Prawo Moore'a

Wzrost liczby tranzystorów w procesorach Intel do 2004 roku

Prawo Moore'a - to sformułowane w 1965 roku przez Gordona Moora prawo, które w obecnej formie mówi, że liczba tranzystorów w układzie elektrycznym podwaja się początkowo co rok, a w roku 1999 Moore uznał, że podwajanie będzie następować co 4-5 lat (P. Sienkiewicz, s. 100)

TL;DR

Prawo Moore'a, sformułowane przez Gordona Moora w 1965 roku, mówiło pierwotnie o podwajaniu liczby tranzystorów co roku, ale obecnie podwajanie następuje co 4-5 lat. Prawo Moore'a dotyczy praktycznie każdego postępu technologicznego, ale ma swoje ograniczenia, takie jak fizyczne bariery czy wydzielanie ciepła przez procesory. Niektórzy uważają, że prawo Moore'a zagraża ludzkości, inni twierdzą, że natrafi na granice nie do przekroczenia. Obecnie prawo Moore'a nie jest już obowiązujące, ale technologie informatyczne rozwijają się nadal szybko.

Historia

Gordon Moor jest jednym z założycieli firmy Intel, był także jego wieloletnim prezesem. W pierwotnej wersji prawo Moore'a mówiło o 12 miesiącach i nie nazywało się ani "prawem", ani w szczególności "Moore'a". Nazwy tej użył kilka lat później profesor California Institute of Technology, Carver Mead (Ł. Bigo, 2006, s. 1). Zostało ono opublikowane na łamach czasopisma "Electronics Magazine" w artykule pt.: "Cramming more components onto integrated circuits" i brzmiało ono w tłumaczeniu następująco:

"Złożoność komponentów o minimalnych kosztach będzie się podwajała co roku. Z pewnością w krótkim okresie czasu, spodziewać się można, że ta częstotliwość będzie się utrzymywała, lub się zwiększy. W dłuższym okresie czasu, częstotliwość zwiększania jest mniej pewna, jednak nie ma powodu, aby sądzić, że nie pozostanie ona stała przez co najmniej 10 lat. To oznacza, że w 1975 roku liczba tranzystorów w jednym układzie scalonym dostępnym po minimalnych kosztach wyniesie 65 000. Wierzę, że tak wielki układ może zostać zbudowany na pojedynczym waflu".(G. Moore, 1965, s. 2)

Jak dotychczas jednym z najważniejszych wyznaczników tempa pracy danej aplikacji jest liczba która stanowi stosunek pomiędzy prędkością taktowania zegara i wydajności procesora. Aplikacja będzie działać szybciej w zależności od tego jak wysoka będzie ta liczba. Prawo Moorea obowiązywało tak długo że twórcy oprogramowani zakładali ciągłą kontynuację tego kierunku rozwoju wzrostu wydajności procesorów. Jednak od 2003 roku taktowanie zegara zaczęło regularnie zwalniać, a tendencja do zwiększania gęstości tranzystorów nadal jest utrzymana. 10 lat później Gordon Moor zrewidował swoje prawo mówiąc, że liczba tranzystorów podwaja się co 2 lata. Obecnie przyjmuje się przedział od 4-5 lat (P. Sienkiewicz, s. 101)

Jako ciekawostkę można podać fakt, że w 2005 roku Intel zaproponował 10 000 dolarów za oryginalny numer "Electronics Magazine" z 19 kwietnia 1965 roku, w którym Gordon Moore sformułował swe słynne prawo. Okazało się bowiem, że ani muzeum Intela, ani sam Gordon Moore nie posiada tego numeru.

Inne sformułowania prawa Moore'a

Prawo Moore'a które pierwotnie odnosiło się do ilości tranzystorów w jednym układzie scalonym, obecnie jest stosowane właściwie do określania praktycznie każdego postępu technologicznego. Podobne sformułowania odnoszą się między innymi do mocy obliczeniowych procesorów, pojemności dysków twardych, rozmiarów pamięci RAM, przepustowości łącz internetowych itp.

Sztuczna inteligencja

Niektórzy twierdzą że prawo Moore'a zagraża ludzkości. Że dzięki rosnącej mocy obliczeniowej komputery w końcu okażą się bardziej inteligentne niż ludzie, będą wykorzystywane do przechowywania naszej pamięci czy będą drogą do życia wiecznego. Znikną niektóre zawody głównie te oparte na podejmowaniu decyzji, a samoloty, samochody czy statki będą kierowane za pomocą sztucznej inteligencji. Inni natomiast uważają że prawo to natrafi na granice nie do przekroczenia.

Ograniczenia prawa Moore'a

Od początku lat dziewięćdziesiątych otwarcie mówi się, że prawo Moore'a powinno zostać zlikwidowane, ponieważ firmy aby nadążyć za nim, muszą wydawać coraz większe sumy na badania i technologie. Prawo Moore'a ma jednak pewne ograniczenia. Obecnie procesory konstruowane są w technologii 90, 65 oraz 45 nm, rozmiary te nie mogą się jednak zmniejszać w nieskończoność, ponieważ nie mogą one być mniejsze od atomu. Kolejną barierą jest prędkość światła, która jest nieprzekraczalną granicą minimalnego czasu potrzebnego na przesłanie danych pomiędzy komponentami komputera. Inżynierowie z Craya już ją zauważyli: musieli zaokrąglić stworzony przez siebie superkomputer, by prąd zdołał obiec wszystkie wchodzące w jego skład elementy (Ł. Bigo, 2006, s. 2). W chwili obecnej reguła ta nie przystaje do realiów rynku, jednak prawo Moore'a nie zniknie nagle, będzie stopniowo się deaktualizować, aż całkiem wyjdzie z użycia.

Prawo Moore'a w praktyce

"Zgodnie z prawem Moore’a obecnie powinny być dostępne procesory o taktowaniu 10GHz. Jednak aktualnie najszybszy fabryczny procesor, który jest dostępny w seryjnej produkcji, taktowany jest zegarem o częstotliwości 3,8GHz". Czytamy w książce autorstwa Marcina Lorend oraz Krzysztofa Cegielskiego opisującej nowe trendy rozwoju mikroprocesorów (M. Lorenc, K. Cegielski, s. 72).

Nasuwa się więc pytanie dlaczego osiągnięcie częstotliwości taktowania zegara na poziomie 10 GHz jest nie możliwe. Odpowiedz jest prosta, aktualne procesory są tak bardzo energochłonne co wiąże się z wydzielaniem ogromnych ilości ciepła. Przypuszczać można więc że po roku 2020 prawo Moore’a zbliży się do granicy przy której prawa fizyki będą ostateczną i nieprzekraczalną barierą na drodze do dalszego zwiększania gęstości oraz ilości tranzystorów. Jak widać już czynniki takie jak wydzielanie ciepła, zużycie energii czy koszty sprawiły że ograniczono tempa wzrostu wydajności. Na przykład procesor o taktowaniu 3,8GHz w czasie pracy ma zapotrzebowanie mocy mniej więcej zbliżone do 100W. (M. Lorenc, K. Cegielski, s. 73)

W 2004 roku Pat Gelsinger (główny dyr. ds. technologii w firmie Intel), stwierdził, że poziom ciepła emitowany z nowoczesnych procesorów, jest porównywalne z ciepłem emitowanym przez rdzeń reaktora jądrowego (mierzone gęstością mocy wyrażoną w W/m 2). Aktualnie ilość ciepła jaka na jednostkę powierzchni która wydzielana jest przez procesor przypomina wartości jakie występują na powierzchni Słońca. Bez wątpienia jest to jeden z poważniejszych problem które wymagający opracowania nowych metod, rozwiązań i technologii. Czy wydłużenie okresu w którym rośnie liczba tranzystorów oznacza to że prawo Moore’a przestaje być aktualne dowiemy się już za kilka lat. Bez wątpienia granicę tę narzuca sama przyroda. Aktualne trendy co do zmniejszania elektroniki prowadzą do tego, że poszczególne części są tak małe że uniemożliwić mogą drogi swobodnego przepływu elektronu.

Prawo Moore'a aktualnie

Aktualnie prawo Moore'a nie obowiązuję. Ograniczenia jakie napotkało na swojej drodze okazały się nie do przekroczenia lub nie warte przekroczenia. Technika związana z rozwojem sztucznej inteligencji poszła w całkiem inna stronę, co wcale nie oznacza że jest to zły kierunek. Prawo Moore'a zostało bowiem określone na podstawie jego doświadczenia oraz obserwacji, a nie prognoz. Nowości technologiczne jakie powstały w ciągu ostatnich 50 lat zaskoczyły niemal wszystkich. Czy ktokolwiek był w stanie przewidzieć taki kierunek? Czy oznacza to że pojemność oraz szybkość twardych dysków już się nie zmieni? Absolutnie nie. Innowację przybrały całkowicie inny kierunek, a technologie informatyczne rozwijają się szybciej niż kiedykolwiek.

Prawo Moore'a — artykuły polecane

Oscylator — Prawo Okuna — Refactoring — Złoty podział — Algorytm genetyczny — Funkcja produkcji — Język wysokiego poziomu — Nanotechnologia — Krzywa możliwości produkcyjnych

Bibliografia

• Bigo Ł. (2006), Prawo Moorea, pcworld.pl
• Czerny J. (2005), Czy prawo Moore'a zdetronizuje osobę ludzką, Katowice
• Lorenc M., Cegielski K. (2012), Konferencja, Politechnika Opolska, Opole
• Malczewski Ł. (2003), Kryzys kontrolowany, Personel i Zarządzanie, nr 5
• Moore G. (1965), Cramming More Components onto Integrated Circuits, Electronics Magazine 8 (38)
• Pietrewicz J., Sobiecki R. (2018), Innowacyjna fala w społeczeństwie i gospodarce, Warszawa
• Sienkiewicz P. (2015), Ontologia cyberprzestrzeni, Zeszyty Naukowe WWSI, nr 13

Autor: Magdalena Domańska, Bartłomiej Maruszak