Moore'i seadus 50-aastaselt: selle minevik ja tulevik

Kvantfüüsika

Kui Gordon Moore'il, tollal Fairchild Semiconductoril, paluti 1965. aastal teooriaid uue väljatöötatud integraallülituse tuleviku kohta, oli tal laboris üks, millel olid tollal hämmastavad 64 transistorit - topelt 32-st, mis oli nüüdisaegne alles aasta varem. Ühendades need punktid graafikul 1959. aastal leiutatud ühekomponendilise tasapinnalise transistoriga, märkas Moore, et komponentide arv kahekordistus igal aastal. Artiklis tegi ta kaastööd Elektroonika sel kevadel ilmunud ajakiri spekuleeris, et võiks seda jätkata vähemalt kümme aastat. Alles see kümnend oli möödas ja Moore'i sõber Carver Mead märkas, et trend on püsinud, et mõiste Moore'i seadus võeti kasutusele.



Kui ootame Moore'i seaduse tulevikku pärast selle hämmastavat 50-aastast jooksu - ametlikult alates 19. aprillist 50 aastat -, on kasulik vaadata tagasi, kuidas see tekkis ja kui palju on see arenenud, et see sobiks muutuva tööstusega juba. See annab aluse spekuleerimiseks selle kohta, mis saab edasi innovatsiooni arvutamise tempos.

1965: Gordon Moore'i väga haritud oletus

Moore'i ennustus oli kahe originaalse artikli kirjutamise käigus tehtud väga olulise tähelepaneku ühendamise tulemus. Esiteks, et igal ajahetkel oli kiibile panemiseks optimaalne arv komponente. Rohkem komponente tähendas madalamat hinda komponendi kohta, välja arvatud see, et kui komponentide arv suurenes saagikus, siis mingil hetkel oli kiibil rohkemate komponentide toppimisel vähenev tootlus. Ta joonistas alloleval diagrammil keerukuse ja saagikuse kompromissi, ekstrapoleerides 1970. aastani.

Moore

Moore'i esimene tähelepanek oli, et väikseimate üldkulude saavutamiseks on komponentide loomulik optimaalne tihedus - see muutub aja jooksul

Teiseks mõistis ta, et kiibil olevate komponentide optimaalne arv kasvab kiiresti - alates esimese tasapinnalise transistori loomisest 1959. aastal on see kahekordistunud igal aastal. See andis eksponentsiaalse kõvera, mille ta graafis alloleval diagrammil. Ta laiendas ajalooliste andmete rida ka tulevikku, ennustades, et kahekordistamine võib jätkuda vähemalt kümme aastat ka tulevikus. Kui Moore oli inspireeritud mõtlema komponentide miniatuurimise kiirele edenemisele, kuulates Douglas Engelbarti sellel teemal, oli Moore esimene, kes kavandas punktid paberile ja tegi konkreetse ennustuse selle edenemise kohta. Moore ei mõelnud kunagi oma ennustusest kui seadusest ega isegi mitte millestki, mis oleks seotud füüsikaliste põhimõtetega. Kuid ta selgitas artiklis üksikasjalikult, kuidas tema arvates saab järgmise kümnendi jooksul lahendada vajaliku võimaliku tehnilise probleemi edukalt lahendada.

Moore

Moore'i teine ​​tähelepanek oli see, et komponentide optimaalne tihedus oli igal aastal pärast esimeste integraallülituste loomist kahekordistunud

1975: Carver Mead jäädvustab juba muudetud Moore'i seaduse



Selleks ajaks, kui Carver Mead 1975. aasta paiku Moore'i seaduse termini lõi, oli Moore ise seda juba muutnud. Ehkki Moore ei eeldanud kunagi, et tema prognoosid oleksid väga täpsed, oli see kümnendi jooksul pooljuhtide arengut peaaegu ideaalselt ennustanud. Moore leidis siiski, et komponentide tiheduse kasv hakkab vähenema ja soovitas, et 1980. aastaks on tõenäolisem kahekordistumine iga kahe aasta tagant.

Inteli maja kujundab Moore'i seaduse ümber praegusel kujul

Nagu Moore ennustas, on transistoride arv pärast integraallülituse leiutamist hüppeliselt kasvanudKui komponentide tiheduse suurenemine oli 1975. aastaks aeglustumas, täheldas Inteli Dave House, et üksikud komponendid muutuvad ise kiiremaks. Ta teoreetiliselt tähendas see, et kiibil olev arvutusvõimsus võib kahekordistuda umbes iga 18 kuu tagant - aeglasemalt kui Moore'i esialgne ennustus 1965. aastal, kuid kiirem kui 1975. aasta versioon. See on seaduse vorm, mis on muutunud populaarseks ja mida pooljuhttööstus on hoolikalt - peaaegu orjalikult jälginud ja sellele tuginenud.

Kui töötate pooljuhtide tööstuses, on Moore'i seaduse spetsiifika teie jaoks väga oluline. On mitmeid suurepäraseid põhjuseid küsida, kas integreeritud vooluahelate tehnoloogia areng võib jätkuda tempos. Minu kolleegil Joel Hruskal on selle kohta veel ühes artiklis palju öelda. Paljudele meist on Moore'i seaduse esmane mõju olnud aga arvutusvõimsuse suurenev arv vähendatud kuludega - me ei hooli tegelikult sellest, kuidas tööstus selle ellu viib. Nii et tasub kaaluda neid uuendusi laiemas arvutuste kontekstis enne integreeritud vooluahelat ja võib-olla ka pärast seda.

Abakust superarvutini



Hoolimata transistori ja integraallülituse leiutamise arvutusrevolutsioonile pööratud fookusest, eksisteerisid arvutid juba ammu enne, kui keegi nende loomiseks räni kasutama mõtles. Jalutuskäik arvutiajaloomuuseumi kronoloogiliselt korraldatud eksponaatides algab abakusest, mis annab omakorda koha slaidireeglile, Babbage'i ajast pärit mehaanilistele kalkulaatoritele ja seejärel aastakümneid järjest võimsamatele vaakumtorudele tuginevatele suurarvutitele. Enne integraallülitusi võimaldasid diskreetsed transistorid isegi varajased superarvutid nagu Atlas ja 3 MFLOP CDC 6600.

Kui vaatame arvutite edenemist 30 aasta jooksul enne Moore'i artikli kirjutamist, võime kaardistada Konrad Zuse 1938. aasta Z1 mehaanilise arvuti 1 tsükli sekundis töötlusvõimsuse kasvu - vaieldamatult esimene tõeline programmeeritav moodsa arhitektuuriga mudel - 1965. aasta CDC 6600 3MFLOP-le. Isegi kui anname heategevuslikult Z1 1FLOP-i, vastab võimendus selle aja jooksul arvutusvõimsuse kahekordistumisele iga 12–18 kuu järel - sarnaselt Moore'i prognoositud kiirusega integreeritud vooluahelate puhul, kuid mitu erinevat füüsilist teostust. Ray Kurzweil läheb oma raamatus The Singularity veelgi kaugemale, koondades andmeid alates 1900. aastast ja mehaanilist tabulaatorit. Kui graafime need andmed logiskaalal, näeme, et oleme eksponentsiaalselt edenenud juba üle sajandi:

Kuna juba 1900. aastal on arvutuslik jõudlus ühe dollari kohta iga kahe aasta tagant umbes kahekordistunud

Pärast integraallülitust



Kaasaegne integraallülitus ületab igasuguseid suuruse ja võimsuse piiranguid, mis võivad tähendada Moore'i seaduse rangelt määratletud versiooni lõppu. Kuid meil on tiibade pealevõtmiseks tiibades palju uusi tehnoloogiaid, samamoodi võttis integraallülitus transistoritelt üle ja transistorid vaakumtorudest. Võib-olla on kõige ilmsem massiliselt paralleelarvutus, mille tänapäeval kõige paremini iseloomustab kaasaegne GPU. See on suurendanud jõudlust tohutult mitte ainult graafika, vaid üha uute rakenduste jaoks, mida ümber kirjutatakse, et kasutada ära arvukalt töötlevaid südamikke. Selle taga peitub veider kvantarvutite maailm, mis hakkab aeglaselt praktilist kuju võtma. Või võib-olla uut tüüpi füüsikalised arvutiarhitektuurid, näiteks valgus või grafeen.

Paljud lapsed tunnevad muinasjuttu matemaatikust, kes palus kuningalt malelaua igal ruudul lihtsalt riisitera kahekordistamist ja kuidas see kuningale riisist otsa sai. Samamoodi oleme arvutamisel õnnelikul positsioonil, et hoolimata järjestikustest aurust otsa saavatest tehnoloogiatest näivad innovaatorid alati aja jooksul välja mõeldes 'järgmise suure asja', et hoida meie hämmastavaid edusamme. Sel teemal intervjueerides kajastas Moore ise nii seda, et pooljuhttehnoloogia ei suutnud oma kiiret arengut hoida, kui ka vajadust täita võivad ka muud tehnoloogiad, näiteks nanotehnoloogia ja grafeen.

(Moore'i edetabelid trükitud aastal Moore'i seaduse mõistmine . Transistoride loendustabel alates Wikimedia . Kurzweili andmed Singulaarsus on lähedal, lk 70 )

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com