenlegi PC-vel.

Ez egyszerűen azért lehetséges, mert a chipek gyártói évente jelentősen növelik a chipen lévő tranzisztorok számát, ahogy a chip-kutatás előrehaladása javul.

A Moore-törvény kiterjesztése az, hogy a számítógépek, a számítógéppel működtetett alkatrészek és a számítási teljesítmény idővel kisebbek és gyorsabbak lesznek, mivel az integrált áramkörök tranzisztorjai hatékonyabbak lesznek.

A tranzisztorok egyszerű elektronikus be- és kikapcsológépek, amelyek mikrochipbe, processzorba és kis elektromos áramkörbe vannak beépítve. Minél gyorsabban dolgozzák fel az elektromos jeleket, annál hatékonyabbá válik a számítógép.

Ezen nagyobb teljesítményű számítógépek költségei is idővel csökkentek, általában évente 30 százalék körül. Amikor a hardvertervezők javították a jobb integrált áramkörökkel rendelkező számítógépek teljesítményét, a gyártók jobb gépeket tudtak létrehozni, amelyek képesek automatizálni bizonyos folyamatokat. Ez az automatizálás alacsonyabb árú termékeket hozott létre a fogyasztók számára, mivel a hardver alacsonyabb munkaerőköltségeket eredményezett.

Moore-törvény a mai társadalomban

Ötven évvel Moore törvénye után a kortárs társadalom tucatnyi előnyt lát e törvény által kitett módon. A mobil eszközök, például okostelefonok és asztali számítógépek, nem működnének nagyon kicsi processzorok nélkül. A kisebb, gyorsabb számítógépek javítják a szállítást, az egészségügyi ellátást, az oktatást és az energiatermelést. A high-tech társadalom szinte minden aspektusa előnyt élvez a gyakorlatban alkalmazott Moore-törvény koncepciójával.

Ma az összes fogyasztói feldolgozó szilíciumból készül, amely a földkéreg második legszélesebb eleme az oxigén után. A szilícium azonban nem tökéletes vezető, és a hordozható elektronok mobilitásának korlátai határozottan meghatározzák, hogy a szilícium-tranzisztorok mennyire vastagak lehetnek.

De nemcsak az energiafogyasztás hatalmas probléma, hanem a kvantum-alagútnak nevezett hatás is okozhat problémákat az elektronok egy bizonyos vastagsági küszöbön túllépésével.

A szilícium-tranzisztorok jelenleg eléri a 14 nanométert, és bár néhány 10 nanométeres chip-tervek hamarosan megjelennek a piacon, arra a következtetésre jutottak, hogy a Moore-törvény hosszú ideje való betartása érdekében a társaságoknak hozzon létre újabb és jobb anyagokat, hogy legyen a következő generációs számítógépek alapja.

Moore-törvény a jövőben

A nanotechnológiának köszönhetően néhány tranzisztor kisebb, mint egy vírus. Ezek a mikroszkopikus struktúrák tökéletesen igazított szilícium- és szénmolekulákat tartalmaznak, amelyek elősegítik az áram áramlását az áramkör mentén.

Végül a tranzisztorok hőmérséklete lehetetlenné teszi kisebb áramkörök létrehozását, mivel a tranzisztorok hűtése több energiát igényel, mint ami a tranzisztorokon megy keresztül. A szakértők azt mutatják, hogy a számítógépeknek el kell érniük a Moore-törvény fizikai határait a következő néhány évben. Amikor ez megtörténik, a számítógépes tudósoknak teljesen új módszereket kell megvizsgálniuk a számítógépek készítéséhez.

Az alkalmazások és szoftverek a fizikai folyamatok helyett javíthatják a számítógépek sebességét és hatékonyságát a jövőben. A felhő technológiája, a vezeték nélküli kommunikáció, a tárgyak internete és a kvantumfizika szintén fontos szerepet játszhatnak az információs technológiai innovációban.

Az áramkörök megduplázódása felé tett előrelépés lelassult, és az integrált áramkörök nem lehetnek sokkal kisebbek, mivel a tranzisztorok közelebb állnak az atom méretéhez.

A jövőben a szoftver vagy a hardver fejlődése életben tarthatja a Moore-törvény álmát. A számítógépes ipar azonban úgy tűnik, készen áll egy másik tanfolyamra való áttérésre, amely néhány év alatt előrehalad.

A Moore-törvény haladása

Noha Moore törvénye kétévente elmondta, a technológiai termelés ilyen gyors növekedése lerövidítette az időszakot a technikusok és a felhasználók számára egyaránt.

A korlátozás az, hogy ha a tranzisztorok olyan kicsik lehetnek, mint az atomrészecskék, akkor a CPU-piacon a továbbiakban nincs sebesség a növekedésre.

Moore megjegyezte, hogy ezekben az áramkörökben az összes alkatrész száma megközelítőleg kétszeresére nőtt évente, ezért extrapolálta ezt az éves sokszorosítást a következő évtizedre, becslése szerint az 1975-ös mikroáramkörök chigenként megdöbbentő 65 000 komponenst tartalmaznak.

Mivel 1975-ben a növekedési ütem lassulni kezdett, Moore felülvizsgálta kétéves időszakát. Módosított törvénye kissé pesszimista volt; Körülbelül 50 évvel 1961 után a tranzisztorok száma körülbelül 18 havonta megduplázódott. Ezt követően a folyóiratok rendszeresen hivatkoztak Moore törvényére, mintha egy technológiai törvény lenne, amely Newton mozgási törvényeinek biztonságát garantálja.

A drámai robbanás az áramkör összetettségében az volt, hogy a tranzisztorok mérete évtizedek óta csökken.

A mikronnál kevesebb tranzisztorjellemzőket az 1980-as években sikerült elérni, amikor a dinamikus véletlen hozzáférésű memória (DRAM) chipek megabájtos tárolási képességeket kínáltak.

A 21. század hajnalán ezek a tulajdonságok megközelítették a 0, 1 mikron szélességet, lehetővé téve gigabájt memória chipek és gigaherc frekvencián működő mikroprocesszorok gyártását. A Moore-törvény a 21. század második évtizedében folytatta a tíz nanométeres háromdimenziós tranzisztorok bevezetését.

Moore törvényének vége

Mivel a Moore-törvény az exponenciális növekedést javasolja, valószínűtlen, hogy folytatja határozatlan ideig. A legtöbb szakértő arra számít, hogy Moore-törvény további két évtizedig tart. Egyes tanulmányok kimutatták, hogy a fizikai korlátokat 2018-ban lehet elérni.

A félvezetőkre vonatkozó nemzetközi technológiai ütemterv (ITRS) közelmúltbeli jelentése szerint, amely magában foglalja az olyan chip-óriásokat, mint az Intel és maga a Samsung, a tranzisztorok olyan pontot érhetnek el, ahol 2021-re nem lehet őket tovább csökkenteni. A vállalatok azt állítják, hogy akkor a továbbiakban nem lesz gazdaságilag lehetséges kisebbíteni őket, végül véget vetve Moore törvényének.

Ez azt jelenti, hogy bár fizikailag is kisebbek lehetnek, elméletben el fogják érni azt, amit az ITRS „gazdasági minimumnak” hív, vagyis azt jelenti, hogy ennek csak a költségeket akadályozza meg.

Moore elméletét nem ez az első alkalom, amikor megkérdőjelezik. Tavaly az Intel vezérigazgatója, Brian Krzanich bejelentette, hogy az egyik tranzisztorról a másikra történő átméretezés két-két és fél évig tart. Krzanich megkérdőjelezte ezt az Intel bevételi felhívása során, mondván, hogy a gyártási folyamatok nem haladtak ugyanolyan ütemben, mint a múltban.

Az ITRS azonban úgy véli, hogy ez nem jelenti a törvény mögött meghúzódó koncepció végét, mivel a gyártók egyre innovatívabb módszereket találnak arra, hogy egy adott térben több kapcsolót vezessenek be. Vegyük például az Intel 3D NAND technológiáját, amely magában foglalja a 32 memória réteg egymásra rakását, hogy óriási tárolókapacitást lehessen létrehozni.

Végső szavak és következtetés

Mostanáig a Moore-törvény újra és újra helyesnek bizonyult, és ennek eredményeként régóta azt állították, hogy a digitális korszak legtöbb előrelépéséért felelős, a PC-ktől a szuperszámítógépekig, mivel A félvezető-iparban történő felhasználás a hosszú távú tervezés irányításához és a kutatás és fejlesztés célkitűzéseinek meghatározásához.

A Moore-törvény a gazdaságtan, nem pedig a fizikai törvény. Ez azt jelzi, hogy minden új chip kétszer annyi tranzisztorral fog rendelkezni, és ezért kiszámítja az előző generáció kapacitását ugyanazon gyártási költségekre.

Ez az egyszerű hüvelykujjszabályzat a technológiai forradalom több mint fél évszázados előrehaladását támogatta, és továbbra is meghatározza a mai technológia folyamatosan bővülő határait, lehetővé téve számunkra, hogy olyan fogalmakat fogadjunk el, mint például a mesterséges intelligencia és az autonóm járművek, és megvalósítsuk azokat.

Ez a törvény azért vált ismertté, mert az emberek szeretik azokat a törvényeket, amelyek lehetővé teszik számukra a világ egyik legnagyobb iparágának jövőjének előrejelzését, de ennek az elvnek a fizikai alapja azt jelenti, hogy kissé más és kevésbé megbízható, mint sok embernél. hisz.

A chipek előállításának fizikai korlátai ezt a számot könnyedén visszahozhatják legalább öt évre vagy annál hosszabb ideig, és ezzel ténylegesen érvényteleníthetik Moore törvényét.

Forrásképek Wikimedia Commons