Moorův zákon

Graf počtu transistorů na různých procesorech v letech 1971–2011

Moorův zákon je empirické pravidlo o exponenciálním růstu výpočetního výkonu obvodů v elektronice, 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.“

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. Platnost zákona však do budoucnosti naráží na limity miniaturizace dané velikostí tranzistorů blížící se velikosti atomů.

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

Dne 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 tranzistory eventuálně dosáhnou 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 budou ale dvě, nebo tři další generace, než se tam dostaneme – ale to je tak daleko, jak jsme kdy byli schopni vidět. Máme dalších 10 až 20 let, než dosáhneme těchto principiálních mezí. Než tomu tak bude, lidé budou schopní vyrábět větší čipy a rozpočet pro výrobu tranzistorů bude v řádech miliard.“

V září 1995 obsahoval mikroprocesor Alpha 21164 od firmy Digital Equipment Corporation 9,3 milionu tranzistorů. Tento 64bitový procesor byl technologických vrcholem své doby, přesto že trh s tímto čipem zůstal průměrný. O šest let později, tehdejší nejlepší mikroprocesor obsahoval více než 40 milionů 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 každá molekula samostatně umístěna v rámci výroby na molekulární úrovni.

V roce 2003 Intel předpověděl konec 16nanometrové výrobní technologie a 5namometrových bran na časové období mezi rokem 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 limity v zákonu jako vzdálenou budoucnost. Lawrence Krauss a Glenn D. Starkman prohlásili dobu pro dosáhnutí absolutního vrcholu limit 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 hmotností jednoho kilogramu a objemu o velikosti jednoho litru. S přihlédnutím k rychlosti světla, kvantového měřítka, gravitační konstanty a Boltzmannovy konstanty, by měl poskytovat výkon 5,4258×10⁵⁰ logických operací za sekundu 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 s Moorovým zákonem se zlepšují, například velikost, cena, hustota a rychlost komponent.

Tranzistory na integrovaném obvodu

Nejvíce známá formulace je, že počet tranzistorů a integrovaných obvodů se zdvojnásobí každé dva roky. Na konci roku 1970 se Moorův zákon stal známý jako limit pro počet tranzistorů i u nejlepších a složitých čipů. Graf na začátku tohoto článku ukazuje trendy technologie dnešní doby (pravý horní roh).

Hustota tranzistorů při minimální ceně

Volný překlad této formulace je z Moorových 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 tranzistorů 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 tranzistory vyrábějící se menší díky vývoji ve fotolitografii ovlivňují počet a ten by měl růst „zhruba dvojnásobně za rok“.

Odkazy na další zdroje

• Moorův původní článek v časopisu Electronics (anglicky)

Autoritní data	GND: 7595667-6