Что такое закон Мура

Закон Мура — это наблюдение, сделанное американским инженером и соучредителем Intel Гордоном Муром. В 1965 году он предсказал, что количество транзисторов (это полупроводниковое устройство, которое используют, чтобы усиливать или переключать электрические сигналы и питание) на кремниевом чипе будет удваиваться каждые два года.

Как звучит закон Мура

Закон Мура не аксиома, а описание тенденции. Согласно ей количество транзисторов на интегральной микросхеме удваивается примерно каждые два года. То есть со временем на микросхеме можно разместить больше транзисторов. Таким образом, плотность интеграции транзисторов на микросхемах увеличивается, а их стоимость — снижается. Итог очевиден: технологии становятся эффективнее и дешевле.

В основе закона — неизбежность технологического прогресса. Уменьшение размеров транзисторов и других компонентов на микросхемах позволяет производить более миниатюрные и эффективные транзисторы, что в свою очередь позволяет увеличивать их количество на чипе.

Большее количество транзисторов позволяет увеличивать вычислительную мощность компьютера, добавлять новые функции и возможности и повышает энергоэффективность устройств.

Почему менялось отношение к закону Мура

Сам принцип закона Мура со временем не менялся, чего нельзя сказать о его интерпретации. Вслед за технологическим прогрессом в полупроводниковой индустрии появлялись новые тезисы и аргументы, влияющие на восприятие закона Мура.

• Изменение интервала. Гордон Мур утверждал, что количество транзисторов на микросхеме будет удваиваться каждые два года. Однако в последние годы этот интервал начал увеличиваться, и некоторые исследователи говорят о переходе к удвоению каждые три года или даже более длительные интервалы.
• Производство. Задача уменьшения размеров транзисторов становится все сложнее. Чтобы продолжать увеличивать плотность интеграции транзисторов в чипы, нужен переход к более сложным технологиям, которые позволяют, например, производить трехмерные интегральные схемы (3D-IC) — в них элементы сложены друг на друга наподобие сэндвича.
• Предмет описания. В некоторых случаях термин «закон Мура» также используется для описания не только удвоения количества транзисторов, но и других параметров, таких как производительность процессоров, объем памяти, скорость передачи данных и т.д. Это свидетельствует о расширении и адаптации идеи Мура к различным аспектам технологического прогресса.

Эти наблюдения во многом стали основаниями для критики закона Мура.

Критика закона Мура

Не все ученые и инженеры согласны, что закон Мура все еще продолжает работать. И на то есть весомые основания.

• Технические ограничения. Это основной предмет критики. Дело в том, что при уменьшении размеров и так миниатюрных транзисторов возникают проблемы. Например, с увеличением плотности размещения транзисторов возникает больше тепла, что сказывается на производительности.
• Финансы и экономика. Развитие новых технологий для поддержания роста плотности интеграции требует значительных инвестиций в исследования и разработку. Экономические ограничения и затраты на развитие новых технологий могут замедлить или остановить соблюдение закона Мура.
• Естественные пределы. Никто не отменял основные законы физики, которые могут ограничить дальнейшую плотность интеграции транзисторов. При уменьшении размеров до нанометров (нм) возникают различные физические ограничения, из-за которых возникают нежелательные эффекты или теряется энергия.
• Технологические инновации. История человечества не раз показывала, что на смену старым технологиям приходят новые. Такая участь может постигнуть и кремниевую электронику — и тогда сам разговор об увеличении числа транзисторов на микросхемах потеряет смысл.

Работает ли закон Мура сейчас и когда он перестанет работать

Сегодня некоторые аспекты закона Мура продолжают соблюдаться, но выполнение его прямого условия — удвоение числа транзисторов на чипе каждые два года — стало более сложным. Вместо этого индустрия полупроводников исследует и применяет различные стратегии для поддержания роста производительности и функциональности чипов. Для этого используют новые материалы, разрабатывают более эффективные архитектуры и специализированные решения.

По некоторым оценкам, до 40% глобального роста производительности, достигнутого за последние два десятилетия, объясняется распространением информационных и коммуникационных технологий, которое стало возможным благодаря именно повышению производительности и стоимости полупроводников.

В 2016 году бывший CEO Intel Брайан Крзанич заявил, что закон Мура будет продолжать работать еще в ближайшие 10–15 лет, но потребуются технологические инновации и новые подходы для дальнейшего развития отрасли.