La legge di Moore è obsoleta?

Nel 1965, la pubblicazione Electronics pubblicò un articolo scritto dal dottor Gordon E. Moore, direttore della ricerca e sviluppo presso Fairchild Semiconductor. Moore ha intitolato l'articolo "Cramming più componenti sui circuiti integrati". Ha osservato che aziende di semiconduttori come Fairchild potrebbero raddoppiare il numero di componenti discreti su un pollice quadrato di silicio ogni 12 mesi.

Questo è un tipo di crescita esponenziale. Un chip da pollici quadrati (6,5 centimetri quadrati) prodotto nel 1964 avrebbe la metà del numero di componenti, come i transistor , di un chip prodotto nel 1965. Moore prevedeva che questa tendenza sarebbe continuata indefinitamente fino a quando i produttori di chip non avrebbero incontrato barriere fondamentali che bloccano i loro progressi.

L'osservazione di Moore dipendeva da due fattori importanti: i progressi tecnologici e l'economia della produzione di massa. Affinché la sua osservazione rimanga valida, dobbiamo innovare e trovare nuovi modi per creare elementi sempre più piccoli su un chip. Ma dobbiamo anche assicurarci che il processo di produzione sia economicamente sostenibile, altrimenti non ci sarà modo di sostenere un ulteriore sviluppo.

Oggi chiamiamo l'osservazione di Moore Legge di Moore . Nonostante il nome, non è proprio una legge. Non esiste una regola fondamentale nell'universo che guidi quanto potente sarà un circuito integrato di nuova creazione in un dato momento. Ma la legge di Moore è diventata una sorta di profezia che si autoavvera poiché i produttori di chip hanno spinto a tenere il passo con le previsioni del dottor Moore nel lontano 1965. Che sia per senso di orgoglio o semplicemente per desiderio di essere leader nel mercato, aziende come Intel hanno speso miliardi di dollari in ricerca e sviluppo per tenere il passo.

Quindi, questa osservazione di quasi 50 anni fa è ancora rilevante?

Sembra che ogni anno che passa, qualche esperto di tecnologia o giornalista preveda che la legge di Moore finirà. I componenti dei microprocessori di oggi sono ora su scala nanometrica, una scala così piccola che non puoi nemmeno vedere i singoli elementi usando un potente microscopio ottico. La fisica si comporta in modo diverso a queste dimensioni e la meccanica quantistica inizia a prendere il posto della fisica classica. Le cose si fanno piuttosto strane.

Ad esempio, c'è il tunneling quantistico. Immagina che un elettrone non sia una particella con una posizione definita. Invece, è una particella che si comporta come un'onda. La probabilità della posizione dell'elettrone varia all'interno dell'onda. In un certo senso, l'onda sembra una curva a campana: le estremità strette rappresentano le aree in cui è possibile, ma non probabile, che si trovi l'elettrone. L'ampia sezione centrale rappresenta l'area in cui molto probabilmente si troverebbe l'elettrone.

Quando questa onda si avvicina a una barriera, ad esempio uno spazio tra due conduttori, un'estremità dell'onda potrebbe sovrapporsi alla barriera e toccare l'altro conduttore. Ciò significa che l'elettrone ha il potenziale per essere dall'altra parte del divario. Se il potenziale è presente, significa che a volte l'elettrone è dall'altra parte. È come se l'elettrone attraversasse la barriera.

In un microprocessore , questo è ciò che chiameremmo una cosa negativa. Puoi pensare a un microprocessore come a un complesso sistema stradale attraverso il quale gli elettroni possono viaggiare. I transistor nei microprocessori sono porte: regolano il flusso del traffico. Un cancello chiuso non dovrebbe consentire il passaggio di elettroni. Ma se si ottengono le porte abbastanza sottili, riducendo ulteriormente quegli elementi per stare al passo con la legge di Moore, si iniziano a incontrare problemi quantistici come il tunneling degli elettroni. La perdita di elettroni causerà errori del computer poiché il microprocessore ottiene risultati errati nei suoi calcoli.

Nel corso degli anni, gli ingegneri hanno trovato nuovi modi per costruire transistor su scala nanometrica riducendo al minimo effetti come il tunneling quantistico. A volte ciò comporta l'utilizzo di un diverso tipo di materiale all'interno delle porte del transistor. A volte, significa creare una porta tridimensionale per aumentare l'efficienza del microprocessore. Questi hanno aiutato le aziende a tenere il passo con le previsioni della legge di Moore. Ma un altro motivo per cui la legge di Moore non è scomparsa è perché continuiamo a giocherellare con la definizione.

In origine, la legge di Moore copriva un concetto piuttosto specifico: il numero di componenti discreti su un circuito integrato di nuova fabbricazione raddoppia ogni 12 mesi. Oggi, confondiamo un po' quel numero: sentirai persone nel settore tecnologico dire che è ogni 18-24 mesi. E non stiamo parlando solo del numero di elementi su un chip.

Un modo comune per riformulare l'osservazione di Moore è dire che per un dato periodo di tempo (di nuovo, di solito tra 18 e 24 mesi), la potenza di elaborazione dei microprocessori raddoppia. Questo non significa necessariamente che ci siano il doppio dei transistor su un chip nel 2012 rispetto al 2010. Invece, potremmo trovare nuovi modi per progettare i chip per renderli più efficienti, dandoci un aumento della velocità di elaborazione senza la necessità di crescita esponenziale.

Ridefinendo la legge di Moore in modo da considerare la potenza di elaborazione piuttosto che i componenti fisici, abbiamo esteso l'utilità dell'osservazione. Le aziende possono combinare i progressi nella tecnologia di produzione con migliori progetti di architettura di microprocessori per stare al passo con la legge.

Ridefinire la legge di Moore in questo modo è come barare? Importa? Nel 1965, Moore predisse che un chip prodotto nel 1975 avrebbe avuto 65.000 transistor se la sua osservazione fosse stata vera. Oggi Intel costruisce processori con 2,6 miliardi di transistor [fonte: Intel ]. I computer possono elaborare i dati molto più velocemente oggi rispetto a decenni fa: un PC domestico è potente quanto alcuni dei primi supercomputer.

Un altro modo per esaminare la domanda è chiedersi se è importante che i computer siano due volte più potenti oggi rispetto a due anni fa. Se viviamo in un'era post-PC, come ha suggerito una volta Steve Jobs, allora potrebbe significare che i microprocessori più veloci non sono così rilevanti come una volta. Potrebbe essere più importante che i nostri dispositivi siano efficienti dal punto di vista energetico e portatili. Se è così, potremmo vedere la fine della legge di Moore non perché abbiamo raggiunto una sorta di limitazione fondamentale, ma perché non ha senso economico continuare a superare i limiti di ciò che possiamo fare.

Alcuni segmenti della popolazione che acquistano computer continueranno a richiedere gli standard più elevati nell'elaborazione. Gli appassionati di videogiochi e le persone che lavorano con i media ad alta definizione hanno bisogno, o bramano, di tutta la potenza di elaborazione che possono ottenere. Ma che dire del resto di noi?

Anche se tutti i nostri personal computer si trasformano in stupidi terminali che accedono a tutto attraverso il cloud, da qualche parte ci dovrà essere un computer con un potente processore. Forse vedremo un'altra nuova definizione della legge di Moore con un lead time più lungo prima che i processori raddoppino di potenza. Con la sua storia mutevole, sembra probabile che la legge di Moore durerà ancora un po' in una forma o nell'altra.

Per me, l'aspetto più affascinante della legge di Moore è il suo effetto sull'industria dei microprocessori. È un obiettivo che tutti vogliono raggiungere. Ispira gli ingegneri a provare nuovi approcci e materiali piuttosto che rischiare di rimanere indietro. In definitiva, questa osservazione ha guidato il settore e ha aperto la strada all'era dei PC e post-PC.

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