Пенсионный советник

«Закон Мура более популярен, чем закон Мерфи»

Полвека назад был сформулирован объясняющий удвоение производительности процессоров закон Мура

Павел Котляр 07.04.2015, 08:38
Olivier Koning

Полвека назад американский инженер Гордон Мур предрек ежегодное удвоение производительности процессоров — закон Мура. «Газета.Ru» разбиралась, с чего начинались микрочипы и бесконечно ли их можно «разгонять».

«Как разместить больше компонентов на интегральной схеме» — с таким ничем не привлекательным заголовком в апреле 1965 года в отраслевом журнале Electronics опубликовал статью молодой инженер Гордон Мур, будущий сооснователь корпорации Intel. Эмпирическое наблюдение, которое сделал инженер в четырехстраничной статье, на долгие годы определило развитие компьютерной техники, предсказало появление домашних компьютеров, мобильных телефонов.

Оно гласило:

количество электронных компонентов, в первую очередь транзисторов, размещаемых на единице площади кристалла кремния при производстве интегральных схем, удваивается примерно раз в год.

В начале 1960-х годов Мур был директором по развитию компании Fairchild Semiconductor, которую он с коллегами организовал в 1957 году для производства электронных компонентов. Fairchild была одной из немногих фирм, занявшихся производством транзисторов — основных полупроводниковых приборов, которые сегодня используются повсеместно миллиардами в микрочипах для вычислений и хранения информации. В то время большинство электронных схем состояло из отдельных транзисторов, резисторов, конденсаторов и диодов, смонтированных на одной монтажной плате. Однако в 1959 году Джин Герни из Fairchild изобрел планарный транзистор — транзистор, выполненный на кремниевой подложке. Располагая несколько таких транзисторов на одном кристалле кремния и соединяя их между собой, инженеры смогли значительно сократить размеры микросхем и увеличить их производительность.

В 1961 году Fairchild создала чип с четырьмя транзисторами, в 1965-м — сразу с 64 компонентами.

В своей статье того же года Мур написал: «Будущее интегрированной электроники — это будущее электроники вообще». Это кажущееся очевидным утверждение в те годы казалось довольно спорным. Многие считали, что интегральные микросхемы всего лишь займут свою особую нишу, а замеченный Муром тренд экспоненциального роста производительности микросхем лишь случайное совпадение.

Мур предрек, что к 1975 году будет произведен микрочип с 65 тыс. электронных компонентов. Он ошибся на фактор двойки: к этому году Intel, компания, создателем которой стал Мур, покинув Fairchild в 1968 году, выпустила ПЗС-матрицу с 32 тыс. компонентов. В том же году на конференции Института инженеров по электротехнике и электронике Мур модифицировал свой закон, предсказав удвоение плотности компонентов не за один, а за два года.

За прошедшие полвека стоимость одного транзистора упала с $30 до нанодолларов, а актуальность закона Мура позволила создать новые быстрые компьютеры, благодаря которым летают самолеты, был создан интернет и открыт бозон Хиггса.

В наше время мировое производство микрочипов стало отраслью промышленности, которая оперирует, по сути, астрономическими параметрами. В 2014 году в мире было произведено 250 миллиардов миллиардов (250 x 1018) транзисторов, то есть в каждую секунду производилось по 8 триллионов этих полупроводниковых элементов.

Это в 25 раз больше числа звезд в нашей Галактике и в 75 раз больше числа известных галактик во Вселенной.

Темпы роста плотности транзисторов на кристалле тоже поражают воображение. В одном только 2014 году было произведено больше транзисторов, чем за все время до 2011 года.

Спустя полвека Гордон Мур занимается благотворительностью, поддерживая охрану окружающей среды и научные исследования через свой фонд Gordon and Betty Moore Foundation. Вот что накануне юбилея своей статьи он рассказал в интервью журналу IEEE Spectrum:

»…Интегральные схемы тогда существовали всего несколько лет. Первые потрясли рынок, имея до 30 компонентов на чипе. Я вспомнил, с чего начиналась технология, которую я считал фундаментальной, — производство планарного транзистора: я заметил, что число компонентов удваивается каждый год. И я лишь сделал грубую экстраполяцию, сказав, что плотность будет удваиваться каждый год следующие десять лет. Сейчас термин устоялся. Некоторое время назад я загуглил и выяснил, что закон Мура более популярен, чем закон Мерфи.

…Я никогда не предрекал, что закон Мура перестанет работать. Я говорил, что не могу предвидеть дальше чем на два поколения микрочипов, и мне всегда казалось, что мы приближаемся к некоей стене. Но эта стена все время отдаляется. Помню, как Стивен Хокинг ответил на вопрос, что может ограничить развитие интегральных микросхем. Сейчас это не его область, но он пришел к выводу, что это конечность скорости света и атомная структура материалов. И я думаю, он был прав. Сейчас мы очень близки к атомной природе материалов. Мы использовали все возможности для быстродействия, но скорость света ограничивает совершенство чипов. Я не знаю, как преодолеть эти фундаментальные ограничения».