Закон Мура та експоненціальний ріст технологій
Що таке закон Мура?
Закон Мура визначає спостереження, що кількість транзисторів в інтегрованому мікропристрої (ІМ) подвоюється приблизно кожні 2 роки. Його часто використовують для пояснення експоненціального зростання технологій, іноді називаючи його «законом експоненціального зростання».
Закон Мура названий на честь Гордона Мура, одного з засновників Intel. Мур спостеріг, що з моменту винаходу інтегрованих мікропристроїв, кількість транзисторів подвоювалася кожного року. Мур написав статтю у журналі ‘Electronics’ під назвою ‘Уміщення більшої кількості компонентів на інтегрованих мікропристрої’, де пояснив свої результати (джерело). Після того, як це було помічено, це відкриття широко прийняли в електронній промисловості, і воно стало відомим як закон Мура.
Цей короткостроковий «натиск компонентів» очікувався продовжуватися, або навіть зростати. Однак довгостроковий темп зростання був трохи невизначений, але майже сталій. Спочатку Мур передбачив, що кількість транзисторів в ІМ подвоюється кожного року. У 1975 році прогноз Гордона Мура був переглянутий на Міжнародному зборі з електронних пристроїв. Було встановлено, що після 1980 року, це зменшиться до подвоєння кожні два роки.
Екстраполяція цих даних використовувалася в полупровідниковій промисловості протягом багатьох років для керування довгостроковим плануванням та встановлення цілей для досліджень та розвитку. Від вашого ноутбука, камери і телефону – будь-який цифровий електронний пристрій сильно пов'язаний з законом Мура. Закон Мура став деякою метою для галузі, забезпечуючи своєчасний прогрес технологій.
Суспільство значно вигадало від цього прогресу в різних галузях, таких як освіта, охорона здоров'я, 3D-друк, дрони і багато іншого. Тепер ми можемо робити речі з початковими наборами Arduino, які 30 років тому могли виконуватися лише дорогими суперкомп'ютерами.
На міжнародній конференції IEEE з електронних пристроїв у 1975 році Мур описав кілька факторів, які, на його думку, сприяли цьому експоненціальному зростанню:
З покращенням технологій потенційна можливість виникнення дефектів значно зменшилася.
Це разом з експоненціальним зростанням розмірів кристалів означало, що виробники чипів могли працювати з більшими площами, не втрачаючи показників врожайності.
Розвиток найменших досяжних розмірів.
Збереження простору на схемі відоме як "схемна мудрість" - оптимізація того, як розташовані компоненти, і в кінцевому підсумку знаходження оптимального використання простору.
Основні фактори, які сприяли
Закон Мура не був би можливим без кількох інновацій, які були впроваджені науковцями та інженерами протягом років. Ось хронологія факторів, які сприяли закону Мура:
| When | Who | Where | What | Why |
| 1947 | John BardeenWalter Brattain | Built first working transistor | ||
| 1958 | Jack Kilby | Texas Instruments | Patented the principle of integration and created the first prototype of an integrated circuit and commercialized them | |
| Kurt Lehovec | Sprague Electric Company | Invented a way to isolate components on a semiconductor | ||
| Robert Noyce | Fairchild Semiconductor | Created a way to connect components on an IC by aluminum metallization | ||
| Jean Hoerni | Planar technology based the improved version of insulation | |||
| 1960 | Group of Jay Last’s | Fairchild Semiconductor | Made the first operational semiconductor integrated circuit | |
| 1963 | Frank Wanlass | Frank Wanlass Invented complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) |
Allowed extremely dense and high-performance IC’s | |
| 1967 | Robert Dennard | IBM | Created dynamic random-access memory (DRAM) | Enabled the possibility of fabricating single transistor memory cells (led to the invention of flash memory by Fujio Masuoka from in the ’80s allowing low-cost high capacity memory in many devices) |
| 1980 | Hiroshi ItoC Grant Wilson J. M. J. Frechet | Invented chemically-amplified photoresist (5-10x more sensitive to UV light) – IBM introduced to DRAM productions mid-1980’s | ||
| 1980 | Kanti Jain |
IMB | Created deep UV excimer laser photolithography | Enabled the smallest components of an IC to shrink even smaller (1990 800nanometer – 2016 10 nanometers) |
| Late 1990’s | Innovations of interconnects from chemical-mechanical polishing or chemical-mechanical planarization (CMP) | Enables improved wafer yield by additional layers of metal wires, closer spacing and lower electrical resistance (not a direct factor in smaller transistors, but a major development for improved IC’s) |
Чи є закон Мура все ще актуальним
Часто ставиться питання та ведуться дискусії про те, чи залишається закон Мура актуальним. Хоча експерти не згодні щодо відповіді на це питання – загальна узгодженість полягає в тому, що він більше не є головною приводовою силою в індустрії транзисторів.
У минулому розширення можливостей зберігання та обчислень базувалось на агресивному масштабуванні характеристик, що відображено в законі Мура. Однак масштабування не зможе задовольнити майбутні потреби в продуктивності інтегральних схем та використанні енергетичних ресурсів. Не лише це, але й темпи прогресу знизилися, і досліджуються інші технологічні варіанти для підтримки закону Мура.
З 1998 року індустрія випускала дорожні карти для напівпровідників, використовуючи закон Мура для стимулювання прогресу. У 2016 році була опублікована остання дорожня карта. Індустрія більше не об'єднується навколо закону Мура, але визначається стратегією, яку можна назвати «поза законом Мура».
Ця стратегія базується на дослідженні та розробці потреб та застосувань чипів, а не на масштабуванні розмірів. Застосування чипів варіюється від смартфонів та ноутбуків до штучного інтелекту та даних центрів.
Щодо майбутнього розвитку технологій, закон Мура був важливим, оскільки дозволяв всім у галузі мати спільний ритм, працювати разом та створювати здорову конкуренцію між компаніями. Не лише це, але споживачі та інші розробники знали, чого очікувати від нових досягнень.
Закінчення закону Мура дає галузі можливість досліджувати нові напрямки та бути креативними. Розглядаючи фізичну архітектуру, такий як відмова від дизайнів 1940-х років, можна розкрити потенціал для більшої ефективності.
Перевірка основної архітектури обчислень змусить програмістів змінити свої старі звички та прийняти новий спосіб мислення – створення нових методів застосування та програмного забезпечення для підвищення швидкості та ефективності обчислень в майбутньому. Хмарне обчислення, бездротова комунікація, взаємопов'язаність через інтернет та квантову фізику можуть відіграти роль у майбутніх розробках.
При переході до стратегії «поза законом Мура», виникає питання, чи зможуть компанії прогресувати з тією ж швидкістю росту та масштабу? Багато вірять, що швидкість прогресу не буде такою самою, через просту причину, що компаніям доведеться працювати разом по-новому та складному способу, без спільного ритму, який зберігав всі плани досліджень та розробок в синхроні. Тому, досягнення, які корисні для всіх, можуть стати менш поширеними.
Другий закон Мура
Основною приводовою силою економічного зростання є зростання продуктивності. Другий закон Мура (також відомий як закон Рока) розглядає економічну сторону виробництва напівпровідників.
Прогноз був зроблений у 1960-х роках Артуром Роком – бізнесменом та одним із перших інвесторів у компанії, такі як Intel. Він просто стверджує, що витрати на виробництво напівпровідників також подібні до експоненціального зростання – вони подвоюються кожні чотири роки, а вартість продукту для споживачів зменшується удвічі. Вже у 2015 році ціна заводу для виробництва напівпровідників досягла близько 14 мільярдів доларів США.
Другий закон Мура оцінює постійний ріст фінансових інвестицій, необхідних для напівпровідникової промисловості. З появою поліпшень виробникам стало можливим створювати краще обладнання для автоматизації виробничого процесу.
Процес автоматизації призвів до зниження цін на продукти для споживачів, оскільки вироблене обладнання має нижчі трудові витрати. Продаж новіших та популярніших продуктів означає більший прибуток для інвестування у розробку нових інноваційних дизайну та пристроїв з ще більшими можливостями.
Вартість виготовлення одного однакового одиниці завжди зменшується, а гроші, які інвестуються, постійно зростають для продовження досліджень та розробок. Колись перший закон Мура (кількість компонентів на ІС) та другий закон Мура (витрати на виробництво ІС) зіткнуться – зростаючі витрати на виробництво досягнуть певного рівня та стануть надто дорогими для підтримки та отримання прибутку.
Заява: Поважайте оригінал, добри статті варті поширення, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.
