A Moore törvényei vannak tapasztalati törvények , amelyek kapcsolódnak az evolúció a számítási teljesítmény a számítógépek és bonyolítja a hardvert .
Az első ilyen törvényt Gordon E. Moore mérnök adta ki 1965-ben, amikor a félvezetők bonyolultságának megduplázódásának folytatását feltételezte minden évben, állandó költségek mellett. Tíz évvel később Moore előrejelzését úgy igazította, hogy kétévente megduplázza a mikroprocesszoros chip tranzisztorainak számát. Ez a második posztulátum különösen helytállónak bizonyult, és népszerűsítette a "Moore-törvény" kifejezést, így ez végül kiterjedt a kapacitás megduplázására egy adott idő alatt.
Az első mikroprocesszort ( Intel 4004 ) 1971- ben találták ki . Ez egy 4 bites számítási egység volt , 740 kHz- nél ütemezett és 2300 tranzisztort integrált. A tranzisztorok integrációs képessége és a metszet finomságának növekedése javította a processzorok teljesítményét.
Moore törvényének hibás értelmezését az órajel frekvenciájáról többé-kevésbé igazolták 1973 óta , és elméletileg 2015- ig kellett volna folytatódnia, mire a parazita zaj ( kvantumhatások , alfa-bomlások ) hatásaival szembesültünk . 2004 óta a processzorok frekvenciája stagnálni szokott a hőelvezetési nehézségek miatt, amelyek megakadályozzák a frekvencia növekedését az alkatrészek kisebb mérete ellenére. 2016-ban a processzor frekvenciái megközelítették az 5 GHz-es küszöböt . 500 GHz-es rekordot döntött meg az IBM (a Georgia Tech- szel együttműködve ) egy szilícium-germánium alapú lapkával ellátott tranzisztorral, amelyet alkalmanként folyékony héliummal -269 ° C- ra hűtöttek . Ez a tranzisztor továbbra is szobahőmérsékleten 350 GHz- en működik . 2018-ban, az Intel megtörte a 7,5 GHz-es jelig Core i9-9900K processzor által használatának optimalizálása folyékony nitrogén a hűtőrendszer .
Moore második törvényét azonban mindig tiszteletben tartják, a processzorok integrációs képessége miatt, amely még mindig fejlődik, ami lehetővé teszi a frekvencia stagnálásának megkerülését a tranzisztorok számának megduplázásával, a frekvencia megmaradására. rész változatlan (Dual PowerPC 2002-ben , Dual IA 2004-ben , Intel Core Duo 2006-ban ).
Ezenkívül kísérletezünk a teljesen aszinkron módban működő Chipekkel is . Az aszinkron áramkörök ötlete nem új keletű, mivel 1951-ben tesztelték az IAS-szal és 1952-ben az ORDVAC-szal. Láthatjuk, hogy az órajel egyszerű továbbítása az összes alkatrészre felemésztheti a 2000. évi mikroprocesszorok térének és elektromos teljesítményének felét.
A párhuzamos feldolgozás használata a 2000-es években szükségessé vált, hogy Moore törvénye érvényben maradjon. Éveken keresztül a processzoralapítók képesek voltak az órajel növelésével és az utasításkészlet párhuzamosságának fejlesztésével biztosítani, hogy az egyszálas alkalmazások sokkal gyorsabban fussanak egyszálú gépen. Új generációs processzorok minden módosítás nélkül. Az elosztott energia jobb kezelése érdekében (közvetlenül az órajel frekvenciájához kapcsolódva) az alapítók a többmagos architektúrákat támogatják. Ennek rendkívül nagy hatása van a szoftverre, amelyet meg kell írni és speciálisan kell adaptálni a hardver előnyeinek kihasználására.
Egy másik tényező lelassíthatja a processzor teljesítményének előrehaladását, amelynek ezúttal nem fizikai, hanem pénzügyi . A gyártósorok költségei szintén exponenciálisan nőnek, olyan mértékben, hogy még az olyan versenytárs óriásoknak is, mint az IBM és a Siemens , össze kellett fektetniük befektetéseiket, hogy képesek legyenek lépést tartani.
Az új generációs gépek jövedelmezősége a legkevésbé is bizonytalan jövőtől függ (például a PC-felhasználók sokaként már nem a számítógép sebességét , hanem annak zajszintjét kezdik elsődleges szempontként választani ). lehet, hogy ilyen körülmények között gazdasági döntés, és nem fizikai szint, amely véget vet Moore törvényének.
A fejlesztők rendelkezésére bocsátott egyre erősebb gépek torz hatásokkal járnak. Az 1980-as és 1990-es évek "lassú" processzorainak napjaiban a fejlesztők sok időt fordítottak a programok optimalizálására, és minden egyes menthető kódsor mentette az óraciklusokat, ezért gyorsan növekedett. A jelenlegi számítógépek kényelmesen működnek, ami csökkenti a fejlesztők éberségét. Ezenkívül a gazdasági kényszerek arra kényszerítenek minket, hogy mindig sietve termeljünk, és a kód optimalizálására korábban fordított időt feláldoztuk. Tehát ma paradoxonnal állunk szemben: a számítógépek egyre gyorsabbak, de a szoftverek egyre nehezebbek és lassabbak (lásd Wirth törvényét ).
Végül, a felhasználó nem érzi a sebesség valódi növekedését, különösen az olyan alapvető feladatok esetében, mint a szövegszerkesztés . Sok felhasználó még a "rusztikusabb" számítógépeket is sajnálja amely nélkülözve minden olyan eszközt, amellyel a rendszereket ma betöltik, hatékonyabbnak bizonyulhat a termelékenység szempontjából .
Egy másik tényező kétségtelenül jobban megmagyarázza a haladás érzésének hiányát: a számítógépek többi alkatrésze nem feltétlenül fejlődött olyan gyorsan. A mechanikus merevlemez-meghajtókkal ellátott modern számítógépeknél ezek korlátozzák a felhasználói élményt. A számítógép olyan rendszer, mint egy lánc: a leglassabb komponens dönti el az egész sebességét. A RAM hozzáadása vagy egy SSD- tároló telepítése egy elavult vagy alacsony kategóriájú rendszerbe lehetővé teszi a reaktivitás növekedését (a gép elindítása, programok indítása, leállítás), amelyet a felhasználó gyakran jobban értékel, mint a megnövekedett processzorsebességet.
Moore törvénye gazdasági szempontból érdekelt lehet a kereslet desztillált ellátási elosztással történő ellenőrzésében is. Valójában a miniatürizálás elvileg halad az alkalmi felfedezéseknek és optimalizálásoknak köszönhetően, amely valóság alig felel meg az exponenciális evolúció szabályszerűségének, amelyet Moore törvénye határoz meg. Az új technológiai alkalmazások diffúziójának időbeli szabályozásával lehetséges, hogy maguk a félvezető óriások is meghatározzák a fogyasztás stabil modelljét , és ezáltal biztosítják az innovációs erőfeszítések és az ügyfelek megújulási vágyai közötti megfelelést. Az önkorlátozó ellátás tehát arra kötelezné a fogyasztókat, hogy rendszeresen frissítsék berendezéseiket. A hatékonyság érdekében azonban a kínálat ilyen önkorlátozásának a piac erős kartellizációjára kell támaszkodnia.
Ebben az esetben a kapitalizmus történetében meglehetősen gyakori , a piaci törvények kedveznének az innováció visszafogásának, hogy az érintett ágazat egészének bérleti díját biztosítsák
Moore törvénye a XXI . Század elejéig meglepően pontosnak bizonyult .
A 1999 , az úgynevezett „végső” CMOS tranzisztor kidolgozott CEA-Leti in Grenoble tolta az elvet a MOSFET tranzisztor, hogy annak „határait” egy részén 18 nanométer (a mérete körülbelül 70 atomok egymás mellé helyezett), azaz hétszer kisebb, mint a legkisebb 2002-es ipari tranzisztor (123 nm 2002-ben, 83 nm 2003-ban, 65 nm 2005-ben, 45 nm 2008-ban, 32 nm 2010-ben, 22 nm 2012-ben, 14 nm 2016-ban, 7 nm 2000- ben 2019). Hétmilliárd csomópont elméleti integrációját tette lehetővé egy euró érmén. De ez csak egy egyszerű kutatási kísérlet volt annak tanulmányozására, hogy a CMOS- technikák hogyan működnek a molekula méretének megközelítésekor.
Az egyre több tranzisztort tartalmazó chipek gyártását lehetővé tevő technika költségei szédítő arányban nőnek. Tovább ökölszabály származó Szilícium-völgy , Rock törvény kimondja, hogy a gyártási költség a chip öntödei megduplázódik négyévente, mert az előállítási eljárás során negyven éve fotolitográfiában , megközelítések mindig több fizikai korlátokat. Így 2004-ben, az Intel bejelentette a beruházás több mint kétmilliárd dollárt üzemében Fab12 az Arizona gyártására zsetont ostya 300 mm átmérőjű, amely felváltotta a ostya 200 mm végén 2005 .
Az egyre kisebb tranzisztorok gyártásához egyre rövidebb hullámhosszú sugárzást alkalmaznak, és a miniatürizálásért folytatott verseny fotolitográfiához vezet az egyre durvább röntgenspektrumban (UV-sugárzás, majd röntgen stb.). De ebben a hullámhossz-tartományban nehéz, sőt lehetetlen lesz a sugarak hatékony koncentrálása. A 1990-es évek közepén úgy ítélték meg , hogy ilyen eljárással nem lehet ipari úton előállítani keresztmetszetben kevesebb, mint 400 atom (100 nm ) alatti tranzisztort . A szilíciumiparban ezt a határt „ Falnak ” nevezik .
2021-ben Moore törvénye közeledik a határához. Addig a mikroprocesszoros tranzisztorok száma előrehaladt, mert a metszet finomságának növekedésének köszönhetően egyre kisebbek, de egy bizonyos érték alá nem tud esni. Az ugyanazon a felületen lévő tranzisztorok számának további növelése érdekében a 3D chipek függőleges felépítését tervezik. A tranzisztorok nem lesznek kisebbek, de számuk növekszik, mintha méretüket csökkentették volna.
Egyes kommentátorok megkérdőjelezik Moore törvényének a fenntarthatósággal kapcsolatos jelentőségét :
Az új igényeket ( „zöld” számítástechnika , a netbookokkal és táblagépekkel ellátott számítógépek méretének csökkenése stb.) Kevésbé fejezzük ki milliméternyi tranzisztor / mm²-ben kifejezve, mint az energiafogyasztás / teljesítmény.
Ezenkívül érdekes az interaktív feladat feldolgozásának 20 másodpercről 2 másodpercre, majd 200 ms -ra történő csökkentése. Ezután 20 ms-ra történő leejtése nem feltétlenül ad hozzá semmit, és természetesen semmit sem, ha ezt a feladatot elkülönítik. Míg az ipari szükségletek egyre nagyobb erőt igényelnek, ugyanez nem vonatkozik a végtelenségig az egyének szükségleteire.
Látjuk az üzleti szereplők igényeinek megjelenését , akik követelik, hogy tevékenységük környezeti és társadalmi hatásait vegyék figyelembe a fenntartható fejlődés szempontjából .
Az új információs technológiákról szóló francia szenátusi tájékoztató jelentés Moore törvényét említi az elmúlt évtizedek fő technikai gyorsításaként. Ez a jelentés hangsúlyozza annak szükségességét, hogy meghatározzon egy értékrendet az új információs társadalomban, amely elkerüli a szcientizmust .
Ebben az összefüggésben értékelnünk kell a teljesítmény wattonként .
A Green500 List rangsorolja a TOP500 lista szuperszámítógépek szempontjából az energiahatékonyság . Ezt FLOPS / wattban mérjük .
A Bull informatikai gyártó felhagyott Moore törvényével a célkitűzéseiben, és most megtartja zöld / zöld IT terveiben a teljesítmény / energia arányt .
Néhány gyártó, mint például az ARM, olyan processzorokat mutat be, amelyek már nem követik Moore törvényét. A 2009-es processzorok néha 100.000 tranzisztorok, ami kevesebb, mint egy Intel 286 12 MHz processzor re 1982 , de csak fogyasztanak egy negyed wattos , felszerelése 2009-ben egy tucat modell netbookok futó Linux vagy mások. Operációs rendszerek .
Az alkotás 2007 a klímavédelmi Computing Initiative , amely célul tűzte ki a felére csökkenjen az energiafogyasztás számítógépek, valószínűleg aláírta a halálos ítéletét a Moore-törvény.
Amikor Moore törvénye eléri a határait, a paradigmaváltás az áttérés a mikroelektronikáról a nanotechnológiára , vagyis radikálisan különböző technikák összessége, amelyek kiegészítik vagy versengenek egymással, például a nanocsövek molekuláris tranzisztorokban, DNS-számítógépekben , kvantumszámítás ... Általában a " nano-számítógépek " kifejezés alá csoportosított technológiák, amelyek elsősorban a mindenütt jelen lévő rendszereket és az átfogó számítástechnikát vezetik be.
Az Intel Developer Forum in2007. szeptember, Gordon Moore azt jósolta, hogy az a törvény, amely szerint egy chipben megduplázzák a tranzisztorok számát kétévente, tíz-tizenöt év múlva nem lesz érvényes. Valójában az ipar egyre inkább megközelíti a mikroelektronika fizikai határait, ahol a tranzisztorok csak néhány atomból állnak, és elszigetelik őket egymástól. Ezután az iparnak teljesen új módszereket kell keresnie, például a tranzisztorok egymásra rakását három dimenzióban.
Ban ben 2016. február, Moore törvényének végét a félvezetőkre vonatkozó nemzetközi technológiai ütemterv (ITRS) jelentette be, amely hivatalosan jóváhagyja ennek a törvénynek az elhagyását, az ütem egyszerűen már nem fenntartható. Ebből az alkalomból az ITRS megváltoztatja nevét és stratégiáját, ma már az úgynevezett Nemzetközi ütemterv az eszközök és rendszerek számára . Új ütemtervének neve Több, mint Moore , hivatkozva a More Moore- stratégia elhagyására, amely lehetővé tette az ipari beruházások olyan szinten történő rögzítését, amely lehetővé tette Moore-törvény érvényben maradását.
( Gordon Bell jelezte a " Computing törvények " című előadásában )
Moore törvénye szerint:
Habár Moore törvénye nagyon látványos, nem szabad, hogy elhomályosítson más előrelépéseket, amelyek néha fölötte vannak: