Mooreov zakon u 50. godini: njegova prošlost i budućnost

Kvantna fizika

Kad su 1965. od Gordona Moorea, tada u tvrtki Fairchild Semiconductor, zatražili teoriju o budućnosti novorazvijenog integriranog kruga, u laboratoriju je imao jedan s tada nevjerojatnih 64 tranzistora - dvostruko više od 32 koja su bila u stanju tehnike samo godinu dana ranije. Povezujući te točke na grafikonu s jednokomponentnim ravninskim tranzistorom izumljenim 1959. godine, Moore je primijetio da se broj komponenata svake godine otprilike udvostručuje. U članku koji je dao za posebno izdanje časopisa Elektronika magazin objavljen tog proljeća, nagađao je da bi to mogao nastaviti barem desetljeće. Tek je prošlo to desetljeće, a Mooreov prijatelj Carver Mead primijetio je da se trend zadržao, da je nastao pojam Mooreov zakon.

Dok se radujemo budućnosti Mooreova zakona nakon njegovog nevjerojatnog 50-godišnjeg trajanja - službeno 50 godina od 19. travnja - korisno je osvrnuti se na to kako je nastao i koliko je evoluirao kako bi odgovarao industriji koja se mijenja već. To daje osnovu za nagađanja o tome što će se događati s tempom računalnih inovacija u budućnosti.



1965 .: Vrlo obrazovana pretpostavka Gordona Moorea

Mooreovo predviđanje rezultat je kombiniranja dvaju vrlo važnih zapažanja koja je dao u procesu pisanja svog izvornog članka. Prvo, da je u bilo kojem trenutku postojao optimalan broj komponenata za stavljanje na čip. Više komponenti značilo je nižu cijenu po komponenti, osim što se s povećanjem broja komponenata povećavao prinos, pa je u određenom trenutku došlo do smanjenog povrata u nabijanje više komponenata na čipu. Grafikovao je kompromis između složenosti i prinosa na donjem grafikonu, s ekstrapolacijom do 1970.



Moore

Mooreovo prvo zapažanje bilo je da postoji prirodna optimalna gustoća komponenata kako bi se postigli najniži ukupni troškovi - onaj koji se mijenja s vremenom

Drugo, shvatio je da se optimalan broj komponenata na čipu brzo povećava - udvostručio se svake godine otkako je stvoren prvi planarni tranzistor 1959. To je stvorilo eksponencijalnu krivulju, koju je prikazao na grafikonu u nastavku. Proširio je liniju povijesnih podataka u budućnost, predviđajući da bi se udvostručavanje moglo nastaviti barem deset godina u budućnosti. Iako je Moorea nadahnuo na razmišljanje o brzom napretku u minijaturizaciji komponenata slušajući Douglasa Engelbarta kako govori o toj temi, Moore je prvi koji je te točke zacrtao na papiru i iznio konkretnu prognozu kako će napredovati. Moore nikada nije smatrao da je njegovo predviđanje zakon, ili čak bilo što povezano s temeljnim fizičkim načelima. No, u članku je detaljno objasnio kako misli da se svaki mogući tehnički problem koji treba riješiti tijekom sljedećeg desetljeća može uspješno riješiti.



Moore

Drugo Mooreovo zapažanje bilo je da se optimalna gustoća komponenata udvostručila svake godine otkako su stvoreni prvi integrirani krugovi

1975: Carver Mead ovjekovječuje već izmijenjeni Mooreov zakon

U vrijeme kada je Carver Mead oko 1975. skovao pojam Mooreov zakon, Moore ga je već modificirao. Iako Moore nikad nije očekivao da će njegove projekcije biti vrlo precizne, gotovo je savršeno predvidio napredak poluvodiča desetljeće. Međutim, Moore je smatrao da će se dobici u gustoći komponenata početi smanjivati ​​i sugerirao je da je do 1980. vjerojatnije udvostručavanje svake dvije godine.

Intelova kuća preoblikuje Mooreov zakon u njegov trenutni oblik

Kao što je Moore predvidio, broj tranzistora povećao se eksponencijalno od izuma integriranog krugaDok su se dobici gustoće komponenata usporavali do 1975. godine, Intelov Dave House primijetio je da su pojedine komponente same postajale sve brže. Teoretizirao je da to znači da se računalna snaga na čipu može udvostručiti otprilike svakih 18 mjeseci - sporije od Mooreova izvornog predviđanja iz 1965., ali brže od revizije 1975. godine. Ovo je oblik zakona koji je postao popularan, a industrija poluvodiča ga je pažljivo - gotovo ropski - pratila i na njega se oslanjala.



Ako radite u industriji poluvodiča, specifičnosti Mooreova zakona vrlo su vam važne. Postoje neki izvrsni razlozi da se postavi pitanje može li se napredak u tehnologiji integriranih sklopova nastaviti tempom koji ima. Moj kolega Joel Hruska imat će puno toga o tome u drugom članku. Za mnoge od nas, međutim, primarni učinak Mooreova zakona bilo je sve veće obilje računalne snage uz smanjeni trošak - zapravo nas nije briga kako industrija to ostvaruje. Stoga vrijedi razmotriti te inovacije u širem kontekstu računanja prije, a možda i nakon integriranog kruga.

Od abaka do superračunala

Unatoč fokusu na računalnu revoluciju koju je donio izum tranzistora i integriranog kruga, računala su postojala mnogo prije nego što je itko pomislio koristiti silicij za njihovo stvaranje. Šetnja kronološki uređenim postavima Muzeja povijesti računala započinje abakusom, koji zauzvrat ustupa mjesto pravilu klizanja, mehaničkim kalkulatorima još od Babbagea, a potom i desetljećima sve snažnijih glavnih okvira koji su se oslanjali na vakuumske cijevi. Prije integriranih sklopova, diskretni tranzistori čak su omogućili i rana superračunala poput Atlasa i 3 MFLOP CDC 6600.

Ako pogledamo napredak računalstva u 30 godina prije nego što je Moore napisao svoj članak, možemo zabilježiti dobitke u procesorskoj snazi ​​od 1 ciklusa u sekundi mehaničkog računala Z1 iz 1938. Konrada Zusea - vjerojatno prvog istinskog programabilnog modela s modernom arhitekturom - na 3MFLOP-ove iz 1965. CDC 6600. Čak i ako dobronamjerno dodijelimo Z1 1FLOP, dobitak odgovara udvostručenju računske snage svakih 12 do 18 mjeseci za to vrijeme - slično stopi koju je Moore projicirao za integrirane sklopove, ali nekoliko različitih fizičkih implementacija. U svojoj knjizi o Jedinstvenosti, Ray Kurzweil seže još više unatrag, prikupljajući podatke od 1900. godine i mehanički tabulator. Ako te podatke grafički prikažemo u mjerilu dnevnika, možemo vidjeti da napredujemo eksponencijalno već više od jednog stoljeća:

Od davne 1900. računske izvedbe po dolaru približno su se udvostručile svake jedne do dvije godine

Nakon integriranog kruga

Suvremeni integrirani sklop nailazi na sve vrste ograničenja u veličini i snazi ​​koja mogu značiti kraj strogo definirane verzije Mooreova zakona. No, imamo puno novih tehnologija koje čekaju u krilima da pokupe komade, na isti način na koji je integrirani sklop preuzeo tranzistore, a tranzistori vakuumske cijevi. Možda je najočitije masovno paralelno računanje, koje je danas najbolje tipizirao moderni GPU. Dao nam je ogroman porast performansi ne samo za grafiku, već i za sve više i više aplikacija koje se prepisuju kako bi iskoristile prednost velikog broja procesorskih jezgri. Iza toga leži čudan svijet kvantnog računanja, koji polako počinje poprimati praktični oblik. Ili možda nove vrste fizičkih računalnih arhitektura, poput onih koje koriste svjetlost ili možda grafen.

Mnogo je djece upoznato s bajkom o matematičaru koji je od kralja zatražio jednostavno udvostručenje zrna riže na svakom kvadratu šahovske ploče i kako je kralju ponestalo riže. Na isti način, u računanju smo u sretnoj poziciji da se čini da inovatori, unatoč uzastopnim tehnologijama kojima ponestaje para, uvijek u roku smisle 'sljedeću veliku stvar' kako bi zadržali naš nevjerojatan napredak. Kad je intervjuiran na tu temu, Moore je sam odražavao kako poluvodička tehnologija ne može držati brz napredak, te da bi druge tehnologije poput nanotehnologije i grafena mogle pojačati svoje potrebe.

(Mooreove karte kako su ponovno tiskane u Razumijevanje Mooreova zakona. Grafikon tranzistora iz Wikimedia. Kurzweil podaci iz Singularnost je blizu, stranica 70)

Copyright © Sva Prava Pridržana | 2007es.com