Закон Мура

Определение закона Мура

Принцип закона Мура гласит, что, поскольку количество транзисторов на кремниевой микросхеме примерно удваивается каждые два года, производительность и возможности компьютеров будут продолжать расти, а цена компьютеров падать. Это предсказание сделал американский инженер Гордон Мур в 1965 году.

Закон представляет собой описание тенденции в производстве полупроводников. Это не естественный процесс, а процесс, который подпитывается научно-техническим прогрессом и требует для своего продолжения постоянных инноваций. Закон основан на наблюдении за экспоненциальным ростом электроники с течением времени, не обнаруживающим признаков технологического застоя.

Программы для Windows, мобильные приложения, игры - ВСЁ БЕСПЛАТНО, в нашем закрытом телеграмм канале - Подписывайтесь:)

Оглавление

Определение закона Мура

Закон Мура был наблюдением, сделанным Гордоном Муром в 1965 году. Эмпирические наблюдения Мура служат его основой. Из наблюдаемой статистики он экстраполировал количество транзисторов на микрочипе, которое ежегодно удваивается.
Большая часть этого роста плотности чипов обусловлена четырьмя основными факторами: размером кристалла, размером линии, техническим совершенством и технологическими инновациями.
С годами в законе наблюдается упадок. Ослабление является результатом растущей сложности, связанной с созданием передовых технологий.

Объяснение закона Мура

Закон Мура был одним из лучших технологических предсказаний за последние 50 лет. Гордон Э. Мур предсказал, что число компонентов интегральной схемы (ИС) будет увеличиваться вдвое в год. Его постулат стал известен как закон Мура и был подтвержден в 1975 году. Большая часть этого роста плотности микросхем обусловлена четырьмя основными факторами: размером кристалла, линейным размером, техническим совершенством и технологическими инновациями.

По наблюдению Мура, одним из основных преимуществ встроенной электроники является ее низкая стоимость. Это преимущество растет по мере развития технологий; одна полупроводниковая подложка может выполнять более сложные функции схемы. Стоимость одного компонента в простых схемах почти обратно пропорциональна количеству компонентов. Однако стоимость компонента имеет тенденцию к увеличению при добавлении большего количества компонентов, а более низкая производительность компенсирует рост сложности. В результате в любой момент технологического развития существуют минимальные затраты. Например, прогноз стоимости производства одного компонента в 1970 году был лишь в десять раз меньше, чем в 1965 году.

По его собственным словам, Мур описывает, что сначала это было просто наблюдение, попытка предсказать, что это будет способ сделать электронику дешевле. Тем не менее, отрасли постоянно совершенствуются, и различные технологические узлы регулярно появляются, чтобы не отставать от достижений. Таким образом, все участники бизнеса осознали, что если они не будут двигаться так быстро, то отстанут от технологий, что приведет к дальнейшему и ускоренному росту.

Примеры

Давайте рассмотрим два примера, которые могут лучше продемонстрировать закон Мура:

Пример №1

Возьмем случай с законом Мура для Intel. В 1971 году Intel представила Intel 4004 с числом транзисторов 2250. А в 1974 году появился процессор Intel 8080 с возможностью использования 6000 транзисторов. Два года спустя Intel представила процессор Intel 8085 с 6500 транзисторами в 1976 году. В 1978 году Intel 8086 вышел с 29000 транзисторов. Затем в 1980 году появился Intel 8051 с 50 000 транзисторов, а затем Intel 80186 с 55 000 транзисторов в 1982 году.

Наконец, в 1985 году Intel 80386 имел 275 000 транзисторов. Это стало известно как закон Intel Мура. Из приведенных выше данных видно, что количество транзисторов увеличивалось с годами с периодом в два года.

Пример #2

Релевантность транзисторов на площадь кремния, в отличие от транзисторов на чип, изменилась, что является альтернативным объяснением отклонения от закона Мура. Один из первых трех технологических факторов, определяющих закон Мура, а именно размер микросхемы, иллюстрирует это на примере отраслевой тенденции. К середине 1990-х годов рост рынка чипов замедлился до 10% в год (приблизительно) после роста примерно на 20% в год на протяжении 1970-х годов. Однако к концу 1990-х площадь чипов выровнялась». В дорожной карте SIA 1997 года прогнозировалось, что в 2009 году размер чипа DRAM превысит 11 см2.

Как и десять лет назад, редко можно найти стружку размером более 2 см2. Хотя ожидалось еще одно изменение графика закона Мура, отсутствие растущего размера микросхемы как фактора сложности увеличилось. Вместо этого скорость уменьшения размера объекта увеличилась, что позволило закону Мура оставаться в силе.

Закон Мура мертв?

Во втором десятилетии 2000-х было очевидно замедление роста рынка чипостроения. Производство Intel 10-нанометровых чипов является одним из наиболее ярких примеров. Intel была одним из пионеров в индустрии микросхем и ведущим блюстителем закона. Когда закон Мура был на двухлетнем уровне роста, компания выпустила их в 2019 году, через пять лет после предыдущего поколения 14-нанометрового функционального чипа.

Конец закона Мура и медленный рост не были внезапными, но очевидными с 1999 года. Исследователи из Intel беспокоились о том, что к 2005 году они не смогут сделать транзисторы намного более производительными и менее 100 нанометров. Были физические препятствия, такие как квантовая эффекты рассеяния электронов. Однако технологические отрасли годами уклонялись от них, изобретая новые методы, такие как использование экстремального УФ (ультрафиолетового) излучения. Длины видимого света стали толще, и они могли вырезать только кремниевые элементы размером всего в несколько десятков нанометров. Они пришли с растущими расходами.

Самые современные предприятия по производству чипов также дорожают. Многие ожидают, что к 2022 году затраты на фабрики (лаборатории по производству полупроводников) вырастут как минимум на 16 миллиардов долларов, при этом среднегодовой прирост составит 13%. (2020). В результате осталось всего три компании, которые будут производить чипы следующего поколения. Это снижение с восьми в 2010 году и 25 в 2002 году.

Конец закона Мура

В соответствии с генеральный директор NvidiaДжен-Сун Хуан, близится конец закона Мура. Он считает, что за последние несколько лет масштабирование ЦП значительно увеличило количество транзисторов. Но заметного прироста скорости не произошло. Для сравнения, за тот же период GPU значительно продвинулись в скорости. По сравнению с ожиданиями, рост производительности ЦП за последние несколько лет был вялым. В результате Intel уделила больше внимания снижению энергопотребления и повышению производительности в средах с низким энергопотреблением.

Закон Мура исторически интерпретировался как утверждение, что производительность ЦП будет удваиваться каждые 18–24 месяца, но это не соответствует действительности. Закон Мура предсказывал удвоение количества транзисторов, а не чистое быстродействие. Компании уделяют все больше внимания энергоэффективности и интеграции компонентов, а не просто концентрируются на увеличении количества транзисторов и тактовых частот. Процессоры не масштабируются так хорошо, как раньше, из-за появления специализированных процессоров, предназначенных для обработки задач искусственного интеллекта и глубокого обучения. Тем не менее, некоторые части технологического сообщества все еще надеются, что закон еще не умрет.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Сохраняется ли закон Мура в силе?

Вопрос открыт для обсуждения. В то время как доказательство закона замедляется, некоторые все еще надеются, что будут новые приложения, которые будут продвигать наследие закона.

2. Когда закончится действие закона Мура?

Закон перестанет действовать, когда технологические достижения перестанут соответствовать предсказаниям Гордона Мура. Чтобы удвоить или увеличить эти достижения, требуется более двух лет.

3. Замедляется ли закон Мура?

Данные показали признаки замедления, например, упомянутые выше чипы Intel размера Nano. Это связано с возрастающими сложностями, возникающими в процессе разработки передовых технологий.

4. Когда был создан закон Мура?

Гордон Мур в 1965 году предсказал, что число компонентов интегральной схемы будет увеличиваться с каждым годом, пока к 1975 году не достигнет 65 000. После того, как в 1975 году это было подтверждено, он заменил его на удвоение количества транзисторов на микросхеме каждые два года.

Закон Мура

Определение закона Мура