מה הדין מור ולמה הוא נועד?

החוק של מור מתייחס לתצפית שנערכה על ידי מייסד שותף אינטל גורדון מור בשנת 1965, בו גילה כי מספר הטרנזיסטורים לאינץ 'במעגלים משולבים הוכפל שנה אחר שנה מאז המצאתו.

חוק מור צופה כי מגמה זו תישאר על כנה עוד שנים רבות. למרות שהקצב פחת, מספר הטרנזיסטורים לאינץ 'מרובע הוכפל בכל שנה וחצי בערך. זה משמש כהגדרה הנוכחית לחוק מור.

מדד התוכן

הגרסה הפשוטה לחוק זה קובעת כי מהירות המעבד או כוח המחשוב הכולל למחשבים יוכפלו כל שנתיים. בדיקה מהירה בין טכנאים מחברות מחשבים שונות מראה כי המונח אינו פופולרי במיוחד, אך הכלל עדיין מקובל.

אם נבדוק את מהירויות המעבד משנת 1970 עד 2018 ואז שוב בשנת 2019, אנו עשויים לחשוב שהחוק הגיע לגבול שלו או שהוא מתקרב. בשנות השבעים, מהירויות המעבד נעו בין 740 קילוהרץ ל -8 מגה הרץ. עם זאת, החוק מדויק יותר ליישום טרנזיסטורים מאשר למהירות.

כמות כוח המחשוב בה אנו יכולים להשתמש כעת במכשירים הקטנים ביותר מדהימה בהשוואה למה שניתן היה להשיג, נניח, לפני עשור.

במבט לאחור, אפילו חמש שנים לערך, מחשב שהייתה הטובה ביותר באותה תקופה ייחשב מיושן בהשוואה למחשב האישי הנוכחי.

זה אפשרי פשוט מכיוון שיצרני השבבים מסוגלים להגדיל את מספר הטרנזיסטורים על השבב באופן משמעותי בכל שנה, ככל שההתקדמות במחקר השבבים משתפרים.

הרחבת חוק מור היא שמחשבים, רכיבים מונעי מחשב וכוח מחשוב הופכים קטנים יותר ומהירים יותר עם הזמן, ככל שהטרנזיסטורים במעגלים משולבים הופכים ליעילים יותר.

טרנזיסטורים הם מתגים אלקטרוניים הפעלה וכיבוי המשולבים במיקרו-שבבים, מעבדים ומעגלי חשמל קטנים. ככל שהם מעבדים אותות חשמליים מהר יותר, כך המחשב הופך להיות יעיל יותר.

גם עלויות המחשבים המופעלים עם חשמל גבוה יותר ירדו לאורך זמן, בדרך כלל סביב 30 אחוז בשנה. כאשר מעצבי חומרה הגדילו את הביצועים של מחשבים עם מעגלים משולבים טובים יותר, היצרנים הצליחו ליצור מכונות טובות יותר שיכולות להפוך אוטומטית לתהליכים מסוימים. אוטומציה זו יצרה מוצרים במחירים נמוכים יותר עבור הצרכנים, שכן חומרה יצרה עלויות עבודה נמוכות יותר.

חוק מור בחברה של ימינו

חמישים שנה אחרי חוק מור, החברה העכשווית רואה בעשרות יתרונות שנחשפים על ידי החוק הזה. מכשירים ניידים, כמו סמארטפונים ומחשבים שולחניים, לא יעבדו ללא מעבדים קטנים במיוחד. מחשבים קטנים ומהירים יותר משפרים את התעבורה, שירותי הבריאות, החינוך וייצור האנרגיה. כמעט כל היבט של חברת היי-טק נהנה מתפיסת חוק מור שבוצעה לפועל.

כיום, כל המעבדים הצרכניים עשויים מסיליקון, היסוד השני בשפע בקרום כדור הארץ, אחרי חמצן. אבל הסיליקון אינו מוליך מושלם, והגבלות לניידות האלקטרונים שהוא נושא בו מגבילים את האופן שבו אתה יכול לארוז טרנזיסטורי סיליקון.

אך לא רק שצריכת חשמל היא בעיה אדירה, אלא גם השפעה המכונה מנהרת קוונטית יכולה לגרום לבעיות בשמירה על אלקטרונים הכלולים מעבר לסף עובי מסוים.

טרנזיסטורי הסיליקון מגיעים כיום ל -14 ננומטר, ובעוד שכמה עיצובים של שבבים בני 10 ננומטר יפגעו בשוק בקרוב, הוסכם כי כדי לעמוד בחוק מור במשך תקופה ארוכה, חברות יצטרכו לעשות זאת ליצור חומרים חדשים וטובים יותר שיהיו בסיס למחשבי הדור הבא.

חוק מור בעתיד

הודות לננו-טכנולוגיה, טרנזיסטורים מסוימים קטנים יותר מנגיף. מבנים מיקרוסקופיים אלה מכילים מולקולות סיליקון ופחמן מיושרות בצורה מושלמת המסייעות להעביר חשמל לאורך המעגל מהר יותר.

בסופו של דבר הטמפרטורה של הטרנזיסטורים לא מאפשרת ליצור מעגלים קטנים יותר, מכיוון שקירור הטרנזיסטורים דורש יותר אנרגיה ממה שעובר דרך הטרנזיסטורים. מומחים מראים כי מחשבים צריכים להגיע לגבולות הפיזיים של חוק מור מתישהו בשנים הקרובות. כשזה יקרה, על מדעני מחשבים לבחון דרכים חדשות לחלוטין ליצירת מחשבים.

יישומים ותוכנה עשויים לשפר את המהירות והיעילות של מחשבים בעתיד, ולא תהליכים פיזיים. טכנולוגיית ענן, תקשורת אלחוטית, אינטרנט הדברים ופיזיקת הקוונטים עשויים גם הם למלא תפקיד חשוב בחדשנות טכנולוגית המידע.

ההתקדמות לקראת הכפלת מספר המעגלים האטה, ומעגלים משולבים אינם יכולים להיות קטנים בהרבה ככל שטרנזיסטורים מתקרבים לגודל האטום.

בשלב מסוים בעתיד, ההתקדמות בתוכנה או בחומרה עשויה להחזיק את החלום של חוק מור. עם זאת, נראה כי ענף המחשבים מוכן לפנות לקורס נוסף שיתקדם בעוד מספר שנים.

התקדמות חוק מור

למרות שחוק מור אמר זאת כל שנתיים, עלייה מהירה זו בייצור הטכנולוגי קיצרה את התקופה במוחם של טכנאים ומשתמשים כאחד.

המגבלה הקיימת היא שברגע שניתן ליצור טרנזיסטורים קטנים כמו חלקיקים אטומיים, אז לא יהיה יותר מקום לצמיחה בשוק המעבדים כשמדובר במהירויות.

מור ציין כי המספר הכולל של הרכיבים במעגלים אלה הוכפל כמעט בכל שנה, ולכן הוא חילץ את הכפילות השנתית הזו לעשור שלאחר מכן, והעריך כי מעגלי המיקרו מ -1975 יכילו 65, 000 רכיבים מדהימים לשבב.

בשנת 1975, כשקצב הצמיחה החל להאט, מור שינה את מסגרת הזמן שלו לשנתיים. החוק המתוקן שלו היה מעט פסימי; כחמישים שנה אחרי 1961, מספר הטרנזיסטורים הוכפל בערך כל 18 חודשים. בהמשך, מגזינים התייחסו באופן קבוע לחוק מור כאילו מדובר בחוק טכנולוגי עם ביטחון חוקי התנועה של ניוטון.

מה שהפך את הפיצוץ הדרמטי הזה למורכבות המעגל היה גודלו המצטמצם של טרנזיסטורים לאורך עשרות שנים.

מאפייני טרנזיסטור שנמדדים פחות ממיקרון הושגו במהלך שנות השמונים, כאשר שבבי זיכרון גישה אקראית דינאמית (DRAM) החלו להציע יכולות אחסון מגה-בייט.

עם שחר המאה ה -21 התכונות הללו התקרבו לרוחב של 0.1 מיקרון, מה שמאפשר ייצור שבבי זיכרון ומעבדי מיקרו ג'יגה-בייט הפועלים בתדרי גיגה-הרץ. החוק של מור נמשך בעשור השני של המאה ה -21 עם הצגת טרנזיסטורים תלת ממדיים של עשרות ננומטר.

הסוף הקרוב לחוק מור

מכיוון שחוק מור מציע צמיחה מעריכית, אין זה סביר שיימשך ללא הגבלת זמן. מרבית המומחים צופים כי חוק מור יימשך שני עשורים נוספים. כמה מחקרים הראו שניתן היה להגיע למגבלות פיזיות בשנת 2018.

על פי דוח שפורסם לאחרונה ממפת הדרכים הבינלאומית הטכנולוגית למוליכים למחצה (ITRS), הכוללת ענקיות שבבים כמו אינטל וסמסונג עצמה, טרנזיסטורים יכולים להגיע לנקודה בה לא ניתן יהיה לצמצם עוד יותר עד 2021. החברות טוענות כי על מנת אם כן, לא יהיה זה אפשרי עוד כלכלית לצמצם אותם ולבסוף לסיים את חוק מור.

המשמעות היא שלמרות שהן יכולות להיות קטנות יותר מבחינה גופנית, אך בתיאוריה הן היו משיגות את מה ש- ITRS מכנה "המינימום הכלכלי" שלה, ופירוש הדבר שעשיית פעולה זו רק עלולה לגרום לאסור עלויות.

זו לא הפעם הראשונה שתיאוריה של מור נחקרת. בשנה שעברה הודיע ​​מנכ"ל אינטל, בריאן קרזניץ ', כי שינוי גודל טרנזיסטור אחד למשנהו אורך שנתיים וחצי. קרזניץ 'הטיל ספק בכך במהלך שיחת רווחים של אינטל, ואמר כי תהליכי הייצור לא התקדמו באותו קצב כמו בעבר.

עם זאת, ה- ITRS סבור כי אין זה אומר את סיום הרעיון העומד מאחורי החוק, שכן היצרנים מוצאים דרכים חדשניות יותר ויותר להכניס מתגים נוספים במרחב נתון. קחו לדוגמא את טכנולוגיית ה- NAND התלת-ממדית של אינטל, הכוללת ערמת 32 שכבות זיכרון זו על גבי זו ליצירת יכולות אחסון אדירות.

מילים אחרונות ומסקנה

עד כה, חוק מור הוכיח את עצמו כנכון, שוב ושוב, וכתוצאה מזה נאמר זה מכבר כי הוא אחראי למרבית ההתקדמות בעידן הדיגיטלי, ממחשבים למחשבי-על, בגלל זה השתמש בתעשיית המוליכים למחצה כדי להנחות תכנון ארוך טווח ולקבוע יעדים למחקר ופיתוח.

חוק מור הוא חוק כלכלה ולא חוקי. זה מציין שלכל שבב חדש יהיו כפול יותר טרנזיסטורים ולכן יחושב את הקיבולת של הדור הקודם עבור אותה עלות ייצור.

כלל אצבע פשוט זה דלק את כל ההתקדמות במהפכה הטכנולוגית במשך למעלה מחצי מאה וממשיך להגדיר את הגבולות ההולכים ומתרחבים של הטכנולוגיה של ימינו, ומאפשר לנו לקחת מושגים כמו בינה מלאכותית וכלי רכב אוטונומיים - ולגרום להם לקרות.

חוק זה זכה לשמצה מכיוון שאנשים אוהבים חוקים המאפשרים להם לחזות את עתידו של אחת התעשיות הגדולות בעולם, אך הבסיס הפיזי של עיקרון זה פירושו שהוא שונה מעט, ואמין פחות, מאשר אנשים רבים להאמין.

המגבלות הפיזיות בהפקת שבבים אלו יכולות בקלות לדחוף את המספר הזה לחמש שנים ויותר, ולבטל למעשה את חוק מור לנצח.

תמונות מקור Wikimedia Commons