Когда перестанет действовать закон мура

Закон Мура

Ученые из Австралии смогли создать транзистор на основе одного атома на восемь лет раньше, чем это возможно согласно легендарному закону Мура, который мировая ИТ-индустрия десятилетия принимала за аксиому.

Содержание

1965: Мур формулирует предположение

Закон Мура — эмпирическое наблюдение, сделанное в 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы), в процессе подготовки выступления Гордоном Муром (одним из основателей Intel).

Зависимость числа транзисторов на кристалле микропроцессора от времени. Обратите внимание, что вертикальная ось имеет логарифмическую шкалу, то есть кривая соответствует экспоненциальному закону — количество транзисторов удваивается примерно каждые 2 года.

Мур высказал предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца. При анализе графика роста производительности запоминающих микросхем им была обнаружена закономерность: появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно одинаковые периоды (18—24 мес.) после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое. Гордон Мур пришел к выводу, что при сохранении этой тенденции мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени может вырасти экспоненциально.

Это наблюдение получило название закон Мура. Существует масса схожих утверждений, которые характеризуют процессы экспоненциального роста, также именуемых «законами Мура». К примеру, менее известный «второй закон Мура», введённый в 1998 году Юджином Мейераном, который гласит, что стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем. Так, стоимость фабрики, на которой корпорация Intel производила микросхемы динамической памяти ёмкостью 1 Кбит, составляла 4 млн. $, а оборудование по производству микропроцессора Pentium по 0,6-микрометровой технологии c 5,5 млн. транзисторов обошлось в 2 млрд. $. Стоимость же Fab32, завода по производству процессоров на базе 45-нм техпроцесса, составила 3 млрд. $.

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». — Журнал «В мире науки» (1983, № 10)[3] (русское издание «Scientific American»)

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.

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.

2012: Опровержение закона Мура

С 1954 года, когода научный сотрудник Texas Instruments Джордж Тиль (George Teal) создал первый кремниевый транзистор, инновационные решения позволили постепенно уменьшать и уменьшать размер этих электронных компонентов, что привело к созданию компьютеров и мобильных устройств современного типа.

Одно устройство может содержать миллиарды транзисторов, которые работают вместе для выполнения простых двоичных вычислений. Чем больше транзисторов находится на единицу площади, тем быстрее производятся расчеты и тем больше информации компьютеры могут обработать и сохранить, одновременно затрачивая меньше энергии.

В прошлом уже были созданы одноатомные транзисторы. Но к сегодняшнему дню в их использовании была достигнута погрешность в 10 нанометров (нанометр равен одной миллиардной метра). Но для одноатомного транзистора, чтобы он мог использоваться в реальных устройствах, требуется расположение одного атома точно на кремниевом чипе. По данным журнала о нанотехнологиях Nature Nanotechnology, именного этого и удалось достичь исследователям.

Они использовали сканирующий туннельный микроскоп (устройство, которое позволяет исследователям видеть атомы и обеспечить точность манипуляций с ними) ученые проделали узкий канал в кремниевой базе. Затем был применен газ фосфин, с помощью которого был помещен отдельный атом фосфора между двумя электродами в нужной области. Когда электрический ток проходит через такое устройство, оно усиливает и передает электрический сигнал, что и является основным принципом работы любого транзистора.

Так что достижение ученых из Австралии приблизило человечество еще на один шаг к созданию квантовых компьютеров. Удивительно также и то, что команда бросила вызов закону Мура (основывается на публикации Гордона Мура (Gordon Moore) в журнале Electronics Magazine в 1965 году). Согласно этому закону, число транзисторов, размещающихся на одной схеме, удваивается каждые 18-24 месяцев. Так что, по прогнозам Мура, одноатомные транзисторы должны появиться не раньше 2020 года. Однако это произошло на 8 лет раньше.

Мишель Симмонс (Michelle Simmons), директор ARC Centre for Quantum Computation and Communications и глава исследовательской группы, заявил: «Мы решили 10 лет назад, что создадим одноатомный транзистор так быстро, как это будет возможно, и тем самым опровергнем этот закон. И вот мы сделали это в 2012 году».

Однако до реального использования таких транзисторов пройдет еще 15-20 лет. Дело в том, что работающий образец функционирует только при температуре минус 391 градус в пределах лаборатории, так что является всего лишь доказательством концепции.

2015: Intel верит в дальнейшее соблюдение закона Мура

На конференции International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), которая с 22 по 26 февраля 2015 года прошла в Сан-Франциско, участники полупроводниковой отрасли рассказали о своих достижениях и планах в части освоения «тонких» технологических норм. Добраться до 10 нм чипмейкеры смогут при помощи нынешних технологий, но дальнейшее развитие осложнится, поэтому производителям потребуются новые решения. [1]

По словам ведущего специалиста Intel Марка Бора (Mark Bohr), несмотря на всеобщую борьбу с растущими расходами на полупроводниковые пластины, компания продолжает увеличивать в микросхемах плотность транзисторов и снижать себестоимость каждого из них, и делает это быстрее в случае с 14 нм по сравнению с предыдущими технологиями. Эти темпы сохранятся на 10 и 7 нм шаге за счет масштабирования, позволяющего повысить степень интеграции и удешевить стоимость одного транзистора, заявил Бор.

Intel уверена, что стоимость транзисторов будет по-прежнему снижаться по мере освоения передовых техпроцессов

Стоит отметить, что Intel начала 14-нм производство с запозданием примерно на 6-9 месяцев относительно планируемых сроков. Несмотря на это американская корпорация опередила конкурентов, и к концу февраля 2015 года лишь она предлагает 14-нм процессоры, а TSMC, Samsung и GlobalFoundries только-только приноравливаются к выпуску 16-нм продукции с сохранением 20-нм геометрии в металлических слоях.

Intel обещает коммерческое освоение 10-нм техпроцесса в 2016 году и планирует использовать 7-нм технологию в 2018-м. Еще через два года компания рассчитывает на переход к 5 нм.

Сделать это без инноваций будет трудно. Они обязательно появятся, поскольку именно так было в последние годы, уверен Марк Бор, ссылаясь на закон Мура, предполагающий, что вычислительная мощность удваивается каждые 24 месяца.

При освоении передовых проектных норм Intel, возможно, будет применять упаковку чипов типа 2,5D (слои помещаются рядом друг с другом) и 3D (слои располагаются поверх друг друга). При этом корпорация продолжает поиск новых эффективных с точки зрения себестоимости решений.

Глава полупроводникового подразделения Samsung Кинам Ким (Kinam Kim) заявил, что CMOS-транзисторы теоретически можно уменьшить до норм 3-5 нм. Вместе с тем топ-менеджер согласился с тем, что технологии ниже 10 нм требуют новых подходов.

Новости
высоких технологий

Закон Мура перестанет действовать через пять лет

Что такое закон Мура, кажется, все уже знают. Одним словом, это эмпирическое наблюдение, сделанное в 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы), в процессе подготовки выступления Гордоном Муром (Gordon Moore -один из основателей Intel — на фото). Он высказал предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца. Представив в виде графика рост производительности запоминающих микросхем, он обнаружил закономерность: новые модели микросхем разрабатывались спустя более или менее одинаковые периоды (18-24 мес.) после появления их предшественников, а ёмкость их при этом возрастала каждый раз примерно вдвое. Если такая тенденция продолжится, заключил Мур, то мощность вычислительных устройств экспоненциально возрастёт на протяжении относительно короткого промежутка времени.

Как говорится в докладе, который был выпущен iSuppli во вторник, к 2014 году себестоимость полупроводниковых продуктов достигнет неприемлемого уровня, что приведет к серьёзным изменениям в этой отрасли.

По словам одного из авторов доклада, Лен Джелинек (Len Jelinek), который занимает должность главного аналитика по вопросам полупроводниковых продуктов в iSuppli, лимит рентабельности для техпроцессов находится на уровне 20-18 нм. После того, как производство микросхем перейдет на более тонкие техпроцессы, чем указанный порог, оно станет убыточным, и тогда закон Мура перестанет действовать.

Стоит отметить, что в настоящее время Intel переходит на 32 нм техпроцесс. Что касается TSMC, крупнейшего в мире контрактного производителя полупроводниковых микросхем, то эта компания уже перевела производство микросхем на 40 нм техпроцесс. Кстати, iSuppli не первый, кто предсказал, что закон Мура перестанет действовать скоро. Помимо причин экономического характера, существуют и технологические проблемы, заявил Карл Андерсон (Carl Anderson), старший научный сотрудник IBM. Он напомнил, что в свое время скорость движения на железных дорогах и в авиации тоже достигла своего лимита, и нет ничего удивительного, что техпроцессы тоже достигнут своего предела, за которым начнется размельчение. Тем не менее, гонка будет продолжаться до 2014 года, и никто не сможет её остановить.

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 вынуждена использовать 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.

Глава TSMC: Закон Мура перестанет действовать через 6—8 лет

Председатель совета директоров и исполнительный директор TSMC Моррис Чанг (Morris Chang) убеждён, что развитие полупроводниковых технологий будет затруднительно в течение ближайших 10 лет, а так называемый Закон Мура столкнётся с непреодолимыми технологическими препятствиями через 6—8 лет: замедлятся темпы совершенствования техпроцесса.

Господин Чанг говорит, что TSMC участвовала на каждом этапе развития полупроводниковой технологии в соответствии с Законом Мура. Когда была учреждена TSMC в 1987 году, её технология производства чипов отставала примерно на два поколения от более крупных соперников в индустрии. Но теперь компания находится в числе отраслевых лидеров по внедрению передовых техпроцессов, имея только двух основных конкурентов, отмечает Моррис Чанг.

Тем не менее, вскоре действие Закона Мура может прекратиться из-за ограничений современных полупроводниковых технологий. Директор TSMC утверждает, что постоянное развитие норм техпроцесса является сложной задачей для индустрии, компаниям понадобятся инновации в дизайне, чтобы расширить прогнозируемые границы действия Закона Мура.

Речь идёт не только о совершенствовании архитектуры чипов, способствующей увеличению их производительности. Господин Чанг также указывает и на возможность уменьшения размеров компонентов печатной платы. Полупроводниковая индустрия получит новое направление развития благодаря росту рынка продуктов, предлагающих аудиовизуальные возможности при низком энергопотреблении.

По сообщению вице-президента TSMC по исследованиям и разработкам Шанг-Уи Чианг (Shang-Yi Chiang), компания уже нарастила объёмы поставок чипов, произведённых в соответствии с 28-нм нормами техпроцесса, а во второй половине 2012 года намеревается начать испытательное производство на 20-нм нормах. Господин Моррис Чанг предполагает, что для TSMC потребуется около 10 лет для преодоления рубежа 10-нм производства.

Когда перестанет действовать закон мура

За свою 35-летнюю карьеру в полупроводниковой индустрии я слышал о смерти закона Мура чаще, чем о чем-либо еще. Но он все еще жив и чувствует себя отлично», – говорил недавно Брайан Кржанич, генеральный директор Intel. Разработав новый чип по технологии 5 нанометров (нм), IBM вновь отложила смерть этого закона.

Гордон Мур, один из основателей Intel, в 1965 г. впервые оформил итоги наблюдения за индустрией в законе: благодаря развитию технологии каждый год число транзисторов в микросхемах будет удваиваться. Позже он уточнил свой прогноз – с 1980 г. удвоение числа транзисторов будет происходить каждые два года. Позже от этого закона родилось множество ответвлений, в частности самое известное: об удвоении производительности процессоров каждые 18 месяцев.

Так и происходило, хотя и сам Мур умудрился пару раз предсказать смерть своего закона. В середине 1990-х он сообщил, что вскоре экономические реалии начнут препятствовать росту технологического прогресса. В самом деле, одна из вариаций закона Мура гласила, что стоимость фабрик по производству микрочипов будет расти экспоненциально. Однако к концу десятилетия стало ясно, что технологический прогресс ведет к росту производительности труда и, следовательно, экономики, и закон продолжил действовать.

Десять лет назад Мур предупредил: невозможно бесконечно уменьшать размеры электронных схем, существуют естественные ограничения, связанные с атомарной природой вещества и скоростью света. Рубежом считался технологический процесс в 10 нм. Но два года назад IBM представила прототип процессора, созданный по технологии 7 нм, а на этой неделе – уже 5-нанометровый чип, созданный вместе с ее партнерами GlobalFoundries и Samsung. При том же энергопотреблении он на 40% более производителен, чем 7-нанометровый чип, что дает четырехкратное сокращение потребления электроэнергии при сохранении эффективности.

Получить такие результаты позволил технологический прорыв – новая пространственная структура транзисторов. За десятилетия, пока закон Мура остается непоколебим, мир вокруг нас неузнаваемо изменился, и новый технологический прорыв обещает нам, что как минимум в ближайшие годы эти изменения продолжатся.

Рано или поздно эта гонка, конечно, завершится. Но и достигнутые за последние полстолетия результаты впечатляют. В выпущенном в 1971 г. первом коммерческом 4-битном процессоре Intel 4004 было 2300 транзисторов. Спустя 45 лет, в 2016 г., Intel выпустила 24-ядерный процессор Xeon Broadwell-WS, в котором было 5,7 млрд транзисторов, он выпускается по технологии 14 нм. Представленный два года назад IBM 7-нанометровый чип содержал 20 млрд транзисторов, а в нынешнем 5-нанометровом их уже 30 млрд.

Между тем в России обсуждается возможность начала производства чипов по технологии 28 нм. В этой отрасли, возможно, мы отстали чуть меньше чем навсегда, но не ясно, стоит ли вообще России включаться в эту гонку за нанометрами. Возможно, гораздо более мудрым будет оглядеться и направить свои усилия на развитие технологий, которые могут прийти на смену кремниевым процессорам?

Еще по теме:

  • Wolfenstein return to castle разрешение Wolfenstein return to castle разрешение На текущий момент, уже выпущено более четырех устройств на данной платформе - анонсировано еще больше. Четыре физических ядра, относительно высокая производительность, мизерное энергопотребление и тепловыделение. Средний представитель данной […]
  • Библиографическое описание решения суда Примеры библиографического описания Книги одного, двух или трех авторов: Базаров Р.А. Уголовно-правовая характеристика хищений чужого имущества: Учеб. пособие / Р.А.Базаров, Е.В. Никитин. - Челябинск: Челяб. юрид. ин-т МВД РФ, 2001. - 89 с. Книги четырех и более авторов: Уголовная […]
  • Государственная аккредитация приказ рособрнадзора Рособрнадзор отказал "Шанинке" в государственной аккредитации ряда образовательных программ Согласно приказу ведомства, ОАНО ВО "Московская высшая школа социальных и экономических наук" (МВШСЭН) отказано в государственной аккредитации бакалавриата и магистратуры по следующим группам […]
  • Комментарий к ст 283 ук Комментарий к статье 283 УК РФ 1. Состав этого преступления имелся в УК РСФСР в разделе иных государственных преступлений (ст. 75). В УК этот состав включен в главу о преступлениях против основ конституционного строя и безопасности государства почти без изменений. Изменена только […]
  • Приложение 1 к приказу фсс 157 Расследование несчастных случаев на производстве Расследование несчастных случаев на производстве регулируется Трудовым кодексом РФ (ст.ст. 227-231) и Положением об особенностях расследования несчастных случаев на производстве в отдельных отраслях и организациях, утвержденным […]
  • 3 права несовершеннолетних детей 3 права несовершеннолетних детей Права несовершеннолетних детей, в первую очередь закрепляются в главе 11 Семейного кодекса РФ. Наряду с СК РФ, необходимо выделить Федеральный закон от 24 июля 1998 г. №124-ФЗ «Об основных гарантиях прав ребенка в Российской Федерации» [1] . Отдельно […]
  • Заявление в фсс о возврате денег Заявление о возврате сумм излишне уплаченных средств (Форма 23-ФСС) (должность руководителя (заместителя руководителя) органа контроля за уплатой страховых взносов, Ф.И.О.) Заявление о возврате сумм излишне уплаченных страховых взносов, пеней и штрафов в Фонд социального страхования […]
  • Федеральный закон n 117 фз Статья 15. Особенности погашения целевого жилищного займа Статья 15. Особенности погашения целевого жилищного займа 1. Погашение целевого жилищного займа осуществляется уполномоченным федеральным органом при возникновении у получившего целевой жилищный заем участника […]