Suština Moorovog zakona

Magazin Electronics 1965. objavio je poznati članak o integraciji komponenti integriranih sustava, čiji je autor Gordon Moore, koji je Intel osnovao u budućnosti. Usput, izvorni dokument, odnosno njegova skenirana kopija, nalazi se u muzeju korporacije. Naravno, virtualno.

Nevjerojatno predviđanje

U to vrijeme, Moore je bio direktor razvoja u Fairchild Semiconductor. Analizirao je razvoj računalne tehnologije u proteklih šest godina i napravio prognozu za sljedećih deset godina. Prema Mooreovom empirijskom zakonu, prosječan broj tranzistora u mikročipovima će se udvostručiti svake godine.

Ova osobina, prepoznata iskustvom, postala je poznata kao Moorov zakon (izvorno Moorov zakon) i postala je jedan od najpoznatijih zakona u području računalne tehnologije. Gordon Moore je doslovno postavio tempo razvoja tehnologije, a četiri desetljeća programeri procesora su ga slijedili, dobrovoljno ili nesvjesno. Kao i Murphyjev zakon, on se ne može nazvati fizičkim, matematičkim i općenito znanstvenim, već samo dobro promatrano empirijsko pravilo, govoreći o eksponencijalnoj prirodi razvoja jedne od tehnoloških sfera.

Uz pomoć toga pokazalo se da je vrlo pogodno predvidjeti aktivnosti IT tvrtki, pa su Mooreov zakon voljeli mnogi trgovci i direktori mikroelektroničkih korporacija.

Tko je on?

Gordon Moore je osnovao Intel. Sljedećih sedam godina bio je potpredsjednik tvrtke, a 1975. godine bio je predsjednik i glavni izvršni direktor. Do 1979. godine Gordon Moore obnašao je oba radna mjesta, ali je podnio ostavku na mjesto predsjednika i zauzeo mjesto u upravnom odboru. Bio je generalni direktor tvrtke Intel do 1987. godine i bio je na mjestu predsjednika do 1997. godine. Iste godine dobio je i titulu "počasnog predsjednika uprave". Sada je Gordon Moore star gotovo devedeset godina, još uvijek je počasni predsjednik tvrtke Intel i živi u sunčanim Havajima.

U dane Moore

Da, tempo razvoja tehnologije je nevjerojatan. Ako sada elektronika može upravljati gotovo svime, onda prije četrdeset godina, u vrijeme Gordona Moorea, ova se sfera tek počela razvijati. Tvrtka Texas Instrument lansirala je prvi čip 12. rujna 1958. (usput, za njega je 2000. dobila Nobelovu nagradu za fiziku). Moderna mikroelektronika duguje svoj izgled Jacku Kilbyju i Robertu Noyceu, koji je zajedno s Mooreom osnovao Intel. Stvaranje čipa ne zahtijeva briljantna otkrića na terenu, ali Noyce i Kilby izumili su tehnologiju koja je pretvorila cijelu elektroničku industriju.

Do 1965. godine, kada je objavljena Mooreova poznata izjava, najsloženiji mikročip se sastojao od 64 tranzistora, pa je iznenađujuće kako je Gordon Moore uspio izvući tako nevjerojatno točne statistike koje su postavile tempo razvoja elektroničke tehnologije desetljećima.

Novi tekst

Deset godina kasnije, Moore, pazeći da pravilo stvarno djeluje, malo ga je prilagodilo. U svom govoru na Međunarodnoj konferenciji za elektroničke uređaje (usput rečeno, dokument se također može vidjeti u Intelovom virtualnom muzeju), kazao je kako se u posljednjih deset godina broj elemenata sadržanih u kristalima udvostručio, ali složenost uređaja s čipom raste. Stoga, Moorov moderni zakon navodi da se broj tranzistora neće udvostručiti svake godine, već svaka dva.

I njegova je pretpostavka ponovno potvrđena. Ažurirani Moorov zakon i dalje djeluje, samo je došlo do malog ubrzanja: udvostručenje se odvija u osamnaest mjeseci, lako je primijetiti, ako analiziramo tehničke karakteristike Intelovih proizvoda.

A 2003. godine Moore je u svom novom radu izjavio da se povećanje fizikalnih veličina eksponencijalno ne može nastaviti beskonačno, granice će se postići prije ili kasnije. U jednom trenutku, Moorov zakon je nastavio postojati zahvaljujući evoluciji tehnologije i tranzistora. Godine 2007. osnivač tvrtke Intel također je rekao da će zakon uskoro prestati djelovati zbog brzine svjetlosti i činjenice da su sve tvari atomske naravi.

ime

Zapravo, Gordon Moore nije očekivao da će se oko njegove izjave razviti takva hipoteka, a ime "Moorov zakon" izumio je, prema samom Gordonu, Carvery Mead. Međutim, to je pravilo pokupilo svatko, postalo je toliko reklamirano da se činilo i još uvijek se čini nepokolebljivom istinom i potiče proizvođače da rade takvim tempom. Međutim, za same tvrtke, postojanje i popularnost pravila je korisno - mogu ga koristiti kao oglas. Na primjer, jedan od reklamnih slogana tvrtke Intel kaže da njihove inovacije i dalje provode Moorov zakon.

O brojevima

Na primjer, bit će zanimljivo vidjeti kako se broj tranzistora povećao tijekom godina na primjeru Intelovih proizvoda. 1971. procesor 4004 imao je 2,3 tisuće tranzistora. Impresivan u usporedbi s 64 tranzistora u 1965. Godine 1974. objavljen je Intel 8080, koji iznosi pet tisuća. Četiri godine kasnije, u procesoru 8086 bilo je već 29 tisuća! U 1982 - 120 tisuća, a 1985 - 275 tisuća. Imena u obliku brojeva nisu dobro zapamćena, ali Pentium procesor je vjerojatno svima poznat. Prvi model objavljen je 1993. Broj tranzistora u Pentiumu - više od tri milijuna, u Pentium II - 7,5 milijuna, au trećem - 24. Nova generacija, nazvana Itanium, izdana je 2002. godine. Ovaj procesor se sastojao od 220 milijuna tranzistora, a 2005. godine Itanium Montecito model je porastao na 1,72 milijarde.

interpretacija

Postoji i nekoliko definicija koje objašnjavaju bit Moorovog zakona. Prema jednom od njih, ne broj tranzistora kao takvih, već najpovoljniji broj njih, udvostručuje se. Druga interpretacija kaže da potencijalni broj elemenata raste. Na trećem, jednom u osamnaest mjeseci, pojavljuje se procesor koji ima učinak dvostruko veći od prethodnog.

Postoje i drugi parametri koje Mooreov zakon opisuje. Tekst sljedećeg tumačenja je sljedeći: svake dvije godine, parametri kao što su taktna frekvencija procesora i računalna snaga računala rastu dva puta. Jedna od najneobičnijih i istodobno praktičnih verzija zakona kaže da računalna snaga dostupna za jedan dolar raste.

Zanimljivo je da i sam Gordon Moore misli i govori o ovome: Moorov zakon, kazao je on, nije potvrđen točnošću, on jednostavno predstavlja brzinu tehnološkog razvoja lako i živo, a hype oko toga vjerojatno je samo odličan potez marketera, jer Intel ga posebno želi zadržati na uhu. No, ipak su tvrdnje pokupile računalne geeke i očito im se to svidjelo.

O programima

U praksi je nemoguće koristiti moć koju Mooreov empirijski zakon podrazumijeva, bez upotrebe paralelnog računanja. U proizvodnji procesora dugo se povećavala frekvencija takta, a došlo je i do paralelnog izvršavanja uputa. Međutim, ispostavilo se da novi procesori obavljaju jednostruke programe starog modela mnogo brže, bez promjene programskog koda. Međutim, moderni proizvođači koriste multi-core arhitekturu, tako da je za korištenje svih prednosti povećane produktivnosti potrebno preraditi programe, ali to nije uvijek moguće oživjeti. Osim toga, povećanje produktivnosti zbog paralelizma je ograničeno, što je još jedno pravilo.

Amdalov zakon

Godine 1967. pojavio se drugi zakon, koji, za razliku od Moorovog zakona, ima matematički dokaz. Prema Amdalovom zakonu, izvedba se ne može neograničeno povećavati zbog paralelizacije izračuna: bez obzira na to koliko je dijelova zadatak podijeljen, ukupno vrijeme završetka neće biti manje od vremena koje je potrebno da se riješi najsloženiji i najduži fragment. Također, vrijeme je ograničeno prisutnošću u zadatku fragmenata za koje je potrebno sekvencijalno izvršenje.

Učinak Moorovog zakona lako je slijediti jednostavnim primjerom. Pretpostavimo da računalo obavlja proizvodnju komponenti za automobil. Unatoč činjenici da se svaki dio izrađuje istodobno s drugima, ukupno vrijeme ne može biti manje od onoga što je potrebno za rad na najsloženijem dijelu. Drugi dio zakona, govoreći o redoslijedu izvršenja, objašnjava sljedeći primjer. Pretpostavimo da računalo treba obaviti jednostavan zadatak: stavite jabuke u kutiju. Ako se radi o jednoj jezgri, onda će se jabuke složiti jedna po jedna. Ako je procesna struktura multi-core, a možda i multi-navođena izvedba, računalo će moći istovremeno staviti koliko jabuka koliko ima slobodnih jezgri. Međutim, ako, na primjer, osobi treba računalo da preklopi jabuke i prebroji njihov broj, u ovom primjeru moguće je pratiti ne samo potrebu za sekvencijalnim izvršenjem, već i evoluciju algoritma programa. Svaka jezgra stavlja jabuku i “piše” koliko ih je poslalo u kutiju. Zatim, u drugom procesu, svaka jezgra će pružiti informacije o postavljenim jabukama, a ukupna količina će biti određena dodatkom.

Moorov zakon i kvantno računalo

Kada će Mooreov zakon završiti? Može se pretpostaviti da će raditi sve dok čipovi imaju tranzistore. Međutim, čovječanstvo već razvija novu generaciju računala, čije se djelovanje temelji na kvantnim efektima. Temeljna razlika je u djelovanju elementarnih jedinica. U računalu na koje smo navikli koristi se binarni kod u kojem je svaka vrijednost kodirana s nulama i jedinicama. Prema tome, elementarna jedinica - bit - može imati samo jednu vrijednost - nulu ili jednu.

Djelovanje kvantnog računala temelji se na primjeni efekta superpozicije, tako da kvantni bit, ili kubit, može imati dvije vrijednosti odjednom, tako da će brzina porasti nekoliko desetaka, ili čak stotina puta. Kvantna računala već postoje, ali izgledaju kao ogromni strojevi koji izvode samo najjednostavnije operacije, kao što su to nekad bila tradicionalna računala. Međutim, dok zakon Gordona Moorea nastavlja djelovati.