Что такое закон Мура?

2444
1
1

Компьютерная эпоха началась во второй половине 20 века и в настоящее время только набирает обороты. Постоянно сообщается о новых достижениях в области электроники. Мало кого можно удивить компьютером в автомобиле или в стиральной машине. Вся жизнь людей изменилась вследствие этого, казалось бы, неудержимого развития технологий. Тем удивительнее то, что этот рост был предсказан более сорока лет назад с удивительной точностью! Это предсказание касается компьютерных процессоров и известно как закон Мура, и о нем в массе своей слышали даже те, кто слабо представляет, что такое процессор и зачем он нужен. В этой заметке я расскажу, в чем заключается закон Мура и чем он так знаменит.

Вначале необходимо пояснить, что процессор является "мозгом" компьютера, именно он исполняет все программы и производит расчеты. Это устройство состоит из мельчайших электронных деталей - транзисторов, каждый из которых может переключаться между двумя состояниями: "открыто" и "закрыто". Таким образом один элемент может хранить единицу информации. Можно объединить транзисторы в сложные схемы, в которых состояние каждого влияет на состояние нескольких других, и подавать на вход схемы информационные сигналы. Тогда такое устройство будет обрабатывать информацию. Именно так работает процессор. Он состоит из огромного числа транзисторов, связанных вместе. Естественно, чем больше транзисторов, тем большей вычислительной мощностью обладает процессор.

Конечно, процессор - это не только транзисторы. Это и другие микроскопические электронные элементы, металлические проводники, соединяющие всё это вместе.Первая подобная схема появилась в конце 1958 года, была размером с почтовую марку и содержала всего один лишь транзистор с необходимыми радиодеталями. Немного, но это было очень смелое устройство для того времени, поскольку все элементы были размещены на одном кристалле полупроводникового материала. А это означало, что возможно научиться производить сложные схемы маленького размера, дешевые и потребляющие мало энергии. Эта технология стала развиваться. В 1965 году Гордон Мур проанализировал изменения в электронике за 6 лет и написал статью, в которой заявил, что каждый год количество элементов в микросхемах на кристаллах удваивалось и будет удваиваться дальше. Он заявил это в то время, когда в самом мощном процессоре фирмы Fairchild Semiconductors, в которой он работал, было всего 64 транзистора, а информации о работах других компаний было достаточно мало.

Однако прогноз оказался верен. Мур стал одним из основателей фирмы Intel, процессоры развивались согласно выведенному правилу целых 10 лет, пока в 1975 году Гордон не пересмотрел правило. Он учел, что процессоры стали сложнее, и вывел закон Мура, каким мы его знаем через 30 лет: количество элементов в микросхемах на кристалле увеличивается в два раза каждые два года.

На протяжении всех этих десятков лет не проходило и года без интриги: смогут ли компании-производители процессоров превзойти технологический рубеж и сделать транзисторы еще меньше, чтобы уместить их еще больше? Так ли неудержимо развитие компьютеров? Каждые два года ответ был положителен. Это удивительно, поскольку чем меньше детали транзистора, тем менее понятно, как он будет работать, ведь на расстояниях в десятки тысяч раз меньше толщины человеческого волоса действуют совсем другие физические законы. Однако исследования находили возможность сделать подходящие электронные элементы.

Скептики говорили, что когда элементы, из которых состоят транзисторы, станут размером в несколько атомов, вот тогда закон Мура точно рухнет, поскольку уменьшать их будет уже нельзя. Даже сам Мур в 2007 году согласился с тем, что момент близок. Технологии подошли к этому рубежу в районе 2010 года, но решение было найдено в том, что транзисторы стали размещать в объемных структурах. До этого все элементы печатались на кристалле и были в общем-то плоскими. Сейчас их научились делать объемными и площади на каждый требуется меньше.

Так что закон Мура не хочет уходить, и мы о нем обязательно услышим еще.