Vad är lagen om moore och vad är den för?

Moore's Law hänvisar till en observation gjord av Intel-grundare Gordon Moore 1965, där han upptäckte att antalet transistorer per kvadrat tum i integrerade kretsar hade fördubblats år efter år sedan dess uppfinning.

Moore's Law förutspår att denna trend kommer att förbli intakt under många år framöver. Även om hastigheten har minskat, fördubblades antalet transistorer per kvadratmeter ungefär varje och ett halvt år. Detta används som den nuvarande definitionen av Moore's Law.

Innehållsindex

Den förenklade versionen av denna lag säger att processorhastigheter eller total datorkraft för datorer kommer att fördubblas vartannat år. En snabb kontroll mellan tekniker från olika datorföretag visar att termen inte är så populär, men regeln accepteras fortfarande.

Om vi ​​undersökte processorhastigheter från 1970 till 2018 och sedan igen 2019, kanske vi tror att lagen har nått sin gräns eller närmar sig. På 1970-talet varierade processorhastigheterna från 740 KHz till 8 MHz, men lagen är faktiskt mer exakt att gälla för transistorer än för hastighet.

Mängden datorkraft som vi nu kan använda på de minsta enheterna är något anmärkningsvärt jämfört med vad som kan uppnås, säg, för ett decennium sedan.

Tillbakablick, till och med fem år, skulle en dator som var bäst vid den tiden anses vara föråldrad om den jämförs med en aktuell dator.

Detta är möjligt helt enkelt för att chipstillverkarna kan öka antalet transistorer på ett chip betydligt varje år, eftersom framstegen inom chipforskningen förbättras.

Förlängningen av Moore's Law är att datorer, datordrivna komponenter och datorkraft blir mindre och snabbare med tiden, eftersom transistorer i integrerade kretsar blir effektivare.

Transistorer är enkla elektroniska strömbrytare integrerade i mikrochips, processorer och små elektriska kretsar. Ju snabbare de bearbetar elektriska signaler, desto effektivare blir en dator.

Kostnaderna för dessa högdrivna datorer minskade också med tiden, i allmänhet cirka 30 procent per år. När hårdvarukonstruktörer ökade datorns prestanda med bättre integrerade kretsar kunde tillverkarna skapa bättre maskiner som kunde automatisera vissa processer. Denna automatisering skapade lägre priser för konsumenter, eftersom hårdvara skapade lägre arbetskostnader.

Moores lag i dagens samhälle

Femtio år efter Moore's Law ser det samtida samhället dussintals fördelar som utsätts för denna lag. Mobila enheter, t.ex. smartphones och stationära datorer, skulle inte fungera utan mycket små processorer. Mindre, snabbare datorer förbättrar transport, hälsovård, utbildning och energiproduktion. Nästan varje aspekt av ett högteknologiskt samhälle drar nytta av Moore's Law-konceptet.

Idag är alla konsumentprocessorer tillverkade av kisel, det näst vanligaste elementet i jordskorpan, efter syre. Men kisel är inte en perfekt ledare, och gränserna för elektronernas rörlighet ger en hård gräns för hur tjockt du kan packa kiseltransistorer.

Men inte bara är kraftförbrukningen ett enormt problem, utan också en effekt som kallas en kvantunnel kan orsaka problem med att hålla elektroner innehållande en viss tjocklekströskel.

Kiseltransistorer når för närvarande 14 nanometer, och även om vissa 10-nanometer-chipkonstruktioner kommer att träffa marknaden snart har man konstaterat att för att följa Moore's Law under en lång tid måste företag måste skapa nyare och bättre material för att vara grunden för nästa generations datorer.

Moores lag i framtiden

Tack vare nanoteknologi är vissa transistorer mindre än ett virus. Dessa mikroskopiska strukturer innehåller perfekt inriktade kisel- och kolmolekyler som hjälper till att flytta el längs kretsen snabbare.

Så småningom gör transistornas temperatur det omöjligt att skapa mindre kretsar, eftersom kylning av transistorerna kräver mer energi än vad som passerar genom transistorerna. Experter visar att datorer borde nå de fysiska gränserna för Moore's Law någon gång under de närmaste åren. När det händer måste datavetare undersöka helt nya sätt att skapa datorer.

Program och mjukvara kan förbättra datorns hastighet och effektivitet i framtiden snarare än fysiska processer. Molnteknik, trådlös kommunikation, tingenes internet och kvantfysik kan också spela en viktig roll i informationsteknologiinnovation.

Framstegen mot att fördubbla antalet kretsar har minskat, och integrerade kretsar kan inte bli mycket mindre när transistorer närmar sig storleken på en atom.

Vid någon tidpunkt i framtiden kan framsteg inom mjukvara eller hårdvara hålla drömmen om Moores lag vid liv. Datorindustrin verkar dock vara redo att vända sig till en annan kurs som kommer att gå framåt om några år.

Framstegen i Moore's Law

Även om Moore's Law hade sagt det vartannat år, har den snabba ökningen av teknisk produktion förkortat perioden både hos tekniker och användare.

Begränsningen som finns är att när transistorer kan skapas så små som atompartiklar kommer det inte att finnas mer utrymme för tillväxt på CPU-marknaden när det gäller hastigheter.

Moore konstaterade att det totala antalet komponenter i dessa kretsar hade ungefär fördubblats varje år, så han extrapolerade denna årliga duplicering till följande årtionde och uppskattade att mikrospänningarna från 1975 skulle innehålla en svindlande 65 000 komponenter per chip.

1975 när tillväxttakten började sakta reviderade Moore sin tvååriga tidsram. Hans reviderade lag var lite pessimistisk; Cirka 50 år efter 1961 fördubblades antalet transistorer ungefär var 18: e månad. Därefter hänvisade tidskrifter regelbundet till Moore's Law som om det var en teknologisk lag med säkerheten i Newtons rörelselagar.

Det som möjliggjorde denna dramatiska explosion i kretskomplexiteten var transistornas krympande storlek under årtionden.

Transistoregenskaper som mäter mindre än en mikron uppnåddes under 1980-talet, då DRAM-chip (Dynamic Random Access Memory) började erbjuda megabyte-lagringsfunktioner.

I början av 2000-talet närmade sig dessa funktioner 0, 1 mikron bred, vilket möjliggjorde tillverkning av gigabyte-minneschips och mikroprocessorer som arbetar vid gigahertz-frekvenser. Moores lag fortsatte under det andra decenniet av 2000-talet med införandet av tio- nanometer tredimensionella transistorer.

Det nära slutet av Moore's Law

Eftersom Moore's Law antyder exponentiell tillväxt är det osannolikt att det fortsätter på obestämd tid. De flesta experter förväntar sig att Moore's Law skulle pågå i ytterligare två decennier. Vissa studier har visat att fysiska begränsningar kan uppnås under 2018.

Enligt en ny rapport från International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), som inkluderar chipgiganter som Intel och Samsung själv, kan transistorer nå en punkt där de inte kunde minskas ytterligare senast 2021. Företagen hävdar att för att då kommer det inte längre att vara ekonomiskt genomförbart att göra dem mindre, slutligen slutar Moore's Law.

Detta innebär att även om de fysiskt skulle kunna bli mindre, skulle de i teorin uppnå det som ITRS kallar sitt ”ekonomiska minimum”, vilket innebär att det bara skulle göra kostnaderna oöverkomliga.

Detta är inte första gången som Moores teori ifrågasätts. Förra året meddelade Intel Chief Executive Brian Krzanich att storleken på en transistor till en annan tar två till två och ett halvt år. Krzanich ifrågasatte detta under ett intäktssamtal från Intel och sade att tillverkningsprocesser inte har utvecklats i samma takt som tidigare.

ITRS anser emellertid att detta inte betyder slutet på konceptet bakom lagen, eftersom tillverkare finner allt mer innovativa sätt att införa fler switchar i ett visst utrymme. Ta till exempel Intels 3D NAND-teknik, som involverar att stapla 32 lager minne ovanpå varandra för att skapa enorm lagringskapacitet.

Slutord och slutsats

Fram till nu har Moores lag visat sig vara korrekt, om och om igen, och som ett resultat har länge sagts vara ansvarig för de flesta framsteg i den digitala tidsåldern, från datorer till superdatorer, på grund av dess Använd i halvledarindustrin för att vägleda långsiktig planering och sätta mål för forskning och utveckling.

Moores lag är en lag om ekonomi, inte en fysisk lag. Det indikerar att varje nytt chip kommer att ha dubbelt så många transistorer och kommer därför att beräkna kapaciteten för den föregående generationen för samma produktionskostnad.

Denna enkla tumregel har gett upphov till alla framsteg i den teknologiska revolutionen i över ett halvt sekel och fortsätter att definiera de allt större gränserna för dagens teknik, vilket gör att vi kan ta koncept som konstgjord intelligens och autonoma fordon - och få dem att hända.

Denna lag fick ökändhet eftersom människor gillar lagar som tillåter dem att förutsäga framtiden för en av världens största industrier, men den fysiska grunden för denna princip innebär att den är något annorlunda och mindre pålitlig än många människor tror.

De fysiska begränsningarna när det gäller att göra dessa chips skulle lätt kunna skjuta det numret tillbaka till fem år eller mer, och effektivt ogiltigförklara Moore's Law för alltid.

Källbilder Wikimedia Commons