Moorův zákon

Graf počtu transistorů na různých procesorech během času

Moorův zákon je empirické pravidlo, které roku 1965 vyslovil chemik a spoluzakladatel firmy Intel Gordon Moore. Původní znění bylo: „počet tranzistorů, které mohou být umístěny na integrovaný obvod se při zachování stejné ceny zhruba každých 18 měsíců zdvojnásobí.“ Takovýto růst se nazývá exponenciální.

Složitost dnešních procesorů se poměřuje především počtem tranzistorů v nich zapojených. Rychlost růstu počtu tranzistorů na plošné jednotce se časem zpomalila a nyní se jejich počet zdvojnásobuje přibližně jednou za dva roky. I tak je ale zákon považovaný za velmi přesný odhad technologického a ekonomického vývoje. Mnozí vědci věří, že zůstane v platnosti i v následujících dvou desetiletích.^[zdroj⁠?!]

Tento trend miniaturizace a koncentrace součástek probíhal již na elektromechanických a elektronkových přístrojích, tedy před objevem polovodivých látek a jejich použití na základě vynálezu tranzistoru. A to dokonce zhruba srovnatelným tempem.

S přihlédnutím k mírnému přeformulování tohoto zákona, kdy místo počtu tranzistorů budeme sledovat výkon nebo energetickou efektivitu, platí pořád s tempem zdvojnásobení výkonu/efektivity každých 18 měsíců. V posledních několika letech totiž přestal být kladen důraz na maximální výkon za každou cenu a neméně sledovaným parametrem se stala spotřeba.

Definitivní hranice

13. září 1995, Gordon Moore v rozhovoru uvedl, že toto (jeho) pravidlo nemůže fungovat v neomezeném měřítku: "Tak to nemůže pokračovat napořád.Povaha exponenciál je taková, že je tlačíme mimo limity a následně nastane pohroma". Také poznamenal, že tranzisory eventuélně dosáhnout limitu miniaturizace (zmenšování) na atomární úrovni, volně přeloženo jako: "Z hlediska velikosti [tranzistorů] můžete vidět, že se blížíme k velikosti atomů, což se stává hlavní bariérou. Zapotřebí bude ale dvě, nebo tři další generace, než se dostaneme tak daleko - ale to je tak daleko, jak jsme kdy byli schopni vidět. Máme dalších 10 až 20 let než dosáhneme těchto principiálních mezí. Než tak bude, lidé budou schopní vyrábět větší čipy a rozpočet pro výrobu tranzistorů bude v řádech miliard."

V září 1995, mikroprcesor od Digital Alpha 21164 měl 9,3 milionu tranzistorů. Tento 64-bitový procesor byl technologických vrcholem své doby, přesto že trh s tímto čipem zůstal průměrný. O šest let později, tehdejší nejlepší microprocesor obsahoval více než 40 milionu tranzistorů. Spekuluje se, že s pomocí další miniaturizace budou tyto procesory v roce 2015 schopny obsahovat více než 15 miliard tranzistorů a v 2020 bude každa molekula samostatně umístěna, v rámci výrobu v molekulární úrovni.

V roce 2003, Intel předpověděl konec 16 nanometrové výrobní technologie a 5 namometrových bran na období 2013–2018, díky Tunelovému jevu, avšak ostatní prohlásili, že čipy se jen stanou většími, nebo se začnou vrstvit. V roce 2008 bylo poznamenáno, že navzdory tomu, že Moorův zákon již platí 30 let, bude platit nejméně další desetiletí.

Někteří vidí limit v zákonu jako vzdálenou budoucnost. Lawrence Krauss a Glenn D. Starkman prohlásili albolutní vrchol limitu na přibližně 600 let. Toto prohlášení bylo založeno na jejich poznámkách a pečlivém odhadu schopnosti jakéhokoliv systému ve Vesmíru zpracovávat informace, které jsou limitovány Bekensteinovou hranicí. Na druhou stranu, s ohledu na základní principy, existují předpovědi o zkolabování Moorova zákonu v příštích 20–40 letech.

Vrchol teoretického výkonu by se dal stanovit jako poměrně praktický "ultimátní notebook" s hmostností jednoho kilgramu a objemu o velikosti jednoho litru. Toto je dáno s přihlédnutím k rychlosti světla, kvantového měřítka, gravitační konstanty a Boltzmannovy konstanty, poskytující výkon 5,4258 × 10⁵⁰ logických operací za vteřinu na přibližně 10³¹ bitech.

Zákon se opět často setkává s překážkami, které se na první pohled jeví jako nepřekonatelné, ale byly vskutku již dávno překonány. V tomto smyslu Moore řekl, že svůj zákon nyní vidí hezčí, než si původně uvědomoval: "Moorův zákon je porušení Murphyho zákonu. Všechno bude lepší a lepší."

Další formulace a podobné postřehy

Hned několik prvků v oblasti digitální technologie, související v Moorevým zákonem, se zlepšují, například velikost, cena, hustota, a rychlost komponent.

Tranzistory na intergrovaném obvodu - Nejvíce oblíbená formulace je, že počet tranzistorů a integrovaných obvodů se zdvojnásobí každé dva roky. Na konci roku 1970, Mooreův zákon se stal známý jako limit pro počet tranzistorů u nejvíce složitých čipů. Graf na začátku článku ukazuje dnešní trendy.

Hustota tranzistorů při minimální ceně - Volný překlad této formulace je z Mooreových dokumentů v roce 1965. "Není to jen o hustotě tranzistorů, která může být dosažena, ale také o hustotě tranzistorů, při které je cena tranzistoru co nejnižší. Čím více tranzistorů je umístěno na čip, cena výroby dalších tranzistor klesá, ale šance, že čip nebude v důsledku vady fungovat, roste". V roce 1965 Moore zkoumal hustotu tranzistorů při které je minimální cena a zjistil, že jak se tranzistory začali vyrábět menší skrze vývoj ve fotolitografii, jejich počet by měl růst "zhruba dvojnásobě za rok".

Odkazy na další zdroje

• Mooreův původní článek v časopisu Electronics (anglicky)