Čo je to zákon o močení a na čo je určený?

Mooreov zákon odkazuje na pozorovanie spoluzakladateľa Intelu Gordona Moora v roku 1965, v ktorom zistil, že počet tranzistorov na štvorcový palec v integrovaných obvodoch sa od svojho vynálezu rok čo rok zdvojnásobil.

Mooreov zákon predpovedá, že tento trend zostane nedotknutý aj v nasledujúcich rokoch. Aj keď sa táto miera znížila, počet tranzistorov na štvorcový palec sa zdvojnásobil približne každý rok a pol. Používa sa ako súčasná definícia Mooreovho zákona.

Index obsahu

Zjednodušená verzia tohto zákona uvádza, že rýchlosť procesora alebo celkový výpočtový výkon počítačov sa bude každé dva roky zdvojnásobovať. Rýchla kontrola medzi technikmi z rôznych počítačových spoločností ukazuje, že tento termín nie je príliš populárny, ale pravidlo je stále akceptované.

Ak by sme skúmali rýchlosti procesorov od roku 1970 do roku 2018 a potom znova v roku 2019, možno by sme si mysleli, že zákon dosiahol svoj limit alebo sa blíži. V 70-tych rokoch sa rýchlosť procesora pohybovala od 740 kHz do 8 MHz, ale zákon je v skutočnosti presnejší na tranzistory ako na rýchlosť.

Množstvo výpočtového výkonu, ktorý teraz môžeme využívať na najmenších zariadeniach, je v porovnaní s tým, čo by sa dalo dosiahnuť, povedzme pred desiatimi rokmi, do istej miery pozoruhodné.

Pri pohľade späť, dokonca aj po piatich rokoch, by bol počítač, ktorý bol v tom čase najlepší, považovaný za zastaraný v porovnaní so súčasným počítačom.

Je to možné jednoducho preto, že výrobcovia čipov sú schopní každý rok významne zvýšiť počet tranzistorov na čipe, pretože sa zlepšujú pokroky vo výskume čipov.

Rozšírenie Mooreovho zákona spočíva v tom, že počítače, komponenty napájané z počítača a výpočtový výkon sa v priebehu času zmenšujú a zrýchľujú, pretože tranzistory v integrovaných obvodoch sú efektívnejšie.

Tranzistory sú jednoduché elektronické vypínače integrované do mikročipov, procesorov a malých elektrických obvodov. Čím rýchlejšie spracovávajú elektrické signály, tým je počítač účinnejší.

Náklady na tieto počítače s vyšším výkonom sa časom tiež znižovali, zvyčajne okolo 30 percent ročne. Keď dizajnéri hardvéru zvýšili výkon počítačov s lepšími integrovanými obvodmi, výrobcovia boli schopní vytvoriť lepšie stroje, ktoré by mohli automatizovať určité procesy. Táto automatizácia vytvorila pre spotrebiteľov lacnejšie výrobky, pretože hardvér spôsobil nižšie mzdové náklady.

Mooreov zákon v dnešnej spoločnosti

Päťdesiat rokov po Mooreovom zákone vidí súčasná spoločnosť desiatky výhod, ktoré tento zákon odhalil. Mobilné zariadenia, ako sú smartfóny a stolové počítače, by nefungovali bez veľmi malých procesorov. Menšie a rýchlejšie počítače zlepšujú dopravu, zdravotnú starostlivosť, vzdelávanie a výrobu energie. Takmer každá stránka high-tech spoločnosti ťaží z koncepcie Mooreovho zákona zavedeného do praxe.

V súčasnosti sú všetci spotrebitelia spracovaní z kremíka, druhého kyslíka, ktorý je po kyslíku druhým najhojnejším prvkom. Kremík však nie je dokonalým vodičom a limity mobility elektrónov, ktoré nesie, tvrdo obmedzujú, ako silno dokážete kremíkové tranzistory zbaliť.

Spotreba energie je nielen obrovským problémom, ale aj efekt nazývaný kvantový tunel môže spôsobiť problémy s udržiavaním elektrónov v určitej hraničnej hodnote.

Kremíkové tranzistory v súčasnosti dosahujú 14 nanometrov a hoci niektoré návrhy čipov s 10 nanometrami čoskoro zasiahnu trh, dospelo sa k záveru, že na to, aby sa Mooreov zákon dodržiaval po dlhú dobu, spoločnosti budú musieť vytvárať novšie a lepšie materiály, ktoré budú základom počítačov novej generácie.

Mooreov zákon v budúcnosti

Vďaka nanotechnológii sú niektoré tranzistory menšie ako vírus. Tieto mikroskopické štruktúry obsahujú dokonale zladené molekuly kremíka a uhlíka, ktoré pomáhajú rýchlejšie prenášať elektrinu po obvode.

Teplota tranzistorov nakoniec znemožňuje vytvorenie menších obvodov, pretože chladenie tranzistorov vyžaduje viac energie ako to, čo prechádza cez tranzistory. Odborníci ukazujú, že počítače by mali dosiahnuť fyzické limity Mooreovho zákona niekedy v najbližších niekoľkých rokoch. Keď sa to stane, počítačoví vedci budú musieť preskúmať úplne nové spôsoby výroby počítačov.

Aplikácie a softvér by mohli v budúcnosti zvýšiť rýchlosť a efektívnosť počítačov namiesto fyzických procesov. Cloudová technológia, bezdrôtová komunikácia, internet vecí a kvantová fyzika by mohli tiež zohrávať dôležitú úlohu v inovácii informačných technológií.

Pokrok v zdvojnásobení počtu obvodov sa spomalil a integrované obvody sa nemôžu zmenšiť, pretože tranzistory sa približujú k veľkosti atómu.

V budúcnosti môže pokrok v softvéri alebo hardvéri udržať sen o Moorovom zákone nažive. Zdá sa však, že počítačový priemysel je pripravený obrátiť sa na ďalší kurz, ktorý bude pokračovať o niekoľko rokov.

Pokrok Moorovho zákona

Aj keď to Mooreov zákon hovoril každé dva roky, tento rýchly nárast technologickej výroby skrátil obdobie v mysliach technikov aj používateľov.

Obmedzenie, ktoré existuje, spočíva v tom, že akonáhle je možné vytvoriť tranzistory tak malé, ako sú atómové častice, nebude už viac priestoru pre rast na trhu CPU, pokiaľ ide o rýchlosti.

Moore poznamenal, že celkový počet komponentov v týchto obvodoch sa každý rok približne zdvojnásobil, takže tento ročný duplikát extrapoloval na nasledujúce desaťročie, odhadujúc, že ​​mikroobvody z roku 1975 budú obsahovať ohromujúcich 65 000 komponentov na čip.

V roku 1975, keď sa tempo rastu začalo spomaľovať, Moore revidoval svoj dvojročný časový rámec. Jeho revidovaný zákon bol trochu pesimistický; Asi 50 rokov po roku 1961 sa počet tranzistorov zdvojnásobil približne každých 18 mesiacov. Časopisy následne pravidelne odkazovali na Mooreov zákon, akoby išlo o technologický zákon s bezpečnosťou Newtonových zákonov o pohybe.

Táto dramatická explózia v zložitosti obvodov umožnila zmenšujúcu sa veľkosť tranzistorov za desaťročia.

Charakteristiky tranzistorov, ktoré merajú menej ako mikróny, sa dosiahli v osemdesiatych rokoch, keď čipy dynamickej pamäte s priamym prístupom (DRAM) začali ponúkať možnosti ukladania megabajtov.

Na začiatku 21. storočia sa tieto vlastnosti blížili k šírke 0, 1 mikrónu, čo umožnilo výrobu pamäťových čipov a mikroprocesorov gigabajtov pracujúcich na frekvenciách gigahertzov. Mooreov zákon pokračoval aj v druhej dekáde 21. storočia zavedením trojrozmerných tranzistorov s desiatimi nanometrmi.

Blízky koniec Mooreovho zákona

Pretože Mooreov zákon naznačuje exponenciálny rast, je nepravdepodobné, že bude pokračovať donekonečna. Väčšina odborníkov očakáva, že Mooreov zákon potrvá ďalšie dve desaťročia. Niektoré štúdie ukázali, že fyzické obmedzenia by sa mohli dosiahnuť v roku 2018.

Podľa nedávnej správy Medzinárodnej technologickej mapy pre polovodiče (ITRS), ktorá zahŕňa čipové giganty ako Intel a samotný Samsung, by tranzistory mohli dosiahnuť bod, v ktorom ich nebude možné do roku 2021 ďalej znížiť. Spoločnosti tvrdia, že s cieľom potom už nebude ekonomicky možné ich zmenšiť a konečne skončiť Mooreov zákon.

To znamená, že hoci by sa fyzicky mohli zmenšiť, teoreticky by dosiahli to, čo ITRS nazýva „ekonomickým minimom“, čo znamená, že by to viedlo k obmedzeniu nákladov.

Nie je to prvýkrát, čo bola spochybnená Mooreova teória. Minulý rok výkonný riaditeľ spoločnosti Intel Brian Krzanich oznámil, že zmena veľkosti z jedného tranzistora na druhý trvá dva až dva a pol roka. Krzanich to spochybnil počas telefonického hovoru spoločnosti Intel s tým, že výrobné procesy nepostupovali rovnako rýchlo ako v minulosti.

ITRS sa však domnieva, že to neznamená koniec koncepcie zákona, pretože výrobcovia nachádzajú stále inovatívnejšie spôsoby, ako v danom priestore zaviesť viac prepínačov. Zoberme si napríklad technológiu 3D NAND od spoločnosti Intel, ktorá zahŕňa ukladanie 32 vrstiev pamäte na seba, aby sa vytvorili obrovské úložné kapacity.

Záverečné slová a záver

Až doteraz sa Mooreov zákon osvedčil stále znova a znova, a preto sa už dlho hovorí, že je zodpovedný za najväčší pokrok v digitálnom veku, od počítačov po superpočítače, a to vďaka jeho Využitie v polovodičovom priemysle na usmernenie dlhodobého plánovania a stanovenie cieľov pre výskum a vývoj.

Mooreov zákon je ekonomický zákon, nie fyzický. Znamená to, že každý nový čip bude mať dvakrát toľko tranzistorov, a preto vypočíta kapacitu predchádzajúcej generácie pri rovnakých výrobných nákladoch.

Toto jednoduché pravidlo podporilo všetky pokroky v technologickej revolúcii už vyše pol storočia a naďalej vymedzuje stále sa rozširujúce limity dnešnej technológie, čo nám umožňuje prijímať koncepcie, ako je umelá inteligencia a autonómne vozidlá, a dosiahnuť ich uskutočnenie.

Tento zákon získal známosť, pretože ľudia majú radi zákony, ktoré im umožňujú predvídať budúcnosť jedného z najväčších priemyselných odvetví na svete, ale fyzický základ tohto princípu znamená, že je o niečo iný a menej spoľahlivý ako mnoho ľudí. verí.

Fyzické obmedzenia pri výrobe týchto čipov by mohli ľahko posunúť toto číslo späť na päť alebo viac rokov, čo by účinne zrušilo Mooreov zákon navždy.

Zdrojové obrázky Wikimedia Commons