Закону Мура 50 лет: прошлое и будущее

Закону Мура 50 лет: прошлое и будущее

Когда Гордона Мура на Fairchild Semiconductor в 1965 спросили про будущее новых интегральных схем, у него уже был транзистор х64, удвоенный х32, который еще годом ранее был произведением искусства. Отслеживая тенденции изменения транзисторов с 1959 года, Мур заметил, что количество компонентов с каждым годом удваивается. В тематической статье в журнале Electronics, он предположил, что это будет происходить как минимум ближайшие 10 лет. Но спустя десятилетие, друг Мура, Карвер Мид заметил, что тенденция сохранилась, и так возник "закон Мура".

Так как мы все чаще заглядываем в будущее закона Мура после 50 лет его существования (официально 19 апреля), очень полезным было бы вспомнить. какой путь он прошел. Это даст какие-то основания для прогнозов касательно того, куда движется развитие компьютерных технологий.

1965: весьма обоснованное предположение Гордона Мура.

Предсказание Мура было сделано в результате наблюдения двух важных явления, которые он обнаружил в процессе написания своей статьи. Во-первых, в любое время есть оптимальное количество компонентов, размещаемых на чипе. Увеличение количества компонентов означает уменьшение цены на них. Хотя это так же значит снижение прибыли, потому в некотором смысле добавляя больше компонентов в чип, компании снижают свою прибыль. Тогда был составлен компромисс между сложностью реализации и прибылью, с экстраполяцией до 1970г. Все подробно изображено на графике ниже.

Закону Мура 50 лет: прошлое и будущее

Первым открытием Мура стал тот факт, что существует естественная оптимальная плотность размещения компонентов при соблюдении минимальных затрат. Именно эта плотность и меняется со временем.

Во-вторых, Мур понял, что оптимальная плотность компонентов на чипе стремительно растет: она возрастала вдвое с каждым годом после создания первого планарного транзистора в 1959г. Это привело к экспоненциальной кривой, приведенной в графике ниже. Он продлил линию исторических данных в будущее, предсказав, что удвоение может продлиться еще ближайшие 10 лет. И хотя Мур вдохновлялся идеей постоянного процесса миниатюризации компонентов, слушая Дугласа Энгельбарта, именно Мур начал делать конкретные прогнозы. Мур никогда не предполагал, что его гипотеза станет законом, или чем-то подобным базовому физическому принципу. Он подробно объяснил в статье свои мысли по поводу того, как в ближайшие 10 лет можно решить любую техническую проблему, нуждающуюся в решении.

Закону Мура 50 лет: прошлое и будущее

Второе открытие Мура показало, что оптимальная плотность размещения компонентов на чипе удваивается с каждым годом, начиная с создания первой интегральной схемы в 1975: Карвер Мид увековечил усовершенствованный закон Мура.

К тому времени, как Карвер Мид ввел понятие "Закон Мура" в 1975, сам Мур доработал этот самый закон. Мур и сам не ожидал, что его догадка станет настолько точной, что почти идеально предскажет прогресс полупроводников на ближайшее десятилетие. Впрочем, Мур чувствовал, что выигрыш в плотном размещении компонентов начнет сходить на нет, и предположил, что к 1980 году, удвоение станет происходить раз в два года.

Хаус из Intel преобразовывает закон Мура в его нынешнюю форму.

Выигрыш в плотности начиная с 1975 постепенно падает, но Дейв Хаус из компании Intel заметил, что некоторые компоненты сами по себе становятся быстрее. Он предположил, что это свидетельствует о том, что вычислительная мощность на микросхеме может удваиваться примерно каждые 18 месяцев - медленнее, чем в изначальном предположении Мура в 1965, но быстрей, чем поправка в 1975. Эта форма закона стала популярной, и аккуратно (почти навязчиво)затесалась в индустрию полупроводников.

Закону Мура 50 лет: прошлое и будущее

Если вы работаете в этой сфере, специфики закона Мура крайне важна для вас. Есть несколько причин задуматься о том, будет ли и дальше развиваться технология интегральных схем.  Для большинства из нас, закон Мура изначально означал огромный прирост вычислительной мощности при уменьшении затрат, нас не волновало как это будет происходить. Потому стоит рассматривать все новшества учитывая огромный контекст вычислительной способности до, и, возможно, после интегральной схемы.

От абака до суперкомпьютера.

Несмотря на ажиотаж вокруг вычислительной революции, начиная с создания транзистора и интегральной схемы, компьютеры существовали задолго до того, как кто-то придумал использовать кремний ля их создания. Линейка эволюции компьютера в музее начинается со счетов абака, которые были заменены логарифмической линейкой, механическими калькуляторами времен Бэббиджа, а затем более мощными мейнфреймами, основанными на вакуумных трубках. До интегральных схем, дискретные транзисторы дали жизнь таким суперкомпьютерам, как Atlas и 3-мегафлопсовый CDC 6600.

Закону Мура 50 лет: прошлое и будущее

Если мы посмотрим на прогресс вычислительной техники за 30 лет до статьи Мура, можно увидеть путь вычислительной мощности от одного цикла в секунду механического компьютера Z1 Конрада Цузе в 1938 (пожалуй, первая программируемая модель с современной архитектурой) и до 3-мегафлопсового CDC 6600 1965 года. Даже если мы щедро наградим Z1 1 флопсом, коэффициент усиления соответствует удвоению каждые 12-18 месяцев, что полностью попадает под прогноз Мура для микросхем, но через столько лет и кучу физических реализаций. Рэй Курцвейл в своей книге The Singularity возвращается еще дальше в прошлое, начиная с 1900 года и механического табулятора. Если записать данные в таблицу, мы увидим, что прогресс происходил по экспоненте на протяжении столетия.

После интегральной схемы.

Современная интегральная схема сталкивается со всеми ограничениями размера и мощности, которые только могут быть. И именно потому, это может означать определенный конец закона Мура. Но у нас есть много новых технологий, ожидающих своего часа, чтобы сменить интегральную схему, которая, в свое время сменила транзисторы, а те сменили вакуумные трубки. Возможно, наиболее очевидным является массивно-параллельные вычисления, наиболее распространенные среди современных графических процессоров. Это дало нам огромное увеличение производительности не только графики, но и многих и многих приложений, которые были переписаны, чтобы воспользоваться преимуществом нескольких ядер. За гранью этого располагается странный мир квантовых вычислений, который медленно, но уверенно находит практическое применение в наши дни. Или, возможно, новые виды физических компьютерных архитектур, вроде тех, которые используют свет, или, возможно, графен.

Много детей знают сказку о математике, который поспорил с королем на зерно, используя шахматную доску, и таким образом оставил все королевство без хлеба. Похожим путем, мы гонимся за технологией, которая постепенно выдыхается. но новаторы могут придумать следующий хит столетия, который в последний момент сохранит весь наш прогресс. Во время интервью, Мур сам признал, что полупроводниковая технология недолго сможет обеспечивать свой прогресс, и что технологии вроде нанотехники и графена могут прийти на смену, чтобы заполнить потребность.

Таблицы Мура, Таблица расчета транзисторов из Викимедии. Данные Курцвейла взяты с 70 страницы книги The Singularity is Near.

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top