Što je zakon mora i čemu služi?

Mooreov zakon odnosi se na opažanje utemeljitelja tvrtke Intel Gordon Moore 1965. godine, u kojem je otkrio da se broj tranzistora po kvadratnom inču u integriranim krugovima udvostručio iz godine u godinu od njegovog pronalaska.

Mooreov zakon predviđa da će taj trend ostati netaknut još godinama koje dolaze. Iako se stopa smanjila, broj tranzistora po kvadratnom inču udvostručio se približno svake godine i pol. Ovo se koristi kao trenutna definicija Mooreovog zakona.

Sadržaj indeks

Pojednostavljena verzija ovog zakona kaže da će se brzine procesora ili ukupna računalna snaga za računala udvostručiti svake dvije godine. Brza provjera između tehničara iz različitih računalnih tvrtki pokazuje da izraz nije baš popularan, ali pravilo je i dalje prihvaćeno.

Ako smo ispitali brzine procesora od 1970. do 2018., a zatim ponovno u 2019., mogli bismo pomisliti da je zakon dosegao svoju granicu ili se približava. U 1970-im se brzina procesora kretala od 740 KHz do 8 MHz. Međutim, zakon se preciznije primjenjuje na tranzistore nego na brzinu.

Količina računalne snage koju sada možemo koristiti na najmanjim uređajima pomalo je nevjerojatna u usporedbi s onim što je moglo biti, recimo, prije deset godina.

Gledajući unatrag, čak pet godina ili slično, računar koji je u to vrijeme bio najbolji smatrat će se zastarjelim u usporedbi s trenutnim računalom.

To je moguće jednostavno zato što su proizvođači čipova u mogućnosti znatno povećati broj tranzistora na čipu svake godine, kako se napredak u istraživanju čipova poboljšava.

Proširenje Mooreovog zakona je da računala, komponente sa računarom i računalna snaga s vremenom postaju sve manji i brži, jer tranzistori u integriranim krugovima postaju učinkovitiji.

Tranzistori su jednostavni elektronički sklopni prekidači integrirani u mikročipove, procesore i male električne krugove. Što brže obrađuju električne signale, računalo postaje učinkovitije.

Troškovi ovih računala s većim pogonom također su se smanjivali s vremenom, uglavnom oko 30 posto godišnje. Kad su dizajneri hardvera povećali performanse računala s boljim integriranim krugovima, proizvođači su mogli stvoriti bolje strojeve koji bi mogli automatizirati određene procese. Ta je automatizacija stvorila potrošače nižim cijenama, jer je hardver stvorio niže troškove rada.

Mooreov zakon u današnjem društvu

Pedeset godina nakon Mooreovog zakona suvremeno društvo vidi desetak prednosti koje ovaj zakon izlaže. Mobilni uređaji, poput pametnih telefona i stolnih računala, ne bi radili bez vrlo malih procesora. Manja, brža računala poboljšavaju transport, zdravstvo, obrazovanje i proizvodnju energije. Gotovo svaki aspekt visoko tehnološkog društva ima koristi od Mooreovog zakona koji se primjenjuje u praksi.

Danas su svi potrošački prerađivači napravljeni od silicija, drugog najbrojnijeg elementa u Zemljinoj kori, nakon kisika. Ali silicij nije savršen provodnik, a ograničenja mobilnosti elektrona koje on nosi postavljaju čvrstu granicu o tome kako gusto možete pakirati silikonske tranzistore.

Ali ne samo da je potrošnja energije veliki problem, već i efekt koji se naziva kvantni tunel može uzrokovati probleme koji drže elektrone sadržane preko određenog praga debljine.

Silikonski tranzistori trenutno dosežu 14 nanometara, a iako će neki dizajni čipova od 10 nanometara uskoro stići na tržište, zaključeno je da će se dulje vrijeme pridržavati Mooreovog zakona tvrtke morati stvaraju noviji i bolji materijali koji će biti temelj računala sljedeće generacije.

Mooreov zakon u budućnosti

Zahvaljujući nanotehnologiji, neki su tranzistori manji od virusa. Ove mikroskopske strukture sadrže savršeno usklađene molekule silicija i ugljika koje pomažu bržem kretanju struje duž kruga.

Na kraju temperatura tranzistora onemogućuje stvaranje manjih krugova, jer za hlađenje tranzistora potrebno je više energije nego što prolazi kroz tranzistore. Stručnjaci pokazuju da bi računala trebala dostići fizičke granice Mooreovog zakona negdje u sljedećih nekoliko godina. Kad se to dogodi, informatičari će morati ispitati potpuno nove načine stvaranja računala.

Aplikacije i softver mogli bi poboljšati brzinu i učinkovitost računala u budućnosti, a ne fizičke procese. Cloud tehnologija, bežična komunikacija, Internet stvari i kvantna fizika također bi mogli igrati važnu ulogu u inovaciji informacijske tehnologije.

Napredak prema udvostručenju broja krugova je usporen, a integrirani krugovi ne mogu biti puno manji jer se tranzistori približavaju veličini atoma.

U nekom trenutku budućnosti, napredak u softveru ili hardveru mogao bi održati san Moore's Law živim. Međutim, čini se da je računalna industrija spremna prijeći na drugi smjer koji će napredovati za nekoliko godina.

Napredak Mooreovog zakona

Iako je Mooreov zakon to govorio svake dvije godine, ovo naglo povećanje tehnološke proizvodnje skratilo je to razdoblje u mislima tehničara i korisnika.

Ograničenje koje postoji jest da jednom kada se stvore tranzistori mali kao atomske čestice, tada više neće biti prostora za rast na CPU tržištu kada je u pitanju brzina.

Moore je napomenuo da se ukupni broj komponenata u tim krugovima svake godine približno udvostručio, pa je ekstrapolirao ovo godišnje umnožavanje na sljedeće desetljeće, procjenjujući da će mikrocirke iz 1975. sadržavati vrtoglavih 65.000 komponenti po čipu.

1975., kako je stopa rasta počela usporavati, Moore je revidirao svoj dvogodišnji vremenski okvir. Njegov revidirani zakon bio je pomalo pesimističan; Otprilike 50 godina nakon 1961. godine, broj tranzistora udvostručio se otprilike svakih 18 mjeseci. Nakon toga, časopisi su se redovito pozivali na Mooreov zakon kao da je tehnološki zakon sa sigurnošću Newtonovih zakona kretanja.

Ono što je omogućilo ovu dramatičnu eksploziju u složenosti kruga bila je smanjivanje tranzistora tijekom desetljeća.

Karakteristike tranzistora koje mjere manje od mikrona postignute su tijekom 1980-ih, kada su čipi za dinamičku memoriju sa slučajnim pristupom (DRAM) počeli nuditi megabajtne mogućnosti pohrane.

U zoru 21. stoljeća ove su se karakteristike približile 0, 1 mikrona što je omogućilo proizvodnju gigabajtskih memorijskih čipova i mikroprocesora koji rade na frekvencijama gigaherca. Mooreov zakon nastavio se i u drugom desetljeću 21. stoljeća uvođenjem trodimenzionalnih tranzistora.

Bliži kraj Mooreova zakona

Budući da Mooreov zakon sugerira eksponencijalni rast, malo je vjerojatno da će se nastaviti u nedogled. Većina stručnjaka očekuje da će Mooreov zakon trajati još dva desetljeća. Neke studije su pokazale da bi se fizička ograničenja mogla dostići u 2018. godini.

Prema nedavnom izvještaju Međunarodne tehnološke mape za poluvodiče (ITRS), koji uključuje čipove divove poput Intela i Samsunga, tranzistori bi mogli dostići točku u kojoj ih se ne bi moglo dodatno smanjiti do 2021. godine. Tvrtke tvrde da bi, kako bi tada više neće biti ekonomski izvedivo učiniti ih manjim i na kraju završiti Mooreov zakon.

To znači da, iako bi mogli fizički dobiti manje, u teoriji bi postigli ono što ITRS naziva svojim "ekonomskim minimumom", što znači da bi to učinilo samo troškove zabranjivima.

Ovo nije prvi put da je Mooreova teorija dovedena u pitanje. Prošle godine izvršni direktor Intela Brian Krzanich najavio je da za promjenu veličine jednog tranzistora u drugi treba dvije do dvije i pol godine. Krzanich je to doveo u pitanje tijekom poziva za zaradu od Intela, rekavši da proizvodni procesi nisu napredovali istom brzinom kao u prošlosti.

Međutim, ITRS smatra da to ne znači i kraj koncepta koji stoji iza Zakona, jer proizvođači pronalaze sve inovativnije načine uvođenja više prekidača u određeni prostor. Uzmimo za primjer Intelovu 3D NAND tehnologiju koja uključuje slaganje 32 sloja memorije jedan na drugi kako bi se stvorili ogromni skladišni kapaciteti.

Završne riječi i zaključak

Do sada se Mooreov zakon pokazao ispravnim, iznova i iznova, i kao rezultat toga se dugo smatra da je odgovoran za većinu napretka u digitalnom dobu, od računala do superračunala, zbog svog Koristite u industriji poluvodiča za vođenje dugoročnog planiranja i postavljanja ciljeva za istraživanje i razvoj.

Mooreov zakon je ekonomski, a ne fizički. Ukazuje da će svaki novi čip imati dvostruko više tranzistora i stoga će izračunati kapacitet prethodne generacije za isti proizvodni trošak.

Ovo jednostavno pravilo pokrenulo je napredak tehnološke revolucije više od pola stoljeća i nastavlja definirati sve veće granice današnje tehnologije, omogućujući nam da uzmemo koncepte poput umjetne inteligencije i autonomnih vozila - i učinimo ih stvarima.

Ovaj je zakon stekao notornost jer ljudi vole zakone koji im omogućuju predviđanje budućnosti jedne od najvećih svjetskih industrija, ali fizička osnova ovog načela znači da je on malo drugačiji i manje pouzdan od mnogih ljudi vjeruje.

Fizička ograničenja izrade tih čipova mogu lako vratiti taj broj na pet ili više godina, čime bi se Mooreov zakon zauvijek poništio.

Izvorne slike Wikimedia Commons