Закон мура масштабирование интегральных схем. Закон мура и его влияние на микропроцессоры

Microsoft Windows в 1,5 раза медленнее.

Вопрос : с какой скоростью корпорация Microsoft должна выпускать свои продукты, чтобы пользователи не заметили действия закона Мура?..

( )

Немного истории

19 апреля 1965 г., в журнале Electronics (vol . 39, № 8) в рубрике «Эксперты смотрят в будущее» вышла ныне всемирно знаменитая статья Гордона Мура (Gordon Moore ) «Cramming more components onto integrated circuits» («Объединение большого количества компонентов в интегральных схемах»). Кстати, желающие могут ознакомиться с «оригиналом» документа в виртуальном музее корпорации Intel. В этой статье Мур (будущий сооснователь корпорации Intel), работавший тогда директором отдела разработок компании Fairchild Semiconductors , дал прогноз развития микроэлектроники на ближайшие десять лет на основании анализа шестилетнего развития микроэлектроники, предсказав, что количество элементов на кристаллах электронных микросхем будет и далее удваиваться каждый год .

Вскоре после выхода статьи эта эмпирически подмеченная закономерность получила название закона Мура (Moore’s Law ) и стала, пожалуй, самым знаменитым законом в IT-сфере и полупроводниковой индустрии, задав некий фундаментальный вектор развития технологии, которому разработчики микропроцессоров невольно стараются следовать вот уже более сорока лет! И хотя, строго говоря, закон Мура не принадлежит к числу научных – физических или математических – законов, на базе которых строятся наши современные представления о природе и протекающих в ней процессах, а является просто метко подмеченным эмпирическим правилом, отражающим экспоненциальный характер развития одной из многочисленных тенденций в современном человеческом обществе (в этом смысле закон Мура – скорее «социологический», чем «компьютерный»), он оказался очень удобным для описания определенных вещей и весьма полезным для прогнозирования деятельности компаний в этой области. Именно поэтому его так полюбили многие маркетологи и директора микроэлектронных предприятий, превратив в своеобразный фетиш.

Когда было сделано предсказание Мура, микроэлектроника пребывала в зачаточной фазе своего развития. Первый транзистор был создан в 1947 г. (а в 1956 г. за его открытие Бардину, Браттейну и Шокли вручили Нобелевскую премию по физике). Первая микросхема заработала 12 сентября 1958 г. в компании Texas Instruments (за ее изобретение Нобелевскую премию по физике присудили лишь в 2000 г.). «Первооткрывателями» микросхемы (то есть отцами современной микроэлектроники) считаются Джек Килби и один из основателей Intel Роберт Нойс. Физики, как таковой, при создании микросхемы было немного, но Килби и Нойс «всего-навсего» придумали технологию, которая совершила полный переворот в электронной промышленности. Кстати, к 1965 г. в самой сложной микросхеме компании Fairchild было всего лишь 64 транзистора, и о каких-либо достоверных статистических данных в этой отрасли не приходилось и говорить. Поэтому остается лишь поражаться, как в таких обстоятельствах Гордон Мур сумел предугадать фантастические темпы развития всей отрасли на несколько десятилетий вперед.

Выступая в 1975 г. на конференции International Electron Devices Meeting (см. в том же виртуальном музее Intel другой документ), Гордон Мур отметил, что за прошедшее десятилетие количество элементов на кристаллах действительно удваивалось каждый год, однако в будущем, когда сложность чипов возрастет, удвоение числа транзисторов в микросхемах будет происходить несколько медленнее – каждые два года. Это новое предсказание также сбылось, и закон Мура продолжает в этом виде (удвоение за два года) действовать поныне (то есть в течение сорока лет!), в последнее время немного ускорившись до удвоения за 18 месяцев, что можно наглядно проследить на примере деятельности лидера современной полупроводниковой индустрии корпорации Intel.

О названии

Само название «закон Мура» впервые было дано утверждению Мура Карвером Мидом. Закон Мура настолько разрекламирован, что кажется незыблемой истиной. Популярность закона Мура выгодна и самим производителям , так как спекуляции на этом законе позволяют сделать хорошую рекламу – именно так сейчас Intel преподносит его на своём сайте: «Инновации Intel продолжают воплощать закон Мура в жизнь! ».

Существует несколько интерпретаций закона Мура :

Наиболее выгодное число транзисторов на кристалле удваивается каждый год;

Число транзисторов в производимых чипах удваивается каждые два года;

Технологически возможное число транзисторов на кристалле удваивается каждые два года;

Производительность удваивается каждые 18 мес.;

Тактовая частота удваивается каждые 18 мес.;

Вычислительная мощность удваивается каждые 18 мес.;

Доступная вычислительная мощность удваивается каждые 18 мес.;

Плотность транзисторов на чипе удваивается каждые 18 мес.;

Вычислительная мощность, доступная за $1, удваивается каждые 18 мес.;

Стоимость чипа падает вдвое каждые 18 мес.

«Рост» числа транзисторов на одном кристалле :

Кто такой Гордон Мур

Гордон Мур был одним из основателей Intel в августе 1968 г. и в течение последующих семи лет занимал должность исполнительного вице-президента корпорации. В 1975 г. он стал президентом и главным управляющим Intel и занимал обе должности до 1979 г., когда пост президента сменил на должность председателя совета директоров. Главным управляющим корпорации Intel доктор Мур работал до 1987 г., а на посту председателя совета директоров – до 1997 г., когда его удостоили звания почётного председателя совета директоров. Ныне 87-летний Гордон Мур является почётным председателем совета директоров корпорации Intel и проживает на Гавайях.

Заключение

Справедливости ради, следует признать, что так называемый закон Мура не выполняется с точностью, достаточной для того, чтобы считать его не только законом, но и эмпирической зависимостью. Возможно, что шумиха вокруг закона Мура – это ловкий маркетинговый ход корпорации Intel. Но так или иначе, этот закон был подхвачен всеми и пришелся по душе компьютерным обывателям. Многие учёные считают, что закон Мура стал популярен потому, что в простой и очень доступной форме определяет фантастические (пока недоступные ни одной другой отрасли экономики!) темпы развития полупроводниковой индустрии.

…В 2003 г. Гордон Мур подсчитал, что количество транзисторов, ежегодно поставляемых на рынок в мире, достигло 10.000.000.000.000.000.000 (10 19). Это в сто раз больше, чем количество всех муравьёв на Земле...

Журнал Electronics в 1965 году опубликовал широко известную сейчас статью об объединении компонентов интегральных систем, автором которой был Гордон Мур, в будущем основавший корпорацию Intel. Кстати, оригинал документа, а точнее, его скан-копия, хранится в музее корпорации. Конечно же, виртуальном.

Невероятный прогноз

В то время Мур был директором отдела разработок в Fairchild Semiconductor. Он провел анализ развития компьютерной техники за последние шесть лет и сделал прогноз на следующие десять. По эмпирическому закону Мура, среднее число транзисторов в микросхемах будет удваиваться каждый год.

Эта особенность, выявленная опытным путем, и стала называться законом Мура (в оригинале - Moore’s Law), и стала одним из самых известных законов в сфере компьютерных технологий. Гордон Мур буквально задал темпы развития технологий, и уже четыре десятилетия разработчики процессоров следуют ему, вольно или невольно. Подобно закону Мерфи, его нельзя назвать физическим, математическим, да и вообще научным, он - только метко подмеченное эмпирическое правило, говорящее об экспоненциальном характере развития одной из технологических сфер.

С помощью него оказалось очень удобно прогнозировать деятельность IT-компаний, поэтому закон Мура полюбился многим маркетологам и директорам микроэлектронных корпораций.

Кто он такой?

Гордон Мур стал одним из основателей корпорации Intel. Следующие семь лет занимал пост вице-президента компании, а в 1975 году занял должность президента и главного управляющего. До 1979 года Гордон Мур занимал оба поста, но покинул должность президента и занял место в совете директоров. Был главным управляющим в компании "Интел" вплоть до 1987 года, а пост председателя занимал до 1997 года. В этом же году ему было присуждено звание "почетный председатель совета директоров". Сейчас Гордону Муру почти девяноста лет, он по-прежнему является почетным председателем Intel и живет на солнечных Гавайях.

Во времена Мура

Да, темпы развития технологий поражают. Если сейчас электроника может управлять практически всем, то еще сорок лет назад, во времена Гордона Мура, эта сфера только начинала развиваться. Компания Texas Instrument запустила первую микросхему 12 сентября 1958 года (к слову, в 2000 году за нее была получена Нобелевская премия в области физики). Современная микроэлектроника обязана своим появлением Джеку Килби и Роберту Нойсу, который наряду с Муром являлся основателем компании Intel. Создание микросхемы не требовало гениальных открытий в сфере, однако Нойсом и Килби была придумана технология, перевернувшая всю электронную промышленность.

К 1965 году, когда было опубликовано знаменитое высказывание Мура, самая сложная микросхема насчитывала 64 транзистора, поэтому можно удивляться, как Гордон Мур смог вывести такую поражающе точную статистику, которая задала темп развитию отрасли электронных технологий на десятилетия вперед.

Новая формулировка

Спустя десять лет Мур, убедившись, что правило действительно работает, слегка скорректировал его. В своем выступлении на конференции International Electron Devices Meeting (кстати, документ тоже можно посмотреть в виртуальном музее компании "Интел") он сказал, что за последние десять лет число элементов, содержащихся в кристаллах, удваивалось, но сложность устройства чипов растет. Поэтому современный закон Мура гласит: количество транзисторов будет удваиваться не каждый год, а каждые два.

И его предположение снова подтвердилось. Обновленный закон Мура продолжает действовать до сих пор, произошло лишь небольшое ускорение: удвоение происходит за восемнадцать месяцев, это легко заметить, если проанализировать технические характеристики продуктов компании Intel.

А в 2003 году Мур в своей новой работе заявил, что увеличение физических величин по экспоненте не может продолжаться бесконечно, рано или поздно будут достигнуты пределы. В свое время закон Мура продолжил существовать благодаря эволюции технологий и транзисторов. В 2007 году основатель "Интела" также сказал, что скоро закон перестанет действовать из-за скорости света и того, что все вещества имеют атомарную природу.

Название

На самом деле Гордон Мур и не предполагал, что вокруг его высказывания развернется такая шумиха, и название "закон Мура" придумал, по словам самого Гордона, Карвери Мид. Однако это правило подхватили все, оно стало настолько разрекламировано, что казалось и кажется до сих пор незыблемой истиной и подстегивает производителей работать в таких темпах. Однако и самим компаниям факт существования и популярность правила выгодны - они могут использовать его в качестве рекламы. Например, один из рекламных лозунгов компании Intel гласит, что их инновации продолжают воплощать в жизнь закон Мура.

О числах

Для примера будет интересно проследить, как увеличивалось количество транзисторов с годами на примере продуктов корпорации Intel. В 1971 году процессор 4004 имел 2,3 тысячи транзисторов. Впечатляет, если сравнить с 64 транзисторами в 1965 году. В 1974 был выпущен Intel 8080, показатель которого - пять тысяч. Спустя четыре года в процессоре 8086 их насчитывалось уже 29 тысяч! В 1982 году - 120 тысяч, а в 1985 - 275 тысяч. Названия в виде цифр запоминаются не слишком хорошо, а вот процессор Pentium знаком, пожалуй, всем. Первая модель была выпущена в 1993 году. Число транзисторов в "Пентиуме" - более трех миллионов, в Pentium ll - 7,5 миллиона, а в третьем - 24. Новое поколение, получившее название Itanium, было выпущено в 2002 году. Этот процессор насчитывал 220 миллионов транзисторов, а в 2005 модели Itanium Montecito это количество увеличилось до 1,72 миллиарда.

Интерпретации

Существует также несколько вариантов определений, объясняющих суть закона Мура. По одному из них, удваивается не количество транзисторов как таковое, а наиболее выгодное их число. Вторая интерпретация гласит, что растет потенциально возможное количество элементов. По третьей, раз в восемнадцать месяцев появляется процессор, имеющий производительность в два раза большую, чем предыдущий.

Есть и некоторые другие параметры, которые описывает закон Мура. Формулировка следующей интерпретации такова: каждые два года в два раза вырастают такие параметры, как тактовая частота процессоров и вычислительная мощность компьютера. Одна из самых любопытных и в то же время практичных версий закона гласит, что растет вычислительная мощность, доступная за один доллар.

Интересно, что по этому поводу думает и говорит сам Гордон Мур: закон Мура, по его словам, не подтверждается с точностью, он просто доступно и наглядно представляет темпы развития технологий, а шумиха вокруг него - возможно, всего лишь отличный ход маркетологов, ведь именно корпорация Intel особенно любит держать его на слуху. Но все же высказывание подхвачено компьютерщиками и явно пришлось им по душе.

О программах

На практике задействовать ту мощность, которую предполагает эмпирический закон Мура, невозможно без задействования параллельных вычислений. При производстве процессоров в течение долгого времени увеличивалась тактовая частота, а также имело место параллельное выполнение инструкций. Однако на деле получалось так, что новые процессоры выполняют однопоточные программы старого образца гораздо быстрее, при этом не изменяя программный код. Однако современные производители используют многоядерную архитектуру, поэтому чтобы использовать всю выгоду от повышения производительности, необходимо переписывать и программы, однако это не всегда возможно воплотить в жизнь. К тому же увеличение производительности за счет параллеизма ограничено, о чем гласит другое правило.

Закон Амдала

В 1967 году появился еще один закон, который, в отличие от закона Мура, действительно имеет математическое подтверждение. Согласно закону Амдала, производительность за счет распараллеливания вычислений не может расти бесконечно: на сколько бы частей ни была разделена задача, общее время ее выполнения не будет меньше времени, которое требуется на решение самого сложного и длинного фрагмента. Также время ограничено наличием в задаче фрагментов, для которых обязательно последовательное исполнение.

Действие закона Мура легко проследить на простом примере. Допустим, компьютер выполняет производство составляющих для автомобиля. Несмотря на то что каждая деталь производится одновременно с остальными, общее время никак не может быть меньше, чем нужно для работы над самой сложной деталью. Вторую часть закона, говорящую о последовательности исполнения, объясняет следующий пример. Положим, компьютеру необходимо выполнить простую задачу: сложить в ящик яблоки. Если задействовано единственное ядро, то яблоки будут укладываться по одному. Если же структура процесса многоядерная, и возможно многопоточное исполнение, компьютер сможет класть одновременно столько яблок, сколько имеется свободных ядер. Однако если, допустим, человеку необходимо, чтобы компьютер сложил яблоки и посчитал их количество, то в этом примере можно проследить не только необходимость последовательного исполнения, но и эволюцию алгоритма программы. Каждое ядро положит яблоко и "запишет", сколько их оно отправило в ящик. Затем, во втором процессе, каждое ядро предоставит информацию о положенных яблоках, и путем сложения будет определено общее число.

Закон Мура и квантовый компьютер

Когда прекратится действие закона Мура? Можно предположить, что он будет работать до тех пор, пока микросхемы имеют транзисторы. Однако человечество уже ведет разработки компьютера нового поколения, действие которого основано на квантовых эффектах. Принципиальное различие состоит в действии элементарных единиц. В привычном нам компьютере используется двоичный код, в котором любое значение кодируется нолями и единицами. Соответственно, элементарная единица - бит - может иметь лишь одно значение - ноль или единицу.

Действие же квантового компьютера основано на применении эффекта суперпозиции, так что квантовый бит, или кьюбит, сможет иметь сразу два значения, таким образом, быстродействие возрастет в несколько десятков, а то и сотен раз. Квантовые компьютеры уже существуют, однако имеют вид огромных машин, исполняющих лишь самые простые операции, как когда-то традиционные компьютеры. Однако пока закон Гордона Мура продолжает действовать.

Здравствуйте, уважаемые читатели моих немудреных статей! В данном посте я хотел бы поговорить о такой теме, как закон Мура .

Что же их себя представляет закон Мура? Это законодательный акт, или объясненное и вложенное в четкие рамки природное явление? Ни то, ни другое.

Закон Мура представляет собой эмпирическое наблюдение, которое сделал вскоре после изобретения интегральной схемы, еще в 1965 году, Гордон Мур – один из основателей корпорации Intel. В чем же данное наблюдение заключается?

Формулировка закона Мура.

Основное предположение данного закона гласит, что число транзисторов на кристалле микропроцессора будет увеличиваться в 2 раза каждые 2 года . Когда он в процессе подготовки к какому-то выступлению на компьютерную тематику делал анализ роста производительности микросхем, он заметил, что данная производительность удваивается с периодичностью 18-24 месяца. На основании данного анализа и было высказано предположение, которое впоследствии блестяще подтвердилось – развитие вычислительной техники и ее вычислительных мощностей будет происходить экспоненциально. Это и стало законом Мура – пожалуй, самым знаменитым законом в информационной среде.

И хотя закон Мура и не является научным, физически м, математическим или экономическим законом, а представляет собой просто хорошо подмеченное Муром некое эмпирическое правило, но ему производители вычислительной техники стараются следовать уже на протяжение 40 лет . Закон оказался очень полезным при прогнозировании деятельности производителей IT-индустрии.

Немного истории.

Когда закон Мура был впервые сформулирован, вычислительная электроника пребывала еще в фазе своего начального формирования. Основной элемент современной микроэлектроники – транзистор, был изобретен в 1947 году, и только в 1956 году, когда были оценены его достоинства, его изобретателям была присуждена Нобелевская премия.

Первая рабочая микросхема была создана в 1958 году (а за нее Нобелевскую премию дали лишь в 2000 году). Ее изобретателями считаются Д.Килби и еще один из основателей компании Intel – Р.Нойс.

К 1965 году, то есть к моменту, когда Мур сформулировал закон своего имени, в самой сложной микросхеме было всего… 64 транзистора. Как он сумел столь точно предугадать темпы развития электронной промышленности – стоит только удивляться. Стоит заметить, что вначале формулировка закона Мура предусматривала удвоение вычислительной мощности каждый год, что на тот момент блестяще подтверждалось. А в 1975 году Г.Мур на выступлении по поводу десятилетия своего закона высказал предположение, что в дальнейшем темпы удвоения несколько замедлятся и составят 2 года. И новая трактовка закона Мура сбылось в точности так же, как и первая. Она действует и сегодня!

Трактовки и интерпретации закона Мура.

Существует несколько трактовок закона Мура. Все их перечислять, наверное, особого смысла нет (если читателю интересно, загляните в Вики), но наиболее интересные я все же упомяну:

Технологически возможное число транзисторов на кристалле микропроцессора удваивается каждые два года.

Общая производительность процессоров микроэлектронных устройств удваивается каждые 18 месяцев.

Тактовая частота процессоров удваивается каждые 18 месяцев.

Стоимость чипа уменьшатся вдвое каждые 18 месяцев.

Как мы видим, закон Мура работает и в наши дни. Стоимость компьютеров и комплектующих постоянно падает, а вычислительные мощности постоянно растут . Современные домашние компьютеры обладают мощностями, которые были, пожалуй, недоступны даже для суперкомпьютеров всего лишь несколько лет назад. Так что закон Мура действует и сегодня.

Закон Мура умер в возрасте 51 года после продолжительной болезни.

В 1965 г. один из основателей компании Intel Гордон Мур заметил, что число электронных компонентов в интегральных схемах удваивается примерно каждые 12 месяцев. Кроме того, как много раз говорилось на этом сайте в 2003 г., оптимальное с точки зрения цены количество транзисторов в одной микросхеме удваивалось каждые 12 месяцев. В 1965 г. самая низкая стоимость одного транзистора достигалась при 50‑ти транзисторах на одной микросхеме; Мур предсказал, что в 1970 г. оптимальное количество достигнет 1 000 компонентов на микросхему, а цена за транзистор упадёт до 90 центов.

Кое‑что добавив и упростив, это наблюдение стали называть «Законом Мура»: количество транзисторов на одну микросхему будет удваиваться каждые 12 месяцев.

В этом наблюдении не было ни научной, ни инженерной необходимости. Гордон Мур просто зафиксировал текущее положение дел. Индустрия микроэлектроники приняла эту заметку не только как описание ситуации и предположение о будущем, но и как имеющий силу, директивный закон - цель, к которой должна стремиться вся промышленность.

Достижение этой цели не произошло само собой. Создание кремниевой микросхемы сложный процесс, включающий оборудование, программное обеспечение и сырьё, и всё это исходит от нескольких разных компаний. Чтобы синхронизовать работу отдельных производителей для обеспечения Закона Мура, представители индустрии публиковали графики появления технологий и переходов на новые уровни, необходимых для соблюдения Закона Мура. Ассоциация полупроводниковой промышленности, состоящая преимущественно из компаний Северной Америки и включающая фирмы Intel, AMD, TSMC, GlobalFoundries и IBM, начала публиковать такие графики в 1992 г., а в 1998 г. к ассоциации присоединилось множество организаций со всего мира, чтобы составить Международный план по развитию полупроводниковой технологии. Последний план был опубликован в 2013 г.

Проблемы с оригинальной формулировкой закона проявились уже на ранних стадиях. В 1975 г., собрав больше фактических данных, Гордон Мур внёс корректировки в закон: время удвоения он увеличил с 12 месяцев до 24. Однако на протяжении трёх десятилетий простое пропорциональное уменьшение геометрических размеров - уменьшение всех элементов на микросхеме - обеспечило стабильное соблюдение предсказаний Мура.

В 2000 г. стало ясно, что пропорциональное уменьшение размеров уже подошло к своему пределу, но были разработаны различные технические меры, чтобы продолжать двигаться по кривой закона. При 90 нм был применён напряжённый кремний, при 45 нм - новые материалы для увеличения ёмкости каждого транзистора, наслоённого на кремний. При 22 нм эстафету подхватили транзисторы с тройным затвором.

Но и эти техники исчерпали свои возможности. Существуют большие сложности с процессом фотолитографии, используемой для переноса топологии микросхемы на кремниевую подложку: применяемый сегодня свет с длиной волны в 193 нм позволяет достичь разрешения в 14 нм. Применение света с меньшей длиной волны возможно, но усложняет производственный процесс и увеличивает его стоимость. Долгое время была надежда, что фотолитография в глубоком ультрафиолете (экстремальная ультрафиолетовая литография - ЭУФ), в которой используется источник с длиной волны в 13,5 нм, позволит преодолеть это ограничение, но готовые к внедрению в производство технологии ЭУФ обнаружили множество сложностей, связанных с их наладкой.

Даже при использовании ЭУФ всё равно не ясно, насколько ещё возможно уменьшать размеры элементов; при 2 нм транзисторы будут всего 10 атомов в ширину, и вряд ли они будут надёжно работать при таких размерах. Даже если бы эту проблему удалось решить, то встаёт во весь рост угроза большого энергопотребления и рассеяния мощности: по мере уплотнения компоновки транзисторов увеличивается и рассеяние.

Новые технологии, как, например, напряжённый кремний и транзисторы с тройным затвором, потребовали больше десяти лет на внедрение в производство. Разговоры об ЭУФ идут уже ещё дольше. Присутствует также важный фактор стоимости. У Закона Мура есть неприятный аналог - Закон Рока (по имени Артура Рока), в котором говорится, что стоимость фабрик по производству микросхем удваивается каждые 4 года. Можно разработать технологии для увеличения количества транзисторов на микросхеме, но производство соответствующего оборудования может обойтись в запредельную сумму. Ситуация усложняется ростом использования более простых и дешёвых процессоров.

Недавно мы видели, как компании сталкиваются с проблемами по этим причинам. Компания Intel планировала перейти на техпроцесс в 10 нм в 2016 г. с процессорами Cannonlake - переведённой на более тонкий техпроцесс версией 14‑нанометрового процессора Skylake, который поставляется в настоящее время. В июле прошлого года компания изменила свои планы. Новое поколение процессоров Kaby Lake выйдет в 2016 г. и будет производиться по 14‑нанометровому процессу. Выпуск Cannonlake с 10‑нанометровым процессом не отменены, но не ожидаются раньше второй половины 2017 г.

Всё это усугубляется тем, что всё большее количество транзисторов становится всё сложнее применить. В 1980‑х и 1990‑х значение дополнительных транзисторов было очевидным: процессор Pentium был гораздо быстрее процессора 486, Pentium II - гораздо быстрее Pentium и т. д., и т. п. Выполнение вычислительной задачи существенно ускорялось просто за счёт замены процессора, благодаря более быстрому процессору (учитывая развитие от простых процессоров с выполнением инструкций по порядку до сложных суперскалярных с внеочередным исполнением) и благодаря более высокой частоте. В 2000-х развитие в этих направлениях остановилось. Из-за проблем с тепловыделением рост частоты, по большому счёту, прекратился, а повышение производительности каждого отдельного процессорного ядра происходит лишь небольшими порциями. Взамен стали появляться несколько процессорных ядер на одной микросхеме. Это приводит к росту общей теоретической производительности процессора, но в реальности задействовать эти мощности на исполнение программного обеспечения довольно сложно.

Эти трудности означают, что план на основе Закона Мура больше не актуален. В 2014 г. создатели Международного плана по развитию полупроводниковой технологии решили, что следующий выпуск плана не должен соответствовать закону, а в научном журнале Nature («Природа») сообщили, что следующий план, ожидаемый к выходу в грядущем месяце, будет основаться на другом подходе.

Вместо того, чтобы концентрировать внимание на технологиях, применяемых в микросхеме, для создания нового плана будет использоваться подход под названием «Больше, чем закон Мура» («More than Moore»). Рост количества смартфонов и Интернета вещей, например, привёл к тому, что широкий спектр датчиков и процессоров с низким энергопотреблением теперь является важным ориентиром для компаний, производящих микросхемы. Использование высокоинтегрированных процессоров в таких устройствах привело к необходимости создания процессоров, содержащих не только логику и кеш, но и ОЗУ, регулятор мощности, аналоговые модули для навигационных систем, сотовой связи и Wi‑Fi или даже микроэлектромеханические элементы, как гироскопы и акселерометры.

Эти различные компоненты обычно используют разные процессы производства и предъявляют к ним разные требования, поэтому новый план будет содержать программу действий для объединения всего этого множества. Для интеграции различных производственных процессов и для использования различных материалов потребуются новые процессы и поддерживающие технологии. Производителям микросхем для этих новых рынков, внимание к таким вопросам, вероятно, более насущно, чем покорное удвоение количества транзисторов в процессорной логике.

Также будет уделено внимание новым технологиям, не связанным с используемыми сегодня техпроцессами для КМОП. Компания Intel уже объявила, что не будет использовать кремний для 7 нм. Антимонид индия (InSb) и арсенид индия‑галлия (InGaAs) кажутся перспективными и демонстрируют бо́льшую скорость переключения и меньшее энергопотребление, чем кремний. Продолжаются исследования углерода, как в форме нанотрубок, так и в виде графена, так что здесь также ещё могут быть достигнуты высокие показатели.

В то же время, уменьшение размеров, хотя и с более низким приоритетом, всё же остаётся в плане. Вслед за транзисторами с тройным затвором появятся, возможно, в районе 2020 г., транзисторы с круговым затвором и нанопроводы. К середине 2020‑х - монолитные трёхмерные микросхемы, в которых многослойные компоненты встроены в единый цельный кристалл кремния.

Тема дальнейшего уменьшения размеров ещё не закрыта. Использование альтернативных материалов, различных квантовых эффектов или даже таких экзотических технологий, как сверхпроводимость, может снова позволить с лёгкостью масштабировать микросхемы, как это было на протяжении десятилетий, или, может быть, вернуть времена, когда уменьшение происходило с преодолением трудностей, как в последние пятнадцать лет. Возможно, по какой-то существенной причине снова возникнет потребность в процессорах, которые просто быстрее, а не компактнее и потребляют меньше энергии.

Тем не менее на сегодня несоблюдение закона становится нормой. Времена, когда Закон Мура определял будущее развитие событий и был руководством к действию, прошли.

По мнению которого производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и быстродействия каждого из них.

Рост числа транзисторов на кристалле микропроцессора показан на графике справа. Точки соответствуют наблюдаемым данным, а прямая - периоду удвоения в 24 месяца.

История

«Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы 500 долл. и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом пять галлонов (~18,9 л) топлива. Приведенные цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ».

В 2003 году Мур опубликовал работу «No Exponential is Forever: But “Forever” Can Be Delayed!», в которой признал, что экспоненциальный рост физических величин в течение длительного времени невозможен, и постоянно достигаются те или иные пределы. Лишь эволюция транзисторов и технологий их изготовления позволяла продлить действие закона еще на несколько поколений .

В 2007 году Мур заявил, что закон, очевидно, скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света .

Одним из физических ограничений на миниатюризацию электронных схем является также принцип Ландауэра , согласно которому логические схемы, не являющиеся обратимыми , должны выделять теплоту в количестве, пропорциональном количеству стираемых (безвозвратно потерянных) данных. Возможности по отводу теплоты физически ограничены .

Следствия и ограничения

Параллелизм и закон Мура

В последнее время, чтобы получить возможность задействовать на практике ту дополнительную вычислительную мощность, которую предсказывает закон Мура, стало необходимо задействовать параллельные вычисления . На протяжении многих лет, производители процессоров постоянно увеличивали тактовую частоту и параллелизм на уровне инструкций, так что на новых процессорах старые однопоточные приложения исполнялись быстрее без каких-либо изменений в программном коде. Сейчас по разным причинам производители процессоров предпочитают многоядерные архитектуры, и для получения всей выгоды от возросшей производительности ЦП программы должны переписываться в соответствующей манере. Однако, по фундаментальным причинам, это возможно не всегда.

См. также

• Закон гиперболического роста численности населения Земли
• Закон Вирта - полушутливое высказывание о том, что медлительность программ возрастает быстрее, чем производительность компьютеров согласно закону Мура.

Напишите отзыв о статье "Закон Мура"

Примечания

Ссылки

• А. Скоробов, // Сайт математико-механического факультета УрГУ, 2005
• (недоступная ссылка с 12-10-2016 (887 дней))
• Сергей Шашлов, // IXBT, 20 апреля 2005
  • // Intel, 2005 (англ.)

Отрывок, характеризующий Закон Мура

Марья Дмитриевна, застав заплаканную Соню в коридоре, заставила ее во всем признаться. Перехватив записку Наташи и прочтя ее, Марья Дмитриевна с запиской в руке взошла к Наташе.
– Мерзавка, бесстыдница, – сказала она ей. – Слышать ничего не хочу! – Оттолкнув удивленными, но сухими глазами глядящую на нее Наташу, она заперла ее на ключ и приказав дворнику пропустить в ворота тех людей, которые придут нынче вечером, но не выпускать их, а лакею приказав привести этих людей к себе, села в гостиной, ожидая похитителей.
Когда Гаврило пришел доложить Марье Дмитриевне, что приходившие люди убежали, она нахмурившись встала и заложив назад руки, долго ходила по комнатам, обдумывая то, что ей делать. В 12 часу ночи она, ощупав ключ в кармане, пошла к комнате Наташи. Соня, рыдая, сидела в коридоре.
– Марья Дмитриевна, пустите меня к ней ради Бога! – сказала она. Марья Дмитриевна, не отвечая ей, отперла дверь и вошла. «Гадко, скверно… В моем доме… Мерзавка, девчонка… Только отца жалко!» думала Марья Дмитриевна, стараясь утолить свой гнев. «Как ни трудно, уж велю всем молчать и скрою от графа». Марья Дмитриевна решительными шагами вошла в комнату. Наташа лежала на диване, закрыв голову руками, и не шевелилась. Она лежала в том самом положении, в котором оставила ее Марья Дмитриевна.
– Хороша, очень хороша! – сказала Марья Дмитриевна. – В моем доме любовникам свидания назначать! Притворяться то нечего. Ты слушай, когда я с тобой говорю. – Марья Дмитриевна тронула ее за руку. – Ты слушай, когда я говорю. Ты себя осрамила, как девка самая последняя. Я бы с тобой то сделала, да мне отца твоего жалко. Я скрою. – Наташа не переменила положения, но только всё тело ее стало вскидываться от беззвучных, судорожных рыданий, которые душили ее. Марья Дмитриевна оглянулась на Соню и присела на диване подле Наташи.
– Счастье его, что он от меня ушел; да я найду его, – сказала она своим грубым голосом; – слышишь ты что ли, что я говорю? – Она поддела своей большой рукой под лицо Наташи и повернула ее к себе. И Марья Дмитриевна, и Соня удивились, увидав лицо Наташи. Глаза ее были блестящи и сухи, губы поджаты, щеки опустились.
– Оставь… те… что мне… я… умру… – проговорила она, злым усилием вырвалась от Марьи Дмитриевны и легла в свое прежнее положение.
– Наталья!… – сказала Марья Дмитриевна. – Я тебе добра желаю. Ты лежи, ну лежи так, я тебя не трону, и слушай… Я не стану говорить, как ты виновата. Ты сама знаешь. Ну да теперь отец твой завтра приедет, что я скажу ему? А?
Опять тело Наташи заколебалось от рыданий.
– Ну узнает он, ну брат твой, жених!
– У меня нет жениха, я отказала, – прокричала Наташа.
– Всё равно, – продолжала Марья Дмитриевна. – Ну они узнают, что ж они так оставят? Ведь он, отец твой, я его знаю, ведь он, если его на дуэль вызовет, хорошо это будет? А?
– Ах, оставьте меня, зачем вы всему помешали! Зачем? зачем? кто вас просил? – кричала Наташа, приподнявшись на диване и злобно глядя на Марью Дмитриевну.
– Да чего ж ты хотела? – вскрикнула опять горячась Марья Дмитриевна, – что ж тебя запирали что ль? Ну кто ж ему мешал в дом ездить? Зачем же тебя, как цыганку какую, увозить?… Ну увез бы он тебя, что ж ты думаешь, его бы не нашли? Твой отец, или брат, или жених. А он мерзавец, негодяй, вот что!
– Он лучше всех вас, – вскрикнула Наташа, приподнимаясь. – Если бы вы не мешали… Ах, Боже мой, что это, что это! Соня, за что? Уйдите!… – И она зарыдала с таким отчаянием, с каким оплакивают люди только такое горе, которого они чувствуют сами себя причиной. Марья Дмитриевна начала было опять говорить; но Наташа закричала: – Уйдите, уйдите, вы все меня ненавидите, презираете. – И опять бросилась на диван.