По мнению которого производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и быстродействия каждого из них.

Рост числа транзисторов на кристалле микропроцессора показан на графике справа. Точки соответствуют наблюдаемым данным, а прямая - периоду удвоения в 24 месяца.

История

По поводу эффектов, обусловленных законом Мура, в журнале «В мире науки » как-то было приведено такое интересное сравнение:

«Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы 500 долл. и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом пять галлонов (~18,9 л) топлива. Приведенные цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ».

В 2003 году Мур опубликовал работу «No Exponential is Forever: But “Forever” Can Be Delayed!», в которой признал, что экспоненциальный рост физических величин в течение длительного времени невозможен, и постоянно достигаются те или иные пределы. Лишь эволюция транзисторов и технологий их изготовления позволяла продлить действие закона еще на несколько поколений .

В 2007 году Мур заявил, что закон, очевидно, скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света .

Одним из физических ограничений на миниатюризацию электронных схем является также принцип Ландауэра , согласно которому логические схемы, не являющиеся обратимыми , должны выделять теплоту в количестве, пропорциональном количеству стираемых (безвозвратно потерянных) данных. Возможности по отводу теплоты физически ограничены .

Следствия и ограничения

Параллелизм и закон Мура

В последнее время, чтобы получить возможность задействовать на практике ту дополнительную вычислительную мощность, которую предсказывает закон Мура, стало необходимо задействовать параллельные вычисления . На протяжении многих лет, производители процессоров постоянно увеличивали тактовую частоту и параллелизм на уровне инструкций, так что на новых процессорах старые однопоточные приложения исполнялись быстрее без каких-либо изменений в программном коде. Сейчас по разным причинам производители процессоров предпочитают многоядерные архитектуры, и для получения всей выгоды от возросшей производительности ЦП программы должны переписываться в соответствующей манере. Однако, по фундаментальным причинам, это возможно не всегда.

См. также

• Закон гиперболического роста численности населения Земли
• Закон Вирта - полушутливое высказывание о том, что медлительность программ возрастает быстрее, чем производительность компьютеров согласно закону Мура.

Напишите отзыв о статье "Закон Мура"

Примечания

Ссылки

• А. Скоробов, // Сайт математико-механического факультета УрГУ, 2005
• (недоступная ссылка с 12-10-2016 (896 дней))
• Сергей Шашлов, // IXBT, 20 апреля 2005
  • // Intel, 2005 (англ.)

Отрывок, характеризующий Закон Мура

– Нет, стой, – сказал Анатоль. – Затвори двери, сесть надо. Вот так. – Затворили двери, и все сели.
– Ну, теперь марш, ребята! – сказал Анатоль вставая.
Лакей Joseph подал Анатолю сумку и саблю, и все вышли в переднюю.
– А шуба где? – сказал Долохов. – Эй, Игнатка! Поди к Матрене Матвеевне, спроси шубу, салоп соболий. Я слыхал, как увозят, – сказал Долохов, подмигнув. – Ведь она выскочит ни жива, ни мертва, в чем дома сидела; чуть замешкаешься, тут и слезы, и папаша, и мамаша, и сейчас озябла и назад, – а ты в шубу принимай сразу и неси в сани.
Лакей принес женский лисий салоп.
– Дурак, я тебе сказал соболий. Эй, Матрешка, соболий! – крикнул он так, что далеко по комнатам раздался его голос.
Красивая, худая и бледная цыганка, с блестящими, черными глазами и с черными, курчавыми сизого отлива волосами, в красной шали, выбежала с собольим салопом на руке.
– Что ж, мне не жаль, ты возьми, – сказала она, видимо робея перед своим господином и жалея салопа.
Долохов, не отвечая ей, взял шубу, накинул ее на Матрешу и закутал ее.
– Вот так, – сказал Долохов. – И потом вот так, – сказал он, и поднял ей около головы воротник, оставляя его только перед лицом немного открытым. – Потом вот так, видишь? – и он придвинул голову Анатоля к отверстию, оставленному воротником, из которого виднелась блестящая улыбка Матреши.
– Ну прощай, Матреша, – сказал Анатоль, целуя ее. – Эх, кончена моя гульба здесь! Стешке кланяйся. Ну, прощай! Прощай, Матреша; ты мне пожелай счастья.
– Ну, дай то вам Бог, князь, счастья большого, – сказала Матреша, с своим цыганским акцентом.
У крыльца стояли две тройки, двое молодцов ямщиков держали их. Балага сел на переднюю тройку, и, высоко поднимая локти, неторопливо разобрал вожжи. Анатоль и Долохов сели к нему. Макарин, Хвостиков и лакей сели в другую тройку.
– Готовы, что ль? – спросил Балага.
– Пущай! – крикнул он, заматывая вокруг рук вожжи, и тройка понесла бить вниз по Никитскому бульвару.
– Тпрру! Поди, эй!… Тпрру, – только слышался крик Балаги и молодца, сидевшего на козлах. На Арбатской площади тройка зацепила карету, что то затрещало, послышался крик, и тройка полетела по Арбату.
Дав два конца по Подновинскому Балага стал сдерживать и, вернувшись назад, остановил лошадей у перекрестка Старой Конюшенной.
Молодец соскочил держать под уздцы лошадей, Анатоль с Долоховым пошли по тротуару. Подходя к воротам, Долохов свистнул. Свисток отозвался ему и вслед за тем выбежала горничная.
– На двор войдите, а то видно, сейчас выйдет, – сказала она.
Долохов остался у ворот. Анатоль вошел за горничной на двор, поворотил за угол и вбежал на крыльцо.
Гаврило, огромный выездной лакей Марьи Дмитриевны, встретил Анатоля.
– К барыне пожалуйте, – басом сказал лакей, загораживая дорогу от двери.
– К какой барыне? Да ты кто? – запыхавшимся шопотом спрашивал Анатоль.
– Пожалуйте, приказано привесть.
– Курагин! назад, – кричал Долохов. – Измена! Назад!
Долохов у калитки, у которой он остановился, боролся с дворником, пытавшимся запереть за вошедшим Анатолем калитку. Долохов последним усилием оттолкнул дворника и схватив за руку выбежавшего Анатоля, выдернул его за калитку и побежал с ним назад к тройке.

Марья Дмитриевна, застав заплаканную Соню в коридоре, заставила ее во всем признаться. Перехватив записку Наташи и прочтя ее, Марья Дмитриевна с запиской в руке взошла к Наташе.
– Мерзавка, бесстыдница, – сказала она ей. – Слышать ничего не хочу! – Оттолкнув удивленными, но сухими глазами глядящую на нее Наташу, она заперла ее на ключ и приказав дворнику пропустить в ворота тех людей, которые придут нынче вечером, но не выпускать их, а лакею приказав привести этих людей к себе, села в гостиной, ожидая похитителей.
Когда Гаврило пришел доложить Марье Дмитриевне, что приходившие люди убежали, она нахмурившись встала и заложив назад руки, долго ходила по комнатам, обдумывая то, что ей делать. В 12 часу ночи она, ощупав ключ в кармане, пошла к комнате Наташи. Соня, рыдая, сидела в коридоре.
– Марья Дмитриевна, пустите меня к ней ради Бога! – сказала она. Марья Дмитриевна, не отвечая ей, отперла дверь и вошла. «Гадко, скверно… В моем доме… Мерзавка, девчонка… Только отца жалко!» думала Марья Дмитриевна, стараясь утолить свой гнев. «Как ни трудно, уж велю всем молчать и скрою от графа». Марья Дмитриевна решительными шагами вошла в комнату. Наташа лежала на диване, закрыв голову руками, и не шевелилась. Она лежала в том самом положении, в котором оставила ее Марья Дмитриевна.
– Хороша, очень хороша! – сказала Марья Дмитриевна. – В моем доме любовникам свидания назначать! Притворяться то нечего. Ты слушай, когда я с тобой говорю. – Марья Дмитриевна тронула ее за руку. – Ты слушай, когда я говорю. Ты себя осрамила, как девка самая последняя. Я бы с тобой то сделала, да мне отца твоего жалко. Я скрою. – Наташа не переменила положения, но только всё тело ее стало вскидываться от беззвучных, судорожных рыданий, которые душили ее. Марья Дмитриевна оглянулась на Соню и присела на диване подле Наташи.
– Счастье его, что он от меня ушел; да я найду его, – сказала она своим грубым голосом; – слышишь ты что ли, что я говорю? – Она поддела своей большой рукой под лицо Наташи и повернула ее к себе. И Марья Дмитриевна, и Соня удивились, увидав лицо Наташи. Глаза ее были блестящи и сухи, губы поджаты, щеки опустились.
– Оставь… те… что мне… я… умру… – проговорила она, злым усилием вырвалась от Марьи Дмитриевны и легла в свое прежнее положение.
– Наталья!… – сказала Марья Дмитриевна. – Я тебе добра желаю. Ты лежи, ну лежи так, я тебя не трону, и слушай… Я не стану говорить, как ты виновата. Ты сама знаешь. Ну да теперь отец твой завтра приедет, что я скажу ему? А?
Опять тело Наташи заколебалось от рыданий.
– Ну узнает он, ну брат твой, жених!
– У меня нет жениха, я отказала, – прокричала Наташа.
– Всё равно, – продолжала Марья Дмитриевна. – Ну они узнают, что ж они так оставят? Ведь он, отец твой, я его знаю, ведь он, если его на дуэль вызовет, хорошо это будет? А?
– Ах, оставьте меня, зачем вы всему помешали! Зачем? зачем? кто вас просил? – кричала Наташа, приподнявшись на диване и злобно глядя на Марью Дмитриевну.
– Да чего ж ты хотела? – вскрикнула опять горячась Марья Дмитриевна, – что ж тебя запирали что ль? Ну кто ж ему мешал в дом ездить? Зачем же тебя, как цыганку какую, увозить?… Ну увез бы он тебя, что ж ты думаешь, его бы не нашли? Твой отец, или брат, или жених. А он мерзавец, негодяй, вот что!
– Он лучше всех вас, – вскрикнула Наташа, приподнимаясь. – Если бы вы не мешали… Ах, Боже мой, что это, что это! Соня, за что? Уйдите!… – И она зарыдала с таким отчаянием, с каким оплакивают люди только такое горе, которого они чувствуют сами себя причиной. Марья Дмитриевна начала было опять говорить; но Наташа закричала: – Уйдите, уйдите, вы все меня ненавидите, презираете. – И опять бросилась на диван.

TSMC собирается строить новый завод для 3D-упаковки чипов

За каких-то три года компания TSMC незаметно стала крупнейшим в мире упаковщиком чипов объёмной (3D) компоновки. Как сообщает тайваньский интернет-ресурс DigiTimes, в области 2.5D/3D-упаковки чипов TSMC обладает возможностями обрабатывать до 200 тыс. подложек в месяц. Для сравнения, лидирующие на рынке упаковки чипов компании Advanced Semiconductor Engineering (ASE) и Amkor Technology могут ежемесячно упаковывать в 2.5D/3D-упаковку кристаллы с 20-30 тыс. пластин каждая, а компания Siliconware Precision Industries (SPIL) — 100-120 тыс. пластин. Ради справедливости уточним, все перечисленные компании (кроме TSMC) имеют куда большие возможности для упаковки обычных планарных или одиночных кристаллов, куда TSMC вход заказан.

История самостоятельной 2.5D/3D-упаковки TSMC с покупки в 2014 году тайваньского завода компании Qualcomm по выпуску дисплеев Mirasol на MEMS-ячейках. Тайваньский производитель превратил завод Qualcomm в фабрику по передовой упаковке чипов. Внедрённый на предприятии метод упаковки InFO-WLP (integrated fan-out wafer-level packaging) TSMC выиграть заказы на выпуск часов Apple Watch и 10-нм SoC Apple. В настоящий момент на предприятии в основном применяется метод упаковки CoWoS (chip on wafer on substrate), с помощью которого, например, TSMC выпускает GPU NVIDIA Volta с памятью HBM на общей подложке. Но это всё упаковка 2.5D, которая использует тот или иной субстрат (мост, подложку).

2.5D упаковка TSMC: InFO и CoWoS

Настоящая 3D-упаковка с освоения технологии WoW (wafer-on-wafer). Это прямая состыковка кристаллов либо со стороны контактной группы, либо с лицевой стороны (со стороны расположения элементов). Сообщатся даже о первом клиенте на эту технологию, которым якобы стала компания HiSilicon (подразделение Huawei).

Сообщается, что для упаковки WoW и более прогрессивных методов производства чипов компания TSMC собирается строить на севере Тайваня новый завод. В компании TSMC не подтвердили эту информацию, но знакомые с работой правительственного агентства по контролю за окружающей средой источники раскрыли, что Environmental Protection Administration (EPA) начала оценку влияния возможного завода на среду вблизи города Чунань в провинции Мяоли.

Объёмная упаковка чипов представляется ключевой технологией для продления действия закона Мура. Пусть в видоизменённой форме, но этот закон продолжит работать. Это означает дальнейший прогресс в деле выпуска более совершенных полупроводниковых решений, а для компании TSMC самостоятельное участие в процессе прогрессивной упаковки чипов станет гарантией успешного будущего.

NVIDIA сотрудничает с DARPA в разработке систем для эпохи после закона Мура

NVIDIA снова была выбрана Агентством перспективных оборонных исследований США (DARPA) для совместной работы с группой университетских и отраслевых специалистов. Проект предусматривает разработку таких систем, которые бы позволили для алгоритмов, требующих интенсивного использования данных, добиваться производительности, близкой к специализированным под определённые задачи интегральным схемам (ASIC), не жертвуя при этом программируемостью чипов.

DARPA (подразделение исследований и разработок Министерства обороны США) в рамках прошедшего конкурса наградило команду NVIDIA четырёхлетним контрактом на сумму до $23 млн. Это произошло в рамках новой программы «Аппаратные системы, задаваемые программным обеспечением» (Software Defined Hardware, SDH), входящей в «Инициативу DARPA по возрождению электроники» (Electronics Resurgence Initiative, ERI).

В состав команды входят исследователи из NVIDIA, Массачусетского технологического института, Иллинойского университета в Урбане-Шампейне и Калифорнийского университета в Дэвисе. В ходе программы планируется продемонстрировать новаторские технологии в области прототипов аппаратного и программного обеспечения.

«Инициатива по возрождению электроники исследует новации, которые могли бы решить проблемы, вытекающие из прекращения действия так называемого „закона Мура“, — отметил вице-президент отдела архитектурных исследований NVIDIA Стив Кеклер (Steve Keckler). — Технологии, разработанные в рамках программы ERI , окажут существенное влияние на будущее электронных вычислительных устройств и продуктов NVIDIA » .

NVIDIA также будет сотрудничать с Cadence Design Systems для применения алгоритмов машинного обучения в области проектирования потоков автоматизации в рамках новой программы DARPA «Интеллектуальная разработка электронных активов» (Intelligent Design of Electronic Assets, IDEA).

Программа направлена на создание полностью автоматизированного генератора электронных схем без участия человека, который позволил бы пользователям, не имеющим опыта в области электронного проектирования, разработать физический дизайн электронного оборудования. Эти усилия будут дополнять текущие исследования NVIDIA методологии разработки высокопроизводительных интегральных схем в рамках программы DARPA Circuit Realization at Faster Timescales (CRAFT).

Intel готовится к эре «после закона Мура»

Intel активно развивает вычислительные технологии следующего поколения, которые помогут корпорации подготовиться к наступлению эры «после закона Мура».

Напомним, что закон Мура — это эмпирическое наблюдение, изначально сделанное Гордоном Муром, одним из основателей Intel. Закон в современной формулировке гласит, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые два года.

До сих пор производителям, пусть и с некоторыми отклонениями, в целом удавалось следовать закону Мура. Но с внедрением всё более «тонких» техпроцессов делать это становится труднее и труднее. Так, у Intel возникли значительные сложности с внедрением 10-нанометровой технологии, и корпорация нынешний 14-нанометровый процесс для четырёх поколений процессоров.

Ряд экспертов считают, что в скором времени закон Мура перестанет действовать, а компаниям, рано или поздно, придётся делать ставку на принципиально новые технологии.

Как сообщил глава Intel Брайан Кржанич (Brian Krzanich; на фото), корпорация делает «серьёзные инвестиции» в квантовые и нейроморфные вычисления.

Основным элементом квантовых вычислительных систем станут квантовые биты, или кубиты. Они могут находиться в когерентной суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей. Таким образом, с ростом количества использующихся квантовых битов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии. Результат — огромная скорость выполнения сложных задач.

Что касается нейроморфных вычислений, то речь идёт о создании компьютеров, работающих на принципах биологических нейронных сетей. Они, в частности, смогут принимать решения на основе моделей и ассоциаций.

Впрочем, господин Кржанич признаёт, что пройдёт, возможно, не одно десятилетие, прежде чем такие системы появятся на коммерческом рынке.

Исследователи продлили действие Закона Мура, создав 1-нм затвор

Как сообщает исследователь из Калифорнийского университета в Беркли Суджай Десай (Sujai Desay), в полупроводниковой индустрии долгое время считалось, что любые транзисторы с размером затвора менее 5 нм не будут работать. Всё что меньше этого размера даже не принималось во внимание. В последние годы это предположение, впрочем, стало выглядеть шатким, а теперь было полностью опровергнуто благодаря открытиям, сделанным исследователями упомянутого университета, а также магии углеродных нанотрубок, графена.

Команде в составе Али Джави (Ali Javey), Джеффа Бокора (Jeff Bokor), Ченминга Ху (Chenming Hu), Муна Кима (Moon Kim) и Филиппа Вонга (H.S. Philip Wong) удалось создать транзистор с 1-нанометровым затвором. В теории это открытие позволит сделать полупроводниковые чипы ещё меньше. Для сравнения: размеры затворов современных кремниевых транзисторов составляют 20 нм. Стоит отметить, что графен — не единственный материал, позволивший сделать столь серьёзный прорыв. Для достижения результата исследователи также использовали дисульфид молибдена (MoS2).

Проблема со сверхмалыми транзисторами состоит в том, что чем меньше они, тем сложнее становится контролировать передачу электронов через материал, утечки становятся слишком высокими, и транзисторы не работают. Но благодаря тому, что электроны «тяжелеют», проходя через MoS2, появляется возможность использовать меньшую длину затвора, вплоть до 1 нм. Измерения учёных показали, что транзистор на основе дисульфида молибдена с 1-нм затвором из углеродных нанотрубок позволяет осуществлять эффективное управление потоком электронов.

Стоит отметить, что хотя речь идёт о серьёзном открытии, учёные не в первый раз преодолевают порог в 5 нм при создании транзисторов, как об этом говорит Калифорнийский университет в Беркли. Например, ещё в 2008 году Университет Манчестера использовал графен для создания 1-нм транзистора, а в 2006 году корейские учёные применили FinFET для создания транзистора с длиной канала в 3 нм.

Так что можно быть спокойными: смерть Закона Мура (по крайней мере, с точки зрения плотности транзисторов на единицу площади) немного откладывается.

Через пять лет уменьшать техпроцессы станет невозможно

Многие эксперты полупроводниковой отрасли уже давно высказывали мнение о том, что Закон Мура себя изживает, и дальнейшее уменьшение размеров транзисторов вскоре упрётся в физический предел. Действительно, для производителей чипов переход на каждый новый техпроцесс становится всё более затратным.

Согласно прогнозам Ассоциации полупроводниковой промышленности (Semiconductor Industry Association), членами которой являются такие гиганты, как IBM и Intel, уже после 2021 года эра уменьшения размера полупроводниковых элементов завершится. Конечно, физически можно будет и дальше развивать новые проектные нормы, но эта затея станет настолько затратной, что попросту не окупится. Но это не означает, что прогресс остановится и Закон Мура перестанет выполняться. Просто инженеры будут искать другие пути развития. Среди наиболее перспективных отмечаются современные технологии 3D-микросхем и другие разработки, позволяющие более эффективно использовать доступное пространство.

Количество компаний, которые располагают достаточными ресурсами для конкуренции в производстве чипов, сокращается. Среди крупных игроков остались Intel, Globalfoundries, Samsung, TSMC. И, по мнению аналитиков, нет никаких гарантий, что кто-то ещё не покинет этот список.

Чип Google Tensor Processor упростит процесс машинного обучения и вернёт силу закону Мура

Сфера нейросетей и машинного обучения сегодня необычайно популярна. Искусственного разума она нам не обещает, но полностью автоматические машины уже появились на наших дорогах, причём практически все зарегистрированные с их участием аварии произошли по вине человека. И это только начало долгого пути. Компания Google уверена, что сумеет внести в дело машинного обучения серьёзный вклад, представив новый специализированный чип Tensor Processing Unit (TPU). Генеральный директор компании Сундар Пичаи (Sundar Pichai) на конференции I/O заявил, что решения класса TPU обеспечат в данной области производительность, на порядок превосходящую все решения на базе FPGA и даже GPU, включая NVIDIA Pascal GP100. Пока архитектура и возможности TPU Google остаются в строжайшем секрете, было лишь сказано, что они являются частью системы AlphaGo, обыгравшей чемпиона мира Ли Седоля в такой сложной настольной игре, как Го.

Судя по радиатору, Google TPU выделяет совсем немного тепла

Она, напоминаем, существенно сложнее классических шахмат именно в силу своей многовариантности и требовательности к творческому мышлению. Глава Google немного приоткрыл завесу секретности и заявил, что компания использует модули TPU в своих проектах уже больше года и проведённые исследования показывают необычайную энергоэффективность этих решений. Она настолько высока, что позволит, по мнению Google, продлить действие закона Мура ещё на три поколения вперёд, что примерно эквивалентно семи годам. Сам модуль представляет собой маленькую плату со скромным радиатором и легко монтируется в любой стоечный сервер, снабжённый нужным слотом. Модули TPU уже трудятся в системах RankBrain и Street View. Что же такое TPU или тензорный процессор?

Компания Silicon Graphics имела чип с аналогичным названием в своих рабочих станциях в начале двухтысячных годов. Это был вариант сигнального процессора (DSP), а DSP необычайно хороши там, где требуется многократное выполнение сравнительно простой задачи. Но если верить Google, связи между этими двумя TPU нет. Аналитики считают, что Google TPU не является тем звеном, которое непосредственно обучается. Скорее, это проигрыватель сложных алгоритмов, создаваемых на CPU, GPU и FPGA. По всей видимости, это своеобразная разновидность ASIC, похожая на те, что сделали криптовалюты недоступными рядовым добытчикам, вернее, сделали невыгодной их добычу. Главным недостатком чипов класса ASIC является высокая стоимость разработки и узкая направленность, неспособность выполнять операции, хоть как-то выходящие за пределы возможностей, заложенных в чип аппаратно. Вот почему они обычно используются там, где стоимость не важна — в правительственных организациях или корпорациях масштаба Google.

Intel: Закон Мура будет актуальным по меньшей мере 10 лет

Cпециалисты корпорации Intel предсказывают, что закон Мура проживёт ещё как минимум 10 лет, а количество транзисторов в микросхемах будет удваиваться каждые два года. Хотя дальнейшая минимизация транзисторов сопряжена с существенными трудностями, инженеры Intel готовы их решать.

В этом месяце закону Мура — согласно которому количество транзисторов в микросхемах удваивается каждые 18-24 месяца —исполняется полвека; беспрецедентный срок для промышленности, где каждое нововведение устаревает через пару лет. На самом деле, причиной того, почему закон Мура до сих пор актуален, является то, что каждый прорыв в технологии производства полупроводников сопровождается новым прорывом через 24 месяца, что позволяет разработчикам чипов удваивать количество их элементов.

Поскольку эмпирическое наблюдение об увеличении количества транзисторов было сделано Гордоном Муром (Gordon Moore), одним из основателей Intel, компания очень ревностно следит за дальнейшим соблюдением закона Мура. Инженеры Intel неустанно трудятся над исследованием и созданием новых материалов для построения микросхем, разрабатывают новые технологические процессы, а также проектируют ещё более высоко-интегрированные чипы. Глядя вперёд, в Intel считают, что эволюция полупроводников будет продолжаться в быстром темпе, и закон будет актуален по крайней мере ещё 10 лет. Или, может быть, больше.

«Мы видим примерно на 10 лет вперёд, наши исследователи выявили некоторые перспективные опции (для техпроцессов с линейным разрешением литографического оборудования в 7 нм и 5 нм)», — сказал Марк Бор (Mark Bohr), директор архитектуры техпроцессов и интеграции в Intel, во время специального мероприятия. «Мы считаем, что мы можем продолжать соблюдать закон Мура по крайней мере ещё 10 лет».

Специалисты Intel отмечают, что так как исследования и развитие производственных технологий процесс по большей части последовательный, практически невозможно точно предсказать, какие вызовы могут возникнуть, какие из них будут решены, а какие могут означать конец закона Мура. В том, что касается технологий производства полупроводников, Intel имеет горизонт около 10 лет.

«Если бы вы спросили меня 10 или 20 лет назад, я бы дал вам тот же ответ: наше видение тогда простиралось на десятилетие вперёд», — сказал господин Бор. «Было бы справедливо сказать, что в конечном итоге закон Мура замедлится или подойдёт к своему логическому концу, но мы не считаем, что это случится в скором будущем».

Руководитель разработки техпроцессов в Intel подтвердил, что компания рассматривает материалы на основе элементов из третьей-пятой колонок (III-V) таблицы Менделеева для возможного использования в канале транзисторов вместо гафния, который используется в четырёх последних технологическим процессах Intel в качестве диэлектрика. Господин Бор отказался комментировать, какие именно элементы рассматриваются в рамках исследований, а также не высказал каких-либо мыслей по поводу использования графена, или возможного использования новых транзисторных структур, таких как транзисторы с круговым затвором (gate-all-around field-effect transistor, GAA FET). Cчитается, что GAA FET-транзисторы c двумя или четырьмя затворами откроют новые возможности в масштабировании микросхем.

Несмотря на то, что закон Мура считается основополагающим для полупроводниковой промышленности, следует понимать, что в первую очередь это экономический закон. Как следствие, он может эволюционировать, трансформироваться или вообще пойти в другом направлении. Например, вместо того, чтобы уменьшать размеры транзисторов, производители микросхем могут начать устанавливать компоненты «слоями» поверх друг друга, тем самым увеличивая уровень интеграции. Уже сегодня микропроцессоры для мобильных телефонов имеют в своём составе слои оперативной, а также NAND флеш-типов памяти.

Поскольку в Intel уже исследуют возможности для освоения 5-нм и 7-нм технологических процессов, в то время как ASML (мировой лидер в производстве литографического оборудования для изготовления микросхем) изучает технологии, необходимые для разработки оборудования, которое будет использоваться для производства чипов с использованием 2-нм и 3-нм технологий, нет никаких сомнений, что закон Мура будет продолжать жить ещё 10 или более лет. Тем не менее, большой вопрос в том, сколько компаний будут иметь капитал на разработку новых технологий, покупку оборудования для производства микросхем, а также проектирование сверхсложных чипов.

Закону Мура исполняется 50 лет

В текущем месяце исполняется ровно 50 лет знаменитому эмпирическому закону Мура, который продолжает действовать по сей день, несмотря на то, что ему далеко не один раз пророчили потерю актуальности.

В апреле 1965-го в американском журнале Electronics Magazine была опубликована статья малоизвестного в то время химика Гордона Мура с обзором состояния микроэлектронной индустрии. Именно в этой работе содержалась короткая фраза, впоследствии превратившаяся в знаменитый закон: автор подметил, что появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно год после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое. Мур пришёл к выводу, что при сохранении этой тенденции мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени может вырасти экспоненциально.

Со временем формулировка закона Мура трансформировалась. Так, один из президентов Intel — Дэвид Хаус — предложил вариант, согласно которому «производительность процессоров удваивается приблизительно каждые полтора года».

За прошедшие десятилетия будущее закона Мура не раз ставилось под сомнение, но Intel удавалось найти решения, продляющие его актуальность. Помимо внедрения более «тонких» техпроцессов в этом помогают и принципиально новые технические решения, предусматривающие изменение структуры транзисторов. Так, в 2003 году для ускорения движения зарядов в канале был впервые применен напряжённый кремний (с растянутой кристаллической решеткой). В 2005-м изменили металл, из которого изготавливается затвор транзистора, а подзатворный диэлектрик стали делать из материала с высокой диэлектрической проницаемостью (High-K). А выход процессоров Ivy Bridge сопровождался переходом на транзисторы Tri-gate, характеризующиеся объёмной структурой.

В настоящее время наиболее передовые процессоры Intel производятся по 14-нанометровой технологии. В дальнейшем планируется переход на нормы 10, 7 и даже 5 нанометров.

Ещё в апреле 1965 года в журнале Electronics Magazine появилась статья малоизвестного в то время научного сотрудника Гордона Мура, затрагивающая микроэлектронную отрасль. Автор подметил закономерность: появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно год после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое. Именно это наблюдение и легло в основу закона Мура.

Впоследствии, уже занимая пост главы Intel, Гордон Мур (на фото) слегка подкорректировал свой закон, подняв длительность цикла удвоения количества транзисторов на кристаллах интегральных схем до двух лет. Существуют и другие формулировки закона: например, один из президентов Intel — Дэвид Хаус — предложил считать, что производительность процессоров удваивается каждые полтора года.

До сих пор производителям, пусть и с некоторыми отклонениями, в целом удавалось следовать закону Мура. Но с внедрением всё более «тонких» техпроцессов делать это становится труднее и труднее. К примеру, у той же Intel возникли сложности с массовым производством 14-нанометровых процессоров Broadwell. В корпорации говорят, что выпуск годных изделий этого поколения выйдет на уровень 22-нм продукции не ранее первого квартала 2015-го.

Так или иначе, но в Intel говорят, что дальнейшее соблюдении закона Мура будет возможно не только за счёт перехода на новые техпроцессы, но и благодаря внедрению инновационных технологий, таких как, например, транзисторы с трёхмерной структурой.

О сборке собственного компьютера : «Однажды я собрал ПК своими руками и, больше того, это была система с жидкостным охлаждением. Это было в 2001 году, и мне удалось разогнать процессор до частоты выше 4 ГГц. Увы, сейчас на такие увлечения у меня попросту нет времени».

О новых устройствах : «Сейчас я использую носимое устройство, позволяющее отслеживать биометрические показатели вроде сердечного ритма и количества сделанных шагов. Это очень интересно».

О планшетах : «В прошлом году мы продали около 12 млн планшетов [имеются в виду устройства различных производителей с процессорами Intel]. Цель на этот год — не менее 40 млн».

О законе Мура : «Я слышал предсказания о конце закона Мура пять или шесть раз, поэтому отношусь к таким заявлениям скептически. Ничто не указывает на то, что в течение ближайших десяти лет он перестанет действовать».

О будущем персональных устройств : «Тенденция такова, что компьютеры постоянно становятся компактнее, легче, мобильнее и всё более полагаются на Интернет. Если кто-то думает, что это прекратится, он сильно ошибается. На достигнутом IT-отрасль не остановится».

О будущем микрочипов : «В течение нескольких ближайших лет большое влияние на полупроводниковую промышленность окажут графен, углеродные нанотрубки и ещё три-пять материалов. Они позволят уменьшить токи утечки, снизить потребляемую мощность и сократить размеры чипов».

Биотехнологии продлят жизнь закону Мура

Британские ученые из Королевского общества в эти дни проводят специализированную конференцию под названием "За пределами закона Мура" (Beyond Moore"s Law). Выступить на конференции пригласили ведущих ученых и специалистов академической и прикладной науки. Целью мероприятие назвали определение судьбы упомянутого закона, сформулированного в 1965 году инженером и основателем корпорации Intel Гордоном Муром. Суть закона касается электроники и изначально гласила, что раз в год появляется новое поколение микросхем, а число транзисторов в них удваивается. Спустя 10 лет Мур подкорректировал закон, увеличив срок с одного до двух лет. Но сути самого закона это не изменило: электроника развивается экспоненциально.

Впрочем, спустя 40 лет, в течение которых данных закон был более-менее справедлив, специалисты и наблюдатели заговорили о скорой смерти казалось бы ставшего аксиомой посыла. Так ли это, покажут ближайшие несколько лет. Но на этой конференции в Лондоне обсуждалась применимость закона не только к электронике, но и к другим направлениям развития науки и технологий. В первую очередь разговор касался биотехнологий и вопросов здравоохранения.

По мнению организатора конференции профессора университета Глазго и специалиста по электронным системам Дэвида Камминга, чтобы современная цивилизация развивалась, необходимо подходить с точки зрения закона Мура не только к микроэлектронике, но и к любым другим техническим достижениям. И биотехнологии видятся основным поддерживающим фактором. Классическая электроника, как утверждает Камминг, будет развиваться все медленней. Но закон Мура будет и дальше работать, только уже в другой технологической нише.

Немного истории
19 апреля 1965 г., в журнале «Electronics» (vol. 39, № 8) в рубрике «Эксперты смотрят в будущее» вышла ныне всемирно знаменитая статья Гордона Мура (Gordon Moore) «Cramming more components onto integrated circuits» (Объединение большего количества компонентов в интегральных схемах). В этой статье Мур (будущий сооснователь корпорации Intel), работавший тогда директором отдела разработок компании Fairchild Semiconductors, дал прогноз развития микроэлектроники на ближайшие десять лет на основании анализа шестилетнего развития микроэлектроники, предсказав, что количество элементов на кристаллах электронных микросхем будет и далее удваиваться каждый год .

Вскоре после выхода статьи эта эмпирически подмеченная закономерность получила название закона Мура (Moore"s Law) и стала, пожалуй, самым знаменитым законом в IT-сфере и полупроводниковой индустрии, задав некий фундаментальный вектор развития технологии, которому разработчики микропроцессоров невольно стараются следовать вот уже более сорока лет! И хотя, строго говоря, закон Мура не принадлежит к числу научных — физических или математических — законов, на базе которых строятся наши современные представления о природе и протекающих в ней процессах, а является просто метко подмеченным эмпирическим правилом, отражающим экспоненциальный характер развития одной из многочисленных тенденций в современном человеческом обществе (в этом смысле закон Мура — скорее «социологический», чем «компьютерный»), он оказался очень удобным для описания определенных вещей и весьма полезным для прогнозирования деятельности компаний в этой области. Именно поэтому его так полюбили многие маркетологи и директора микроэлектронных предприятий, превратив в своеобразный фетиш.

Когда было сделано предсказание Мура, микроэлектроника пребывала в зачаточной фазе своего развития. Первый транзистор был создан в 1947 г. (а в 1956 г. за его открытие Бардину, Браттейну и Шокли вручили Нобелевскую премию по физике). Первая микросхема заработала 12 сентября 1958 г. в компании Texas Instruments (за ее изобретение Нобелевскую премию по физике присудили лишь в 2000 г.). «Первооткрывателями» микросхемы (то есть отцами современной микроэлектроники) считаются Джек Килби и один из основателей Intel Роберт Нойс. Физики, как таковой, при создании микросхемы было немного, но Килби и Нойс «всего-навсего» придумали технологию, которая совершила полный переворот в электронной промышленности. Кстати, к 1965 г. в самой сложной микросхеме компании Fairchild было всего лишь 64 транзистора, и о каких-либо достоверных статистических данных в этой отрасли не приходилось и говорить. Поэтому остается лишь поражаться, как в таких обстоятельствах Гордон Мур сумел предугадать фантастические темпы развития всей отрасли на несколько десятилетий вперед.

Выступая в 1975 г. на конференции International Electron Devices Meeting, Гордон Мур отметил, что за прошедшее десятилетие количество элементов на кристаллах действительно удваивалось каждый год, однако в будущем, когда сложность чипов возрастет, удвоение числа транзисторов в микросхемах будет происходить несколько медленнее — каждые два года. Это новое предсказание также сбылось, и закон Мура продолжает в этом виде (удвоение за два года) действовать поныне (то есть в течение почти тридцати лет!), в последнее время немного ускорившись до удвоения за 18 месяцев, что можно наглядно проследить на примере деятельности лидера современной полупроводниковой индустрии корпорации Intel.

О названии
Само название «закон Мура» впервые было дано утверждению Мура Карвером Мидом. Закон Мура настолько разрекламирован, что кажется незыблемой истиной. Популярность закона Мура выгодна и самим производителям микропроцессоров, т.к. спекуляции на этом законе позволяют сделать хорошую рекламу — именно так сейчас Intel преподносит его на своем сайте: «Инновации Intel продолжают воплощать закон Мура в жизнь!».

Существует несколько интерпретаций закона Мура:
наиболее выгодное число транзисторов на кристалле удваивается каждый год;
число транзисторов в производимых чипах удваивается каждые два года;
технологически возможное число транзисторов на кристалле микропроцессора удваивается каждые два года;
производительность микропроцессоров удваивается каждые 18 мес.;
тактовая частота микропроцессоров удваивается каждые 18 мес.;
вычислительная мощность компьютера удваивается каждые 18 мес.;
доступная вычислительная мощность удваивается каждые 18 мес.;
плотность транзисторов на чипе удваивается каждые 18 мес.;
вычислительная мощность, доступная за $ 1, удваивается каждые 18 мес.;
стоимость чипа падает вдвое каждые 18 мес.

Кто такой Гордон Мур

Заключение

…В 2003 г. Гордон Мур подсчитал, что количество транзисторов, ежегодно поставляемых на рынок в мире, достигло 10.000.000.000 .000.000.000. Это в сто раз больше, чем количество муравьев на

Кто такой Гордон Мур
Гордон Мур был одним из основателей Intel в августе 1968 г. и в течение последующих семи лет занимал должность исполнительного вице-президента корпорации. В 1975 г. он стал президентом и главным управляющим Intel и занимал обе должности до 1979 г., когда пост президента сменил на должность председателя совета директоров. Главным управляющим корпорации Intel доктор Мур работал до 1987 г., а на посту председателя совета директоров — до 1997 г., когда его удостоили звания почетного председателя совета директоров. Ныне 78-летний Гордон Мур является почетным председателем совета директоров корпорации Intel и проживает на Гавайях.

Заключение
Справедливости ради, следует признать, что так называемый закон Мура не выполняется с точностью, достаточной для того, чтобы считать его не только законом, но и эмпирической зависимостью. Возможно, что шумиха вокруг закона Мура — это ловкий маркетинговый ход корпорации Intel. Но так или иначе, этот закон был подхвачен всеми и пришелся по душе компьютерным обывателям. Многие ученые считают, что закон Мура стал популярен потому, что в простой и очень доступной форме определяет фантастические (пока недоступные ни одной другой отрасли экономики!) темпы развития полупроводниковой индустрии.

Настоящая статья основана на пресс-релизе корпорации Intel и других официальных материалах, так как никто не расскажет лучше о своём создателе, чем его дитя.

В апреле 1965 года, примерно за три с половиной года до создания корпорации Intel, Гордон Мур (Gordon E. Moore), занимавший в ту пору должность директора отдела разработок компании Fairchild Semiconductors, в статье для журнала Electronics дал прогноз развития микроэлектроники, получивший вскоре название закона Мура.

Ныне доктор Гордон Мур является почетным председателем совета директоров корпорации Intel. В августе 1968 года он стал одним из основателей Intel и в течение последующих семи лет занимал должность исполнительного вице-президента корпорации. В 1975 году он стал президентом и главным управляющим Intel и занимал обе должности до 1979 года, когда пост президента сменил на должность председателя совета директоров. Главным управляющим Intel Гордон Мур работал до 1987 года, а на посту председателя совета директоров - до 1997 года, когда его удостоили звания почетного председателя совета директоров. 19 апреля Закону Мура исполнилось 40 лет, и все эти годы он остается непререкаемым правилом для всей индустрии информационных технологий.

40 лет назад микроэлектроника пребывала в зачаточном состоянии. Чипов тогда производилось совсем мало, в самой сложной микросхеме компании Fairchild было всего 64 транзистора, о каких-либо достоверных статистических данных в этой отрасли не приходилось и говорить. Остается лишь поражаться, как в таких обстоятельствах Гордон Мур сумел предугадать фантастические темпы развития всей отрасли на несколько десятилетий вперед и предсказать, что количество транзисторов на чипе ежегодно будет удваиваться. Более того, одновременно он сделал провидческий прогноз последствий этого, предсказав, что по мере экспоненциального увеличения числа транзисторов на микросхеме процессоры будут становиться все более дешевыми и быстродействующими, а их производство - все более массовым.

По своей сути закон Мура является не законом природы, а, скорее, эмпирическим правилом. В своей первоначальной формулировке он действовал до 1975 года, когда, выступая на конференции «International Electron Devices Meeting», Гордон Мур внес в него коррективы, высказав предположение, что при производстве все более сложных чипов удвоение числа транзисторов будет происходить каждые два года. И опять он оказался прав, разве что в последние годы количество транзисторов на микропроцессоре порой удваивается с интервалом в полтора года.

Почему столь простая формулировка закона развития микроэлектроники вот уже сорок лет на все лады цитируется во всем мире, став своеобразным фетишем для тех, кто работает на рынке информационных технологий? И почему закон Мура стал настолько универсальным, что его без колебаний применяют при прогнозировании роста Интернета и пропускной способности каналов связи, для предсказания увеличения емкости жестких дисков и многого другого?

Происходит все это, прежде всего, потому, что закон Мура в на редкость простой, доступной пониманию каждого форме определяет фантастические, недоступные ни одной другой отрасли экономики, темпы развития полупроводниковой индустрии. На ее стремительном росте сегодня зиждется вся мировая экономика, которая уже просто немыслима без компьютеров всех сортов. Некоторые аналитики даже предсказывают, что «конец эпохи закона Мура» приведет к новой великой депрессии, до самых основ потрясшей американскую экономику в 30-е годы прошлого века. Так или иначе, обнаруживая действие закона Мура во все новых сферах высоких технологий, мы лишь подтверждаем наличие постоянного, очень быстрого прогресса технологий, а значит, и всей мировой экономики.

Вездесущий микропроцессор

Когда в 1971 г. Intel выпустила свой первый микропроцессор, никто и предвидеть не мог весь диапазон использования микроэлектроники. Перечислим лишь некоторые из областей применения микросхем:

• Контроллер светофора
• Интерактивные игрушки
• Радиомодем
• Передача спутниковых данных
• Цифровая автомобильная навигационная система
• Автомобильная система управления зажиганием и впрыском
• Принтеры
• Профессиональный звуковой микшерный пульт
• Локомотивы (микропроцессор управляет распределением электроэнергии по двигателю)
• Интерактивный видеоэкран с тактильным управлением
• Клавиатура терминала
• Система управления распределением энергии
• Контроллер процесса (микропроцессор управляет такими переменными технологического процесса, как температура, давление, расход, уровень и т. п.)
• Система поиска рыбы
• Электроорган, гитара, синтезатор
• Детектор гелия
• Физкультурное оборудование
• Электронные «стрелки»
• Лабораторные весы
• Контроллер сцепления трансмиссии морского катера
• Кассовый терминал
• Сотовый телефон
• Декодер кабельного TV
• Факсимильный аппарат
• Спутниковый приемник
• Медицинское оборудование
• Система поиска пациента и тревожного оповещения
• Торговые автоматы
• Электронный плотницкий уровень
• Фотокопировальный аппарат
• Принтер этикеток со штрих-кодом
• Рука робота

Любопытные факты и цифры

В 2003 году Гордон Мур подсчитал, что количество транзисторов, ежегодно поставляемых на рынок, достигло 10.000.000.000.000.000.000 (1019).

Разрабатываемый сейчас в Intel метод производства микропроцессоров предусматривает, что расстояние между транзисторами на чипе составит одну десятитысячную толщины человеческого волоса. Это равносильно тому, чтобы провести автомобиль по прямой длиной в 650 км с отклонением от оси менее 2,5 см.

В 1978 году авиабилет по маршруту Нью-Йорк-Париж стоил около 900 долларов, а перелет длился около 7 часов. Если бы авиаиндустрия развивалась в соответствии с законом Мура, то сегодня авиабилет на тот же маршрут стоил бы менее цента, а перелет занял бы менее одной секунды.

За время существования корпорации Intel (то есть с 1968 года) себестоимость производства транзисторов упала до такой степени, что теперь обходится примерно во столько же, сколько стоит напечатать любой типографский знак - например, запятую.

В процессе разработки микропроцессоров, содержащих один миллиард транзисторов, Intel уменьшила величину транзисторов до такой степени, что теперь на булавочной головке могут разместиться 200 млн транзисторов.

Современные транзисторы производства корпорации Intel открываются и закрываются со скоростью полтора триллиона раз в секунду. Чтобы включить и выключить электрический выключатель полтора триллиона раз, человеку потребовалось бы 25 тысяч лет.

Что дальше?

За истекшие сорок лет скептики сотни раз предсказывали закону Мура скорую кончину, но ученые и инженеры Intel своими открытиями и неустанным трудом снова и снова подтверждали провидческий дар и безупречность выводов одного из отцов-основателей корпорации.

На весеннем (2002 г.) Форуме Intel для разработчиков (IDF) главный технический директор корпорации Intel Патрик Гелсингер сказал: «Наша задача состоит сегодня не только в том, чтобы продлить жизнь закону Мура, но и в том, чтобы максимально расширить сферу его действия, распространив его и на другие области ». Первоначально закон Мура был простым выводом из наблюдений за первыми этапами развития индустрии микропроцессоров, этаким эмпирическим постулатом. Но уже через несколько лет он стал руководящим принципом развития для всей отрасли, а теперь иначе как законом его никто и не называет. «Честно говоря, я часто спрашивал себя, когда же закончится действие закона Мура, как долго мы еще сможем пользоваться его плодами? - говорит П. Гелсингер - В 1980 году, когда я пришел в Intel, мы ломали голову над тем, как достичь технологической нормы производства микропроцессоров в 1 микрон. В девяностые годы перед нами встала задача внедрить технологическую норму в одну десятую микрона, и опять она казалась нам недостижимой. А сегодня мы думаем о том, как преодолеть барьер в одну сотую микрона. Могу пообещать вам, что до моей пенсии, то есть в течение еще двадцати пяти лет, закон Мура будет действовать. Уверен, что еще не одно десятилетие он будет руководящим принципом развития отрасли ».

«Закон Мура - основной лейтмотив нашей деятельности в области конвергенции вычислительных и коммуникационных возможностей », - заявил глава корпорации Intel Крейг Барретт, открывая весенний (этого года) Форум Intel для разработчиков. - «Приверженность корпорации Intel закону Мура позволяет нам создавать интегрированные платформы, которые предоставляют широкий диапазон возможностей для отдельных людей и организаций, использующих эти технологии. Для эффективной реализации всего потенциала новых возможностей все большее значение приобретают процесс внедрения инноваций и общеотраслевое сотрудничество ». Со своей стороны, в своем выступлении на последнем IDF Паоло Джарджини, директор по технологической стратегии корпорации Intel, подтвердил, что закон Мура продолжает действовать и что в полном соответствии с ним корпорация Intel продолжает вводить новые технологические процессы каждые два года. Залогом успешной деятельности Intel на этом направлении служат ежегодные многомиллиардные вложения корпорации в научно-исследовательские разработки, постоянную модернизацию и расширение своих производственных мощностей. Достаточно сказать, что в 2005 году Intel планирует израсходовать на эти цели более 10 млрд долларов.

В 2005 году начнется производство чипов по технологии 65 нанометров, на 2007-й намечен переход на 45-нанометровый процесс, на 2009 год - внедрение 32-нанометрового, а в 2011 году настанет черед технологического процесса 22 нм. Как подчеркнул Паоло Джарджини, в корпорации Intel уже есть конкретные научно-технические разработки, которые позволяют реализовать все эти планы.

Тогда же Паоло Джарджини заявил, что вплоть до 2020 года Intel сможет создавать транзисторы по современной схеме работы - с электродами и затвором между ними. К тому времени, однако, размеры всех элементов транзистора достигнут атомарных размеров, и уменьшать их дальше будет просто невозможно. Следовательно, уже сейчас необходимо искать новые подходы. Один из них - организация передачи сигнала на уровне элементарных частиц, путем спиновых волн.

В лабораториях Intel уже сейчас разрабатываются идеи, которые будут воплощены в чипах только лет через 10. Одна чисто теоретическая идея заключается в многократном использовании электронов. В современных архитектурах электроны перемещаются от истока к стоку, а затем теряются. «При утилизации вы просто переносите электрон в другое место », - пишет Джарджини в одной из своих работ. - «Можно производить множество операций, не теряя электронов ».

Другая альтернатива - углеродные и кремниевые нанотрубки. Транзисторы, изготовленные из таких материалов, имеют сопоставимые размеры. Диаметр углеродных нанотрубок - 1-2 нм, но в экспериментальных транзисторах исток и сток расположены по их длине. Это позволяет повысить быстродействие и уменьшить потребляемую энергию, однако размер больше не сократится.

«Экзотические структуры, такие как углеродные нанотрубки, могут найти применение в технологии КМОП (комплементарные металл-оксидные полупроводники) не столько для ускорения темпов миниатюризации, сколько для повышения производительности устройств или, возможно, упрощения их изготовления », - пишет Джарджини. - «Даже если для цифровой логики будет изобретено принципиально иное средство перемещения электронов, возможности его масштабирования для повышения плотности и производительности не зайдут много дальше пределов, достижимых технологией КМОП, главным образом, из-за ограничений, налагаемых требованием отвода тепла ».

Следующая альтернатива - изготавливать чипы больших размеров, наращивая их площадь или строя трехмерные многослойные микросхемы. Такие решения предлагал сам Гордон Мур, а также профессор Стэнфордского университета Том Ли и некоторые другие исследователи. Каким путем пойдет дальнейшее развитие полупроводников - покажет время.

Так или иначе, практическая деятельность Intel не только продлевает жизнь закону Мура, но и распространяет его действие на самые разные сферы. Микропроцессоры становятся буквально вездесущими, а достижения высоких технологий - максимально демократичными, поскольку наравне с традиционными нишами Intel предлагает использовать их и в совершенно новых областях: в беспроводных технологиях, сенсорах и сенсорных сетях, а также в оптических технологиях. Так что, по мнению руководства Intel, все только начинается…

Вот уже на протяжении 40 лет развитие микроэлектроники служит главной движущей силой всемирной технологической революции, принося радикальные позитивные перемены в жизни миллиардов людей. Закон Мура открывает новый, удивительно увлекательный и разнообразный цифровой мир. Будущее уже наступило, и осталось лишь научиться жить в нем.

От себя только остаётся поздравить дедушку электронной промышленности с этим юбилеем и пожелать ему здоровья и творческого долголетия.

Те, кто интересуется дополнительными материалами, например, оригинальным текстом, могут найти их по .

• Перевод

Примечание. Дата публикации статьи: 26.12.2015. За прошедшее время некоторые тезисы автора подтвердились реальными фактами, а некоторые оказались ошибочными - прим. пер.

В последние 40 лет мы видели, как скорость компьютеров росла экспоненциально. У сегодняшних CPU тактовая частота в тысячу раз выше, чем у первых персональных компьютеров в начале 1980-х. Объём оперативной памяти на компьютере вырос в десять тысяч раз, а ёмкость жёсткого диска увеличилась более чем в сто тысяч раз. Мы так привыкли к этому непрерывному росту, что почти считаем его законом природы и называем законом Мура. Но есть пределы этому росту, на которые указал и сам Гордон Мур . Мы сейчас приближаемся к физическому пределу, где скорость вычислений ограничена размером атома и скоростью света.

Канонические часы Тик-так от Intel начали пропускать такты то здесь, то там. Каждый «тик» соответствует уменьшению размера транзисторов, а каждый «так» - улучшение микроархитектуры. Нынешнее поколение процессоров под названием Skylake - это «так» с 14-нанометровым технологическим процессом. Логически, следующим должен стать «тик» с 10-нанометровым техпроцессом, но Intel теперь выдаёт «циклы обновления» после каждого «так». Следующий процессор, анонсированный на 2016 год, станет обновлением Skylake, всё ещё на 14-нанометровом техпроцессе . Замедление часов Тик-так - это физическая необходимость, потому что мы приближаемся к лимиту, где размер транзистора составляет всего несколько атомов (размер атома кремния - 0,2 нанометра).

Другое физическое ограничение - это скорость передачи данных, которая не может превышать скорость света. Требуется несколько тактовых циклов, чтобы данные попали из одного конца CPU в другой конец. По мере того как микросхемы становятся крупнее с большим и большим количеством транзисторов, скорость начинает ограничиваться самой передачей данных на микросхеме.

Технологические ограничения - не единственная вещь, которая замедляет эволюцию процессоров. Другим фактором является ослабление рыночной конкуренции. Крупнейший конкурент Intel, компания AMD, сейчас больше внимания уделяет тому, что она называет APU (Accelerated Processing Units), то есть процессорам меньшего размера с интегрированной графикой для мини-ПК, планшетов и других ультра-мобильных устройств. Intel теперь завладела подавляющей долей рынка процессоров для высококлассных ПК и серверов. Свирепая конкуренция между Intel и AMD, которая несколько десятилетий толкала вперёд развитие процессоров x86, практически исчезла.

Рост компьютерной мощи в последние годы идёт не столько от увеличения скорости вычислений, сколько от усиления параллелизма. В современных микропроцессорах используется три типа параллелизма:

1. Одновременное выполнение нескольких команд с изменением их очерёдности.
2. Операции Single-Operation-Multiple-Data (SIMD) в векторных регистрах.
3. Несколько ядер CPU на одной микросхеме.

У этих типов параллелизма нет теоретических лимитов, но есть реальные практические. Выполнение команд с изменением их очерёдности ограничено количеством независимых команд в программном коде. Вы не можете одновременно выполнить две команды, если вторая команда ждёт результат выполнения первой. Нынешние CPU обычно могут одновременно выполнять четыре команды. Увеличение этого количества не принесёт много пользы, потому что процессору будет сложно или невозможно найти в коде больше независимых команд, которые можно выполнить одновременно.

В нынешних процессорах с набором инструкций AVX2 есть 16 векторных регистров по 256 бит. Грядущий набор инструкций AVX-512 даст нам 32 регистра по 512 бит, и вполне можно ожидать в будущем расширения на 1024- или 2048-битные векторы. Но эти увеличения векторных регистров будут давать всё меньший эффект. Немногие вычислительные задачи имеют достаточный встроенный параллелизм, чтобы извлечь выгоду из этих векторов большего размера. 512-битные векторные регистры соединяются набором регистров маски, у которых ограничение на размер 64 бита. 2048-битные векторные регистры смогут хранить 64 числа одинарной точности по 32 бита каждое. Можно предположить, что Intel не планирует делать векторные регистры более чем 2048 бита, поскольку они превзойдут ограничения 64-битных регистров маски.

Многочисленные ядра CPU дают преимущество только если имеется множество критических к скорости одновременно работающих программ или если задача делится на многочисленные независимые потоки. Количество потоков, на которые можно с выгодой разделить задачу, всегда ограничено.

Производители без сомнения постараются делать всё более и более мощные компьютеры, но какова вероятность, что эту компьютерная мощь можно будет использовать на практике?

Существует четвёртая возможность параллелизма, которая пока не используется. В программах обычно полно веток if-else, так что если CPU научатся предсказывать, какая из веток сработает, то можно было бы поставить её на выполнение. Можно выполнять одновременно сразу несколько веток кода, чтобы избежать потери времени, если предсказание окажется неправильным. Конечно, за это придётся заплатить повышенным энергопотреблением.

Другое возможное улучшение - разместить программируемое логическое устройство на микросхеме процессора. Подобная комбинация сейчас является обычным делом для так называемых FPGA, которые используются в продвинутой аппаратуре. Такие программируемые логические устройства в персональных компьютерах можно использовать для реализации функций, специфических для конкретных приложений, для задач вроде обработки изображений, шифрования, сжатия данных и нейросетей.

Полупроводниковая индустрия экспериментирует с материалами, которые можно использовать вместо кремния. Некоторые полупроводниковые материалы III-V способны работать на более низком напряжении и на более высоких частотах, чем кремний , но они не делают атомы меньше или свет медленнее. Физические ограничения по-прежнему в силе.

Когда-нибудь мы можем увидеть трёхмерные многослойные чипы. Это позволит уплотнить схемы, уменьшить расстояния, а следовательно, и задержки. Но как эффективно охлаждать такой чип, когда энергия распространяется повсюду внутри него? Потребуются новые технологии охлаждения. Микросхема не сможет передавать питание на все схемы одновременно без перегрева. Ей придётся держать отключенными большинство своих частей основную часть времени и подавать питание в каждую часть только во время её использования.

В последние годы скорость CPU увеличивается быстрее, чем скорость RAM, которая часто становится серьёзным узким местом. Без сомнения, в будущем мы увидим много попыток увеличить скорость оперативной памяти. Вероятной разработкой будет поместить оперативную память на одну микросхему с CPU (или хотя бы в один корпус), чтобы уменьшить расстояние для передачи данных. Это будет полезное использование трёхмерных чипов. Вероятно, RAM будет статического типа, то есть на каждую ячейку памяти будет подаваться питание только когда к ней осуществляется доступ.

Intel также снабжает рынок суперкомпьютеров для научного использования. У процессора Knight"s Corner - до 61 ядра на одной микросхеме. Он имеет слабое соотношение производительность/цена, но его ожидаемый наследник Knight"s Landing должен быть лучше по этому показателю. Он вместит до 72 ядер на чипе и сможет выполнять команды с изменением их очерёдности. Это маленький нишевый рынок, но Intel может повысить свой авторитет.

Сейчас лучшие возможности по улучшению производительности, как я думаю, с программной стороны. Разработчики ПО быстро нашли применение экспоненциальному росту производительности современных компьютеров, который произошёл благодаря закону Мура. Программная индустрия стала использовать её, а также начала использовать более и более продвинутые инструменты разработки и программные фреймворки. Эти высокоуровневые инструменты разработки и фреймворки сделали возможным ускорить разработку ПО, но за счёт потребления большего количества вычислительных ресурсов конечным продуктом. Многие из сегодняшних программ довольно расточительны в своём чрезмерном потреблении аппаратной вычислительной мощности.

На протяжении многих лет мы наблюдали симбиоз между аппаратной и программной индустриями, где последняя производила всё более продвинутые и ресурсоёмкие продукты, которые подталкивали пользователей покупать всё более мощное оборудование. Поскольку скорость роста аппаратных технологий замедлилась, а пользователи перешли на маленькие портативные устройства, где ёмкость батареи важнее, чем производительность, программной индустрии теперь придётся изменить курс. Ей придётся урезать ресурсоёмкие инструменты разработки и многоуровневый софт и разрабатывать программы, не так набитые функциями. Сроки разработки увеличатся, но программы станут потреблять меньше аппаратных ресурсов и быстрее работать на маленьких портативных устройствах с ограниченным ресурсом батареи. Если индустрия коммерческого ПО сейчас не изменит курс, то может уступить долю рынка более аскетичным продуктам open source.