Изображение: Rebecca Mock
Закон Мура известен широкой общественности уже более 50 лет. Не являясь законом в узком смысле этого слова, десятилетиями он в целом оставался справедлив. Хотя есть сомнения в том, что было первично: закон или стремление крупнейших мировых корпораций, которые задают тон всей ИТ-индустрии, следовать ему.
Время от времени эксперты предсказывают, что закон перестанет действовать. Однако ранее это не находило подтверждения на практике. Но на этот раз все серьезнее. По крайней мере, так считает Ассоциация полупроводниковой промышленности (Semiconductor Industry Association).
19 апреля 1965 года, в журнале Electronics в рубрике «Эксперты смотрят в будущее» вышла ныне знаменитая статья Гордона Мура «Cramming more components onto integrated circuits» («Объединение большого 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.
Впоследствии за этим прогнозом закрепилось название «Закон Мура» (Moore’s Law). И, по иронии судьбы, это эмпирическое наблюдение стало самым знаменитым законом в IT-сфере и полупроводниковой индустрии. Более того, для многих разработчиков микропроцессоров это стало руководством к действию.
На базе закона Мура так и не были построены строгие физические или математические модели, отражающие экспоненциальный характер развития отрасли. Поэтому закон так и остался в большей степени социологическим, «инженерным». Однако сама концепция оказалась удобной для описания и прогнозирования развития компаний – особенно с точки зрения маркетологов и директоров микроэлектронных предприятий. Производственные планы и ценообразование выстраивалось, основываясь на законе Мура.
Оригинальная статья 1965 года писалась в тот момент, когда никакой компании Intel еще не существовало, а её будущие основатели были заняты поиском идей для своего бизнеса. В частности, движущей силы, способной сделать электронику по-настоящему массовой. И основной преградой для этого была, в первую очередь, цена.
Соответственно, и первоначальное наблюдение заключалось в том, как ведет себя стоимость одного транзистора в зависимости от их количества и технологии производства.
Пользователь «Хабрахабра» yurav в своей статье комментирует этот график так:
Для небольших (по меркам конкретной технологии) устройств, стоимость одного транзистора едва ли не обратно пропорциональна их количеству. Но, с ростом числа транзисторов, растет площадь кристалла, уменьшается доля выхода годных кристаллов при производстве и, соответственно, растет цена.
Получается, что для каждой технологии производства есть определенный уровень сложности устройств (выраженный числом транзисторов в их составе), для которого применение этой технологии наиболее выгодно. Переход на новый техпроцесс достижим тогда, когда стоимость транзистора по новой проектной норме оказывается существенно ниже, чем для текущей технологии. Здесь был сделан прогноз о десятикратном удешевлении транзистора при смене техпроцесса.
В дальнейшем появилось множество других 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 месяцев;
• тактовая частота микропроцессоров удваивается каждые 18 месяцев;
• вычислительная мощность компьютера удваивается каждые 18 месяцев;
• доступная вычислительная мощность удваивается каждые 18 месяцев;
• плотность транзисторов на чипе удваивается каждые 18 месяцев;
• вычислительная мощность, доступная за $1, удваивается каждые 18 месяцев;
• стоимость чипа падает вдвое каждые 18 месяцев.
Изображение с сайта article.techlabs.by
Безусловно, на протяжении 50 лет были всевозможные отклонения: всегда сосуществовали более сложные и более простые чипы. Речь идет об общей тенденции, так сказать mainstream. К этом, конечно же, приложила руку Intel, которая и олицетворяет этот mainstream. По крайней мере, очень старается.
Но и она уперлась в чисто физические ограничения, которые уже не позволяют выполнять условия закона Мура. По мнению Ассоциации полупроводниковой промышленности, в этот раз все серьезно.
Эксперты Ассоциации прогнозируют, что через 5 лет транзисторы уже не смогут уменьшаться. Разработчики чипов уже сейчас ищут выход из этой ситуации. Но в любом случае, это потребует существенного увеличения затрат, как минимум, в первое время.
Одной из альтернатив является производство 3D-чипов: вертикальное расположение процессорных ядер относительно друг друга вместо теперешнего горизонтального. Однако в этом случае перед разработчиками встанет другая проблема – перегрев. Чипы нагреваются намного интенсивнее, и жидкое охлаждение в данном случае — неизбежный атрибут. На 3D-чипах уже построен первый суперкомпьютер Aquasaur, и будь он оснащен традиционным «вентилятором», его процессор бы просто расплавился.
Использование 3D-технологий позволило сократить время передачи данных между транзистором и памятью, в результате чего архитектура чипа может производить молниеносные вычисления в тысячу раз быстрее, чем это было возможно ранее.
Эксперты из Ассоциации полупроводниковой промышленности допускают, что в течение ближайших 5 лет производители не найдут способа увеличивать быстродействие и снижать затраты в соответствии с законом Мура. Но они не отрицают, что компьютеры перестанут совершенствоваться по каким-то другим параметрам.
«Боинг 787 не стал быстрее, чем была модель 707 в 1950, но это два разных самолета. Инновации определенно будут внедряться, но они будут более тонкими и сложными», – рассуждает Дэниэл Рид, вице-президент по исследованиям в Университете Айовы.
Вот, что по поводу перспектив закона Мура думают другие эксперты:
Александр Лямин, СЕО QRATOR
1. Существует ли закон Мура объективно? Или это негласная договоренность между производителями?
Закон Мура — это занятное эмпирическое наблюдение. Оно работает только в определенном наборе технологий — и, как следствие, в определенных границах (сверху и снизу). Кстати, очень похоже на алгоритм Нагля.
2. Какие есть альтернативы, позволяющие дальше снижать затраты и увеличивать производительность?
Соответственно, смена технологий меняет или границы или вообще отменяет «закон», потому что, на самом деле, это эмпирическое наблюдение.
3. 3D-чипы: вертикальное расположение процессорных ядер относительно друг друга вместо теперешнего горизонтального. Этот нехитрый фокус за счет сокращения расстояния между ядрами в несколько раз увеличит скорость передачи данных между ними. Насколько перспективно это решение? Сможет ли оно продлить жизнь закону Мура?
3D чипы – да. У меня мечта детства такая. Посмотрите, что делала www.tilera.com Tilera (а теперь EZChip, а если совсем теперь – Mellanox) 5 лет назад! И представьте, что плотность связей выросла на степень.
4. «Число людей, предсказывающих смерть закона Мура, удваивается каждые два года». Прокомментируйте, пожалуйста. Какова доля истины в этом высказывании?
Ибо мы отчасти знаем, а отчасти пророчествуем…
Артём Субботин, СЕО Terminal Solutions LLC
1. Существует ли закон Мура объективно? Или это негласная договоренность между производителями?
Сложно заглянуть под ковер корпорации и в головы людей, работающих в них. Но мое личное мнение, что 18 месяцев на «удвоение мощности» — это производственный срок на выпуск нового продукта. Это же чертовски удобно, когда целая армия потребителей, каждые два года с нетерпением ждут «вдвое быстрого процессора» и с негодованием смотрят на старый и очень медленный камень, купленный за бешенные деньги на прошлое рождество.
2. Какие есть альтернативы, позволяющие дальше снижать затраты и увеличивать производительность?
Думаю, следующий этап — это перевести все в чистый маркетинг, как, например, сделал Apple: «мы добавили новою выпуклую линзу и теперь фиалки на фотографиях выглядят еще более фиолетовыми». Уже мало кого интересует, сколько реально операций делает процессор в секунду, всем важно, какая игра на нем пойдет или какой он бесшумный.
4. «Число людей, предсказывающих смерть закона Мура, удваивается каждые два года». Прокомментируйте, пожалуйста. Какова доля истины в этом высказывании?
Можно еще так сказать: «каждый человек усомнившийся в законе Мура — обязательно умрет (когда-то)».
Эксперты «Тостера» отвечали на другой вопрос: «Означает ли соблюдение закона Мура реальность сверхтьюринговых вычислений?»
Riateche Riateche:
Нет. Если закон Мура продолжит выполняться, число операций, выполняемых машиной за единицу времени, будет расти. Но оно останется конечным. Точнее, бесконечным оно станет через бесконечное время, а это нам не подходит.
Monnoroch Monnoroch:
Я так понимаю, вы пришли к этому выводу из факта про сходящийся ряд на «Википедии»? А точнее, из того, что мощность удваивается, а мощность * время = число вычислений => с удвоенной мощностью тоже число вычислений (неудачно, ну да ладно) можно за вдвое меньшее время проделать?
Тут есть несколько проблем. Ну, во-первых, вычисления не бесконечно делимы и половина «вычисления» — это тоже, что и ноль «вычислений». А во-вторых, логика неверна сама по себе. Ведь, смотрите: сегодня X, завтра мощность возросла в 2 раза — 2X, потом 4X. Ну да, просуммируем, получим бесконечность. Но только, если просуммируем до бесконечности — а это бесконечное время.
kyrie kyrie:
Не думаю, что количество транзисторов как-то повлияет на фундаментальные основы.
P.S. Некоторые эксперты полагают, что 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 учёные считают, что закон Мура стал популярен потому, что в простой и очень доступной форме определял фантастические на тот момент темпы развития полупроводниковой индустрии.
Уже к 2003 году Гордон Мур подсчитал, что количество транзисторов, ежегодно поставляемых на рынок в мире, достигло 10 000 000 000 000 000 000 (10 в степени 19). Это в сто раз больше, чем количество всех муравьёв на Земле.
Автор: semen_grinshtein
