После закона Мура
Следуют ли закону Мура сегодня
Когда закончится действие закона
Существуют ли альтернативные технологии создания микросхем
В 1965 году один из основателей Intel Гордон Мур (Gordon Moore) опубликовал результаты своих наблюдений, сделав вывод, что наиболее выгодное число транзисторов на одном кристалле удваивается каждый год. Позднее эта закономерность получила название «закона Мура». Спустя 10 лет автор уточнил: «После 1980 года удвоение плотности транзисторов будет происходить каждые два года». А его коллега Дэвид Хаус (David House) дополнил: «Удвоение числа транзисторов в CPU каждые 24 месяца приведет к удвоению их производительности каждые 18 месяцев».
Следуют ли закону Мура сегодня
Закон Мура – продукт эмпирических наблюдений. И тот факт, что компания Intel взяла его на вооружение, не означает, что на этих выводах должны базироваться разработка и выпуск кристаллов остальными изготовителями, хотя на практике они подтверждаются до сих пор, но уже с корректировками. В 2002 году Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinger), главный технический директор Intel, заявил: «Наша задача состоит сегодня не только в том, чтобы продлить жизнь закону Мура, но и в том, чтобы максимально расширить сферу его действия, распространив и на другие области».
И действительно, выводы Мура вскоре нашли применение в программном, аппаратном обеспечении и, с учетом рыночных факторов, получили ряд формулировок, которые активно применяются по сей день:
? наиболее выгодное число транзисторов на кристалле удваивается каждый год;
? число транзисторов в производимых чипах удваивается каждые два года;
? технологически возможное число транзисторов на кристалле удваивается каждые два года;
? производительность МП удваивается каждые 18 месяцев;
? вычислительная мощность актуального компьютера удваивается каждые 18 месяцев;
? доступная человечеству вычислительная мощность удваивается каждые 18 месяцев;
? вычислительная мощность, доступная за $1, удваивается каждые 18 месяцев;
? емкость памяти и жестких дисков удваивается каждые 18 месяцев.
Каждая из этих формулировок носит имя «закон Мура», но далеко не все они точно отражают положение вещей. Ибо сам Мур уверен, что развитие технологий пойдет по экспоненциальному графику и в определенный момент его закон станет неприменимым.
Когда закончится действие закона
Уменьшение размера ключевых компонентов микроэлектроники (транзисторов) не бесконечно: достижение атомарных масштабов переводит описание происходящих процессов в область квантовой механики, где предсказуемость поведения электронов практически равна нулю (принцип неопределенности Гейзенберга). Другими словами, работа транзистора из нескольких атомов непредсказуема, а, следовательно, создание микросхем на таком уровне (меньше 5 нм) невозможно. Не считая того, что на определенном этапе разработчики столкнутся с резким увеличением энерговыделения, справиться с которым будет не под силу.
Об этом впервые заговорили в 2006 году, когда инженеры вынуждены были направить усилия на снижение энергопотребления микропроцессоров для iPad и темпы роста производительности замедлились. Одновременно возникла проблема перехода от 28-нм техпроцесса к 20-нм: для его осуществления отведенных законом Мура 18 месяцев попросту не хватило.
По всем оценкам, закон Мура прекратит свое существование в 2020 году (плюс-минус два года). Оставшихся шести лет должно хватить для полноценного (коммерческого) освоения рубежей в 14, 10, 7 и 5 нм, что, в общем-то, возможно, и не противоречит выводам Мура. Впрочем, главным могильщиком его детища станет не физика, а экономика: техпроцесс менее 5 нм окажется нецелесообразным. Если, конечно, не будут изобретены другие технологии.
Существуют ли альтернативные технологии создания микросхем
По заявлению директора полупроводниковой группы DARPA Роберта Колвелла (Robert Colwell), его ведомство отслеживает ход около 30 исследований в области технологий выпуска полупроводников, но он «сделал бы ставку только на два-три из них без какой-либо надежды на выигрыш». На сегодняшний день наиболее перспективными видятся переход на подложки размером 450 мм, замена кремния на арсенид галлия (графен, молибденит, германий), использование углеродных нанотрубок и фотонные решения.
Увы, пока что далеко даже до экспериментального производства – существуют только лабораторные образцы, но работа неуклонно продолжается.
Выводы
Отработав на протяжении 40-50 лет, закон Мура дал огромный толчок развитию электронной промышленности. Конечно, сказать, что все его утверждения соблюдались в точности, нельзя: детальный анализ показывает, что назвать их истинным мерилом развития компьютерной техники можно, только сильно покривив душой. Впрочем, осталось совсем мало времени до окончания действия закона Мура, и, если в области микроэлектроники не случится технологического прорыва, на смену ему (и наращиванию производительности) придут законы маркетинга. Ведь продажи по-прежнему надо чем-то стимулировать, а главного козыря – повышения производительности – уже не будет.
Опубликовано 20.12.2013