Hvad er loven om moore, og hvad er den til?

Moore's Law henviser til en observation foretaget af Intel-grundlægger Gordon Moore i 1965, hvor han opdagede, at antallet af transistorer pr. Kvadrat tomme i integrerede kredsløb var blevet fordoblet år efter år siden dens opfindelse.

Moore's Law forudsiger, at denne tendens vil forblive intakt i de kommende år. Selvom hastigheden er faldet, fordoblet antallet af transistorer pr. Kvadrat tomme cirka hvert år og et halvt. Dette bruges som den nuværende definition af Moore's Law.

Indholdsindeks

Den forenklede version af denne lov hedder, at processorhastigheder eller samlet computerkraft til computere vil fordobles hvert andet år. En hurtig kontrol mellem teknikere fra forskellige computerselskaber viser, at udtrykket ikke er meget populært, men at reglen stadig accepteres.

Hvis vi undersøgte processorhastigheder fra 1970 til 2018 og derefter igen i 2019, kunne vi måske tro, at loven har nået sin grænse eller nærmer sig. I 1970'erne varierede processorhastighederne fra 740 KHz til 8 MHz. Imidlertid er loven faktisk mere nøjagtig at anvende på transistorer end på hastighed.

Mængden af ​​computerkraft, som vi nu kan bruge på de mindste enheder, er noget bemærkelsesværdig sammenlignet med hvad der kunne opnås, siger vi for et årti.

Når man ser tilbage på fem år eller deromkring, ville en pc, der var den bedste på det tidspunkt, blive betragtet som forældet, hvis man sammenligner med en nuværende pc.

Dette er muligt simpelthen fordi chipproducenter er i stand til at øge antallet af transistorer på en chip markant hvert år, efterhånden som fremskridt inden for chipforskning forbedres.

Udvidelsen af ​​Moore's Law er, at computere, computerdrevne komponenter og computerkraft bliver mindre og hurtigere med tiden, efterhånden som transistorer i integrerede kredsløb bliver mere effektive.

Transistorer er enkle elektroniske on-off switches integreret i mikrochips, processorer og små elektriske kredsløb. Jo hurtigere de behandler elektriske signaler, jo mere effektiv bliver en computer.

Omkostningerne ved disse højere-drevne computere faldt også over tid, generelt omkring 30 procent om året. Når hardware-designere øgede computerens ydelse med bedre integrerede kredsløb, var producenterne i stand til at skabe bedre maskiner, der kunne automatisere visse processer. Denne automatisering skabte billigere produkter til forbrugerne, da hardware skabte lavere arbejdsomkostninger.

Moores lov i dagens samfund

50 år efter Moore's Law ser det moderne samfund dusinvis af fordele, der er udsat for denne lov. Mobile enheder, såsom smartphones og desktopcomputere, ville ikke fungere uden meget små processorer. Mindre, hurtigere computere forbedrer transport, sundhedsydelser, uddannelse og energiproduktion. Næsten hver facet af et højteknologisk samfund drager fordel af Moore's Law-konceptet, der er anvendt.

I dag er alle forbrugerprocessorer fremstillet af silicium, det andet mest rigelige element i jordskorpen, efter ilt. Men silicium er ikke en perfekt leder, og grænserne for mobiliteten af ​​elektroner, det bærer en hård grænse for, hvor tyk du kan pakke siliciumtransistorer.

Men ikke kun er strømforbruget et enormt problem, men også en effekt kaldet en kvantetunnel kan forårsage problemer med at holde elektroner indeholdt over en bestemt tykkelsesgrænse.

Siliciumtransistorer når i øjeblikket 14 nanometer, og selvom nogle 10-nanometer-chipdesign snart kommer til at ramme markedet, er det konkluderet, at for at overholde Moore's lov i en længere periode, er virksomhederne nødt til at oprette nyere og bedre materialer, der skal være grundlaget for næste generations computere.

Moores lov i fremtiden

Takket være nanoteknologi er nogle transistorer mindre end en virus. Disse mikroskopiske strukturer indeholder perfekt justerede silicium- og carbonmolekyler, der hjælper med at bevæge elektricitet langs kredsløbet hurtigere.

Til sidst gør transistorenes temperatur det umuligt at skabe mindre kredsløb, fordi afkøling af transistorer kræver mere energi end hvad der passerer gennem transistorer. Eksperter viser, at computere skal nå de fysiske grænser for Moore's Law engang i de næste par år. Når det sker, skal computerforskere undersøge helt nye måder at skabe computere på.

Programmer og software kan forbedre computerens hastighed og effektivitet i fremtiden snarere end fysiske processer. Skyteknologi, trådløs kommunikation, tingenes internet og kvantefysik kunne også spille en vigtig rolle i informationsteknologisk innovation.

Fremskridt hen imod fordobling af antallet af kredsløb er aftaget, og integrerede kredsløb kan ikke blive meget mindre, når transistorer kommer nærmere størrelsen på et atom.

På et tidspunkt i fremtiden kan fremskridt inden for software eller hardware muligvis holde drømmen om Moores lov i live. Computerbranchen ser imidlertid ud til at være klar til at henvende sig til et andet kursus, der vil komme videre om et par år.

Fremskridt med Moore's Law

Selvom Moore's Law havde sagt det hvert andet år, har denne hurtige stigning i teknologisk produktion forkortet perioden hos både teknikere og brugere.

Begrænsningen, der eksisterer, er, at når transistorer først kan oprettes så små som atompartikler, så er der ikke mere plads til vækst på CPU-markedet, når det kommer til hastigheder.

Moore bemærkede, at det samlede antal komponenter i disse kredsløb var cirka fordoblet hvert år, så han ekstrapolerede denne årlige duplikering til det følgende årti, og vurderede, at mikrokredsløbene fra 1975 ville indeholde svimlende 65.000 komponenter pr. Chip.

I 1975, da vækstraten begyndte at aftage, revideret Moore sin to-årige tidsramme. Hans reviderede lov var lidt pessimistisk; Cirka 50 år efter 1961 blev antallet af transistorer fordoblet omtrent hver 18. måned. Derefter omtalte tidsskrifter regelmæssigt Moore's Law, som om det var en teknologisk lov med sikkerhed for Newtons bevægelseslove.

Hvad der gjorde denne dramatiske eksplosion i kredsløbskompleksitet mulig, var transistorernes krympende størrelse gennem årtier.

Transistorkarakteristika, der måler mindre end en mikron, blev opnået i 1980'erne, hvor DRAM-chips (dynamisk tilfældig adgangshukommelse) begyndte at tilbyde megabyte-lagringsfunktioner.

Ved daggry af det 21. århundrede nærmet disse funktioner sig 0, 1 mikron bred, hvilket gjorde det muligt at fremstille gigabyte hukommelseschips og mikroprocessorer, der opererer ved gigahertz-frekvenser. Moores lov fortsatte i det andet årti i det 21. århundrede med indførelsen af ​​tredimensionelle tisternanometer-transistorer.

Den nærmeste ende af Moore's Law

Da Moore's Law antyder eksponentiel vækst, er det usandsynligt, at det fortsætter på ubestemt tid. De fleste eksperter forventer, at Moore's Law varer yderligere to årtier. Nogle undersøgelser har vist, at fysiske begrænsninger kunne nås i 2018.

Ifølge en nylig rapport fra International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), der inkluderer chipgiganter som Intel og Samsung selv, kunne transistorer nå et punkt, hvor de ikke kunne reduceres yderligere i 2021. Virksomhederne hævder, at for at derefter vil det ikke længere være økonomisk muligt at gøre dem mindre og endelig afslutte Moore's Law.

Det betyder, at selv om de fysisk kunne blive mindre, i teorien ville de opnå det, som ITRS kalder dets "økonomiske minimum", hvilket betyder, at det kun ville gøre omkostningerne uoverkommelige.

Dette er ikke første gang, at Moores teori bliver stillet spørgsmålstegn ved. Sidste år meddelte Intel Chief Executive Brian Krzanich, at ændring af størrelse fra en transistor til en anden tager to til to og et halvt år. Krzanich satte spørgsmålstegn ved dette under et indtjeningsopkald fra Intel og sagde, at fremstillingsprocesser ikke er sket i samme takt som tidligere.

ITRS mener imidlertid, at dette ikke betyder afslutningen på konceptet bag loven, da producenter finder stadig mere innovative måder at introducere flere kontakter i et givet rum. Tag for eksempel Intels 3D NAND-teknologi, der involverer stabling af 32 lag hukommelse oven på hinanden for at skabe enorme lagerkapaciteter.

Afsluttende ord og konklusion

Indtil nu har Moores lov vist sig korrekt, igen og igen, og som et resultat har længe været sagt at være ansvarlig for de fleste fremskridt i den digitale tidsalder, fra pc'er til supercomputere på grund af dens Brug i halvlederindustrien til at guide langsigtet planlægning og sætte mål for forskning og udvikling.

Moore's Law er en lov om økonomi, ikke en fysisk. Det indikerer, at hver nye chip har dobbelt så mange transistorer og derfor beregner kapaciteten for den foregående generation for de samme produktionsomkostninger.

Denne enkle tommelfingerregel har givet anledning til alle fremskridt inden for den teknologiske revolution i over et halvt århundrede og fortsætter med at definere de stadigt voksende grænser for nutidens teknologi, så vi kan tage koncepter som kunstig intelligens og autonome køretøjer - og få dem til at ske.

Denne lov blev berygtet, fordi folk kan lide love, der giver dem mulighed for at forudsige fremtiden for en af ​​verdens største industrier, men det fysiske grundlag for dette princip betyder, at det er lidt anderledes og mindre pålideligt end mange mennesker mener.

De fysiske begrænsninger i fremstillingen af ​​disse chips kunne nemt skubbe dette antal tilbage til fem år eller mere, og effektivt ugyldige Moore's Law for evigt.

Kildebilleder Wikimedia Commons