Kāds ir mora likums un kam tas paredzēts?

Mūra likums atsaucas uz novērojumu, ko izdarīja Intel līdzdibinātājs Gordons Mūrs 1965. gadā, kurā viņš atklāja, ka tranzistoru skaits uz kvadrātcollu integrētajās shēmās gadu no gada ir divkāršojies kopš tā izgudrošanas.

Mūra likums paredz, ka šī tendence saglabāsies nemainīga turpmākajos gados. Lai arī ātrums ir samazinājies, tranzistoru skaits uz kvadrātcollu ir divkāršojies aptuveni ar pusotru gadu. To izmanto kā pašreizējo Mūra likuma definīciju.

Satura rādītājs

Šī likuma vienkāršotajā versijā teikts, ka procesora ātrums vai kopējā datoru skaitļošanas jauda ik pēc diviem gadiem dubultosies. Ātra pārbaude starp dažādu datoru firmu tehniķiem parāda, ka šis termins nav īpaši populārs, taču noteikums joprojām tiek pieņemts.

Ja mēs pārbaudītu procesora ātrumu no 1970. līdz 2018. gadam un pēc tam atkal 2019. gadā, mēs varētu domāt, ka likums ir sasniedzis savu robežu vai tuvojas. Pagājušā gadsimta 70. gados procesora ātrums svārstījās no 740 KHz līdz 8 MHz, tomēr likums faktiski ir precīzāks, ko piemēro tranzistoriem, nevis ātrumam.

Skaitļošanas jaudas daudzums, ko mēs tagad varam izmantot mazākās ierīcēs, ir nedaudz ievērojams, salīdzinot ar to, ko varētu sasniegt, teiksim, pirms desmit gadiem.

Atskatoties pat uz apmēram pieciem gadiem, PC, kas tolaik bija labākais, tiks uzskatīts par novecojušu, ja to salīdzina ar pašreizējo datoru.

Tas ir iespējams tikai tāpēc, ka mikroshēmu ražotāji, katru gadu uzlabojoties mikroshēmas pētījumiem, katru gadu var ievērojami palielināt tranzistoru skaitu mikroshēmā.

Mūra likuma paplašinājums ir tāds, ka datori, ar datoru darbināmi komponenti un skaitļošanas jauda laika gaitā kļūst mazāka un ātrāka, jo tranzistori integrētajās shēmās kļūst efektīvāki.

Tranzistori ir vienkārši elektroniski ieslēgšanas un izslēgšanas slēdži, kas integrēti mikroshēmās, procesoros un mazās elektriskās ķēdēs. Jo ātrāk viņi apstrādā elektriskos signālus, jo efektīvāks kļūst dators.

Laika gaitā samazinājās arī šo lieljaudas datoru izmaksas, parasti ap 30 procentiem gadā. Kad aparatūras dizaineri palielināja to datoru veiktspēju, kuriem ir labākas integrētās shēmas, ražotāji varēja izveidot labākas mašīnas, kas varētu automatizēt noteiktus procesus. Šī automatizācija radīja patērētājiem produktus par zemākām cenām, jo aparatūra radīja zemākas darbaspēka izmaksas.

Mūra likums mūsdienu sabiedrībā

Piecdesmit gadus pēc Mūra likuma mūsdienu sabiedrība redz desmitiem ieguvumu, ko sniedz šis likums. Mobilās ierīces, piemēram, viedtālruņi un galddatori, nedarbotos bez ļoti maziem procesoriem. Mazāki, ātrāki datori uzlabo transportēšanu, veselības aprūpi, izglītību un enerģijas ražošanu. Gandrīz katrs augsto tehnoloģiju sabiedrības aspekts gūst labumu no Mūra likuma koncepcijas, kas tiek ieviesta praksē.

Mūsdienās visi patērētāju pārstrādātāji pēc skābekļa ir izgatavoti no silīcija, kas ir otrs bagātīgākais elements Zemes garozā. Bet silīcijs nav ideāls diriģents, un elektronu mobilitātes ierobežojumi, ko tas pārvadā, nosaka stingru robežu tam, cik biezi jūs varat iesaiņot silīcija tranzistorus.

Bet ne tikai enerģijas patēriņš ir milzīga problēma, bet arī efekts, ko sauc par kvantu tuneli, var radīt problēmas, turot elektronus, kas atrodas virs noteikta biezuma sliekšņa.

Silīcija tranzistori šobrīd sasniedz 14 nanometrus, un, lai arī drīzumā tirgū parādīsies daži 10 nanometru mikroshēmu dizaini, tika secināts, ka, lai ilgu laiku ievērotu Mūra likumu, uzņēmumiem būs izveidojiet jaunākus un labākus materiālus, lai tie būtu nākamās paaudzes datoru pamats.

Mūra likums nākotnē

Pateicoties nanotehnoloģijai, daži tranzistori ir mazāki nekā vīruss. Šīs mikroskopiskās struktūras satur perfekti izlīdzinātas silīcija un oglekļa molekulas, kas palīdz ātrāk pārvietot elektrību gar ķēdi.

Galu galā tranzistoru temperatūra neļauj izveidot mazākas shēmas, jo tranzistoru dzesēšanai nepieciešams vairāk enerģijas nekā tas, kas iziet caur tranzistoriem. Eksperti rāda, ka dažos nākamajos gados datoriem vajadzētu sasniegt Mūra likuma fiziskās robežas. Kad tas notiks, datorzinātniekiem būs jāpārbauda pilnīgi jauni datoru radīšanas veidi.

Programmas un programmatūra nākotnē varētu uzlabot datoru ātrumu un efektivitāti, nevis fiziskus procesus. Mākoņu tehnoloģijai, bezvadu sakariem, lietu internetam un kvantu fizikai arī varētu būt liela nozīme informācijas tehnoloģiju jauninājumos.

Virzība uz ķēžu skaita divkāršošanu ir palēninājusies, un integrētās shēmas nevar kļūt daudz mazākas, jo tranzistori tuvojas atoma lielumam.

Kādā nākotnē nākotnē programmatūras vai aparatūras sasniegumi var saglabāt sapni par Mūra likumu. Tomēr šķiet, ka datoru industrija ir gatava pāriet uz citu kursu, kas pēc dažiem gadiem tiks virzīts uz priekšu.

Mūra likuma progress

Lai arī Mūra likumā tas bija teikts reizi divos gados, šis straujais tehnoloģiskās ražošanas pieaugums ir saīsinājis periodu gan tehniķu, gan lietotāju prātos.

Pastāv ierobežojums: ja tranzistorus var izveidot tikpat mazas kā atomu daļiņas, tad procesoru tirgū vairs nebūs vietas izaugsmei, kad runa ir par ātrumu.

Mūrs atzīmēja, ka kopējais komponentu skaits šajās shēmās ir aptuveni divkāršojies katru gadu, tāpēc viņš ekstrapolēja šo ikgadējo atkārtojumu uz nākamo desmitgadi, lēšot, ka 1975. gada mikroshēmas saturēs satriecošus 65 000 komponentus uz mikroshēmu.

1975. gadā, kad izaugsmes temps sāka lēnām darboties, Mūrs pārskatīja savu divu gadu termiņu. Viņa pārskatītais likums bija nedaudz pesimistisks; Apmēram 50 gadus pēc 1961. gada tranzistoru skaits divkāršojās aptuveni ik pēc 18 mēnešiem. Pēc tam žurnāli regulāri atsaucās uz Mūra likumu, it kā tas būtu tehnoloģisks likums ar Ņūtona kustības likumu drošību.

Tas, kas ļāva šo dramatisko sprādzienu ķēdes sarežģītībā padarīt iespējamu, bija tranzistoru samazinājums gadu desmitos.

Tranzistora raksturlielumi, kas mēra mazāk par mikronu, tika sasniegti 1980. gados, kad dinamiskās brīvpiekļuves atmiņas (DRAM) mikroshēmas sāka piedāvāt megabaitu atmiņas iespējas.

21. gadsimta rītausmā šīs funkcijas tuvojās 0, 1 mikrona platumam, ļaujot ražot gigabaitu atmiņas mikroshēmas un mikroprocesorus, kas darbojās ar gigahercu frekvenci. Mūra likums turpinājās 21. gadsimta otrajā desmitgadē, ieviešot desmit nanometru trīsdimensiju tranzistorus.

Mūra likuma tuvošanās beigas

Tā kā Mūra likums ierosina eksponenciālu izaugsmi, maz ticams, ka tas turpināsies bezgalīgi. Lielākā daļa ekspertu paredz, ka Mūra likums ilgs vēl divas desmitgades. Daži pētījumi liecina, ka fiziskos ierobežojumus varētu sasniegt 2018. gadā.

Saskaņā ar neseno Starptautiskā pusvadītāju tehnoloģiju plāna (ITRS) ziņojumu, kurā iekļauti tādi mikroshēmu giganti kā Intel un Samsung, tranzistori varētu sasniegt vietu, kur tos līdz 2021. gadam vairs nevarētu samazināt. Uzņēmumi apgalvo, ka, lai tad vairs nebūs ekonomiski iespējams tos padarīt mazākus, beidzot izbeidzot Mūra likumu.

Tas nozīmē, ka, kaut arī viņi fiziski varētu kļūt mazāki, teorētiski viņi sasniegtu to, ko ITRS sauc par “ekonomisko minimumu”, kas nozīmē, ka šāda rīcība tikai padarītu izmaksas par pārmērīgām.

Šī nav pirmā reize, kad tiek apšaubīta Mūra teorija. Pagājušajā gadā Intel izpilddirektors Braiens Krzaničs paziņoja, ka lieluma maiņa no viena tranzistora uz otru prasa divus līdz divarpus gadus. Krzaničs to apšaubīja, izmantojot Intel zvanu par ienākumiem, sakot, ka ražošanas procesi nav progresējuši tādā pašā tempā kā iepriekš.

Tomēr ITRS uzskata, ka tas nenozīmē likuma koncepcijas beigas, jo ražotāji atrod arvien novatoriskākus veidus, kā attiecīgajā telpā ieviest vairāk slēdžu. Piemēram, Intel 3D NAND tehnoloģija, kas paredz 32 atmiņas slāņu sakraušanu viens otram virsū, lai izveidotu milzīgas atmiņas ietilpības.

Nobeiguma vārdi un secinājums

Līdz šim Mūra likums atkal un atkal ir izrādījies pareizs, un tā rezultātā jau sen tiek uzskatīts, ka tā ir atbildīga par lielāko daļu sasniegumu digitālajā laikmetā, sākot no personālajiem datoriem līdz superdatoriem, pateicoties tā Izmantošana pusvadītāju nozarē, lai vadītu ilgtermiņa plānošanu un izvirzītu pētniecības un attīstības mērķus.

Mūra likums ir ekonomikas likums, nevis fizisks. Tas norāda, ka katrai jaunai mikroshēmai būs divreiz vairāk tranzistoru, un tāpēc tā aprēķinās iepriekšējās paaudzes jaudu par tām pašām ražošanas izmaksām.

Šis vienkāršais īkšķa noteikums ir veicinājis visus tehnoloģiskās revolūcijas sasniegumus vairāk nekā pusgadsimta garumā un turpina definēt mūsdienu tehnoloģiju arvien paplašinātās robežas, ļaujot mums izmantot tādus jēdzienus kā mākslīgais intelekts un autonomi transportlīdzekļi - un padarīt tos iespējamus.

Šis likums kļuva slavens, jo cilvēkiem patīk likumi, kas ļauj viņiem paredzēt vienas no pasaules lielākajām nozarēm nākotni, taču šī principa fiziskais pamats nozīmē, ka tas ir nedaudz atšķirīgs un mazāk uzticams nekā daudziem cilvēkiem. ticēt.

Fiziskie ierobežojumi, veidojot šīs mikroshēmas, varētu šo skaitli viegli atgriezt piecus vai vairāk gadus, efektīvi atceļot Mūra likumu uz visiem laikiem.

Avotu attēli Wikimedia Commons