Istota prawa Moore'a

Magazyn Electronics w 1965 opublikował dobrze znany artykuł na temat integracji komponentów zintegrowanych systemów, autorstwa Gordona Moore'a, który założył firmę Intel w przyszłości. Nawiasem mówiąc, oryginalny dokument, a raczej jego zeskanowana kopia, jest przechowywany w muzeum korporacji. Oczywiście wirtualny.

Niesamowite prognozy

W tym czasie Moore był dyrektorem ds. Rozwoju w Fairchild Semiconductor. Analizował rozwój technologii komputerowej w ciągu ostatnich sześciu lat i sporządził prognozę na następne dziesięć lat. Zgodnie z empirycznym prawem Moore'a średnia liczba tranzystorów w mikrochipach podwoi się każdego roku.

Ta cecha, określona doświadczeniem, stała się znana jako Prawo Moore'a (pierwotnie Prawo Moore'a) i stała się jednym z najbardziej znanych praw w dziedzinie technologii komputerowej. Gordon Moore dosłownie nadał tempo rozwoju technologii i przez cztery dziesięciolecia twórcy procesorów śledzili go, dobrowolnie lub nieświadomie. Podobnie jak prawo Murphy'ego, nie można go nazwać fizycznym, matematycznym i ogólnie naukowym, jest to tylko dobrze przestrzegana zasada empiryczna, mówiąca o wykładniczej naturze rozwoju jednej ze sfer technologicznych.

Dzięki niemu okazało się bardzo wygodne przewidywanie działalności firm informatycznych, więc prawo Moore'a było kochane przez wielu marketerów i dyrektorów korporacji mikroelektronicznych.

Kim on jest?

Gordon Moore był współzałożycielem firmy Intel. Przez następne siedem lat pełnił funkcję wiceprezesa spółki, aw 1975 r. Zajmował stanowisko prezesa i dyrektora generalnego. Do 1979 r. Gordon Moore zajmował oba stanowiska, ale zrezygnował z funkcji prezesa i zasiadł w radzie dyrektorów. Był dyrektorem generalnym w firmie Intel do 1987 r. I pełnił funkcję przewodniczącego do 1997 r. W tym samym roku otrzymał tytuł "honorowego prezesa zarządu". Teraz Gordon Moore ma prawie dziewięćdziesiąt lat, nadal jest honorowym przewodniczącym Intel i mieszka na słonecznych Hawajach.

W czasach Moore'a

Tak, tempo rozwoju technologii jest niesamowite. Jeśli teraz elektronika poradzi sobie prawie ze wszystkim, to czterdzieści lat temu, w czasach Gordona Moore'a, ta sfera dopiero zaczyna się rozwijać. Firma Texas Instrument wprowadziła pierwszy chip w dniu 12 września 1958 r. (Tak przy okazji, w 2000 r. Uzyskano nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki). Współczesna mikroelektronika zawdzięcza swój wygląd Jackowi Kilby i Robertowi Noyce'owi, który wraz z Moore był założycielem Intel. Tworzenie chipa nie wymaga błyskotliwych odkryć w terenie, ale Noyce i Kilby opracowali technologię, która zmieniła cały przemysł elektroniczny.

Do 1965 roku, kiedy opublikowano słynne oświadczenie Moore'a, najbardziej złożony mikroukład składał się z 64 tranzystorów, więc zaskakujące jest to, że Gordon Moore był w stanie wyprowadzić tak zadziwiająco dokładne statystyki, które wyznaczają tempo rozwoju branży technologii elektronicznych na dziesięciolecia.

Nowe sformułowanie

Dziesięć lat później, Moore, upewniając się, że zasada działa, nieznacznie ją skorygowała. W swoim wystąpieniu na konferencji International Electron Devices Meeting (nawiasem mówiąc, dokument można również obejrzeć w wirtualnym muzeum Intela), powiedział, że w ciągu ostatnich dziesięciu lat liczba elementów zawartych w kryształach podwoiła się, ale rośnie złożoność urządzenia chipowego. Dlatego współczesne prawo Moore'a stwierdza, że ​​liczba tranzystorów nie podwoi się co roku, ale co dwa.

I jego założenie zostało ponownie potwierdzone. Zaktualizowane prawo Moore'a funkcjonuje do tej pory, przy niewielkim przyspieszeniu: podwojenie ma miejsce w ciągu osiemnastu miesięcy, łatwo zauważyć, jeśli przeanalizujemy techniczne charakterystyki produktów Intela.

W 2003 r. Moore w swojej nowej pracy stwierdził, że wzrost ilości fizycznych wykładniczo nie może trwać w nieskończoność, prędzej czy później zostaną osiągnięte ograniczenia. W pewnym momencie prawo Moore'a nadal istniało dzięki ewolucji technologii i tranzystorów. W 2007 r. Założyciel firmy Intel powiedział również, że prawo wkrótce przestanie działać ze względu na szybkość światła i fakt, że wszystkie substancje mają charakter atomowy.

Imię

Gordon Moore nie spodziewał się, że w jego wypowiedziach pojawi się taki szum, a nazwa "Prawo Moore'a" wymyśliła, według samego Gordona, Carvery Meada. Jednak zasada ta została przyjęta przez wszystkich, stała się tak reklamowana, że ​​wydawała się i nadal wydaje się niezachwiana prawda i zachęca producentów do pracy w takim tempie. Jednak dla samych przedsiębiorstw istnienie i popularność reguły jest korzystna - mogą one służyć jako reklama. Na przykład jedno z haseł reklamowych firmy Intel mówi, że ich innowacje nadal wdrażają prawo Moore'a.

O liczbach

Na przykład ciekawe będzie, jak liczba tranzystorów wzrosła z biegiem lat na przykładzie produktów Intela. W 1971 r. Procesor 4004 miał 2,3 tys. Tranzystorów. Imponujące w porównaniu z 64 tranzystorami w 1965 roku. W 1974 roku wydano Intel 8080, który ma pięć tysięcy. Cztery lata później w procesorze 8086 było już 29 tysięcy! W 1982 r. - 120 tys., Aw 1985 r. - 275 tys. Nazwy w postaci liczb nie są zbyt dobrze pamiętane, ale procesor Pentium jest prawdopodobnie znany każdemu. Pierwszy model został wydany w 1993 roku. Liczba tranzystorów w Pentium - ponad trzy miliony, w Pentium ll - 7,5 miliona, aw trzecim - 24. Nowa generacja, o nazwie Itanium, została wydana w 2002 roku. Ten procesor składał się z 220 milionów tranzystorów, aw 2005 r. Modele Itanium Montecito zwiększyły tę liczbę do 1,72 miliarda.

Interpretacje

Istnieje również kilka definicji wyjaśniających istotę prawa Moore'a. Według jednego z nich, nie liczba tranzystorów jako takich, ale najkorzystniejsza ich liczba, podwaja się. Druga interpretacja mówi, że potencjalna liczba elementów rośnie. Na trzecim, raz na osiemnaście miesięcy pojawia się procesor, który ma wydajność dwa razy większą od poprzedniej.

Istnieją pewne inne parametry, które opisuje prawo Moore'a. Sformułowanie następującej interpretacji jest następujące: co dwa lata parametry takie jak częstotliwość zegara procesorów i moc obliczeniowa komputera wzrastają dwukrotnie. Jedna z najbardziej ciekawych i jednocześnie praktycznych wersji prawa mówi, że moc obliczeniowa dostępna za jednego dolara rośnie.

Co ciekawe, sam Gordon Moore myśli i mówi o tym: prawo Moore'a, powiedział, nie jest potwierdzone z dokładnością, po prostu reprezentuje tempo rozwoju technologii w sposób łatwy i żywy, a hype wokół niego jest prawdopodobnie doskonałym ruchem marketera, ponieważ Intel szczególnie lubi trzymać go przy uchu. Niemniej jednak oświadczenie zostało odebrane przez komputerowych maniaków i oczywiście im się podobało.

Informacje o programach

W praktyce nie można użyć mocy, którą sugeruje prawo empiryczne Moore'a, bez użycia obliczeń równoległych. W produkcji procesorów przez długi czas zwiększano częstotliwość taktowania, a równolegle wykonywano instrukcje. W rzeczywistości okazało się, że nowe procesory wykonują programy jednowątkowe starego modelu znacznie szybciej, bez zmiany kodu programu. Jednak nowi producenci używają architektury wielordzeniowej, więc aby wykorzystać wszystkie korzyści wynikające ze zwiększonej produktywności, konieczne jest ponowne napisanie programów, ale nie zawsze jest to możliwe do zrealizowania. Ponadto wzrost wydajności związany z równoległością jest ograniczony, co jest kolejną zasadą.

Prawo Amdal

W 1967 r. Powstało inne prawo, które w przeciwieństwie do prawa Moore'a ma dowód matematyczny. Zgodnie z prawem Amdal, wydajność nie może zostać zwiększona w nieskończoność z powodu równoległości obliczeń: niezależnie od tego, ile części zadanie zostanie podzielone, całkowity czas wykonania nie będzie krótszy niż czas potrzebny do rozwiązania najbardziej złożonego i długiego fragmentu. Ponadto czas jest ograniczony przez obecność w zadaniu fragmentów, dla których wymagane jest wykonanie sekwencyjne.

Efekt prawa Moore'a jest łatwy do naśladowania na prostym przykładzie. Załóżmy, że komputer wykonuje produkcję komponentów do samochodu. Pomimo tego, że każda część jest tworzona jednocześnie z innymi, całkowity czas nie może być mniejszy niż to, co jest potrzebne do pracy na najbardziej złożonej części. Druga część ustawy, mówiąc o sekwencji wykonania, wyjaśnia następujący przykład. Załóżmy, że komputer musi wykonać proste zadanie: umieścić jabłka w pudełku. Jeśli zaangażowany jest pojedynczy rdzeń, jabłka będą układane jeden po drugim. Jeśli struktura procesu jest wielordzeniowa i prawdopodobnie wielowątkowa, komputer będzie mógł jednocześnie umieścić tyle jabłek, ile jest wolnych rdzeni. Jeśli jednak, na przykład, dana osoba potrzebuje komputera, aby złożyć jabłka i policzyć ich liczbę, wówczas w tym przykładzie można prześledzić nie tylko potrzebę sekwencyjnego wykonania, ale także ewolucję algorytmu programu. Każdy rdzeń postawi jabłko i "zapisze" ile z nich wysłał do pudełka. Następnie, w drugim procesie, każdy rdzeń będzie dostarczał informacji o położonych jabłkach, a całkowita ilość zostanie określona przez dodanie.

Prawo Moore'a i komputer kwantowy

Kiedy skończy się prawo Moore'a? Można założyć, że będzie działać tak długo, jak chipy będą miały tranzystory. Jednak ludzkość już opracowuje nową generację komputerów, których działanie opiera się na efektach kwantowych. Podstawowa różnica polega na działaniu jednostek elementarnych. W komputerze, do którego jesteśmy przyzwyczajeni, wykorzystywany jest kod binarny, w którym każda wartość jest kodowana zerami i jedynymi. Odpowiednio element elementarny - bit - może mieć tylko jedną wartość - zero lub jeden.

Działanie komputera kwantowego opiera się na zastosowaniu efektu superpozycji, tak że bit kwantowy lub łokieć może mieć jednocześnie dwie wartości, a więc prędkość zwiększy się kilkadziesiąt, a nawet setki razy. Komputery kwantowe już istnieją, ale wyglądają jak ogromne maszyny, które wykonują tylko najprostsze operacje, takie jak tradycyjne komputery. Jednak, chociaż prawo Gordona Moore'a nadal działa.