Закон мура гласит: Закон Гордона Мура формулировка, применение, следствие

Чиплеты помогут восстановить закон Мура. К 2024 году на рынке полупроводников их доля составит почти $6 млрд


Закон Мура, возможно, не умер, но в свои 55 определённо чувствует возраст. Темпы роста производства полупроводников в последние годы замедляются. Однако появился новый подход к дизайну и интеграции полупроводников: чиплет, который обещает помочь восстановить индустрию микросхем до её исторического уровня развития.


По данным Omdia, мировой рынок процессорных микросхем, использующих микросхемы в производстве, достигнет $5,8 млрд в 2024 году, увеличившись в девять раз по сравнению с 2018 годом (тогда ёмкость рынка составляла $645 млн).


Восстановление закона Мура


Закон Мура гласит, что количество транзисторов, которые можно разместить на одном кремниевом чипе, удваивается каждые два года из-за постоянного развития технологии производства полупроводников. Однако в последние годы темпы удвоения замедлились примерно до двух с половиной лет, поскольку процессы производства полупроводников столкнулись с физическими ограничениями при чрезвычайно малых размерах.


Микрочипы эффективно обходят закон Мура, заменяя одну кремниевую матрицу несколькими маленькими, которые работают вместе в унифицированном пакетном решении. Этот подход обеспечивает гораздо больше кремния для добавления транзисторов по сравнению с монолитным микрочипом. Микросхемы позволят вернуться к двухлетнему циклу удвоения, который лежал в основе экономики полупроводникового бизнеса с 1965 года.


«Когда пионер полупроводников Гордон Мур впервые опубликовал теорию о продвижении полупроводников, он представил ключевой ориентир прогнозирования, который установил цикл разработки для всей технологической отрасли, – говорит Том Хакенберг, главный аналитик встраиваемых процессоров в Omdia. – От разработчиков программного обеспечения до разработчиков систем и технических инвесторов – каждый на протяжении десятилетий рассчитывал на двухлетний график, определённый законом Мура. С появлением новых чиплетов полупроводниковый бизнес и те, которые зависят от него, получают возможность вернуться к привычному темпу прогресса».


Чиплеты получают теплый приём от поставщиков микропроцессоров


Чиплеты находят применение в более совершенных и высокоинтегрированных полупроводниковых устройствах, то есть в микропроцессорах (MPU), устройствах на кристалле (SOC), графических процессорах (GPU) и программируемых логических устройствах (PLD). Сегмент MPU представляет собой крупнейший рынок чипсетов среди различных типов микрочипов. Ожидается, что мировой рынок с микропроцессорами с чипсетом увеличится до $2,4 млрд в 2024 году по сравнению с $452 млн в 2018 году.


«Чтобы оставаться конкурентоспособными, производители MPU должны всегда придерживаться передовых технологий производства полупроводников, – уверен Хакенберг. – Эти компании больше всего могут потерять, если закон Мура замедлится. Из-за этого эти компании являются одними из первых, кто внедряет чиплеты, и, вероятно, они будут основными участниками усилий по их стандартизации».


Поставщики MPU, такие как Intel и AMD, являются первыми новаторами, создающими запатентованные передовые упаковочные чиплеты. Intel также является членом фонда Open Compute Project, Open Domain-Specific Architecture (OCP ODSA), который содействует разработке стандартов и технологий.


Ожидается, что с ранним внедрением MPU вычислительный сегмент станет к 2024 году доминирующим рынком примений для микросхем. Компьютерные вычисления обеспечат 96% дохода в 2020 году и 92% к 2024 году.


К 2035 году выручка от производства чиплетов составит $57 млрд


В долгосрочной перспективе Omdia ожидает, что выручка от производства чиплетов продолжит расти и к 2035 году достигнет $57 млрд.


Во многом этот рост будет обусловлен чиплетами, которые являются гетерогенными, то есть объединяющими различные элементы обработки: интегрированная графика, механизмы безопасности, ускоренный искусственный интеллект (AI), маломощные контроллеры Интернета вещей (IoT) и др.


«Чиплеты не могут в одиночку сохранить закон Мура, но они представляют собой инновационный подход, который поможет продвигать инновационные технологии, новые стратегии дизайна и материалы», – добавляет Хакенберг.


Пресс-релиз Omdia

Закон Мура больше не работает. Как развивает вычислительная техника сегодня

Святослав
Иванов

Новостной редактор

В 1965 году один из основателей корпорации Intel Гордон Мур впервые заметил, что каждые два года количество транзисторов на квадратный дюйм интегральных схем увеличивается в два раза. Основываясь на этих данных, он сформулировал так называемый закон Мура, согласно которому вычислительная мощность компьютеров экспоненциально увеличивается каждые два года. Чуть позже, когда темпы производства немного замедлились, другой сотрудник Intel Давид Хаус снизил этот показатель до 18 месяцев. Однако сейчас эта константа развития вычислительной техники практически не работает. «Хайтек» разобрался, как сейчас развивается компьютерный рынок и как в 2019 году создаются процессоры и другие важнейшие вычислительные устройства.

Читайте «Хайтек» в

Как появился закон Мура

Гордон Мур в своем прогнозе 1965 года предсказал, что за десять лет — к 1975 году — количество элементов в каждом чипе вырастет с 26 (64 единицы) до 216 (65 536 единиц). По словам Мура, при сохранении такой тенденции мощности процессоров за достаточно короткий промежуток времени будут расти экспоненциально — то есть в два раза, именно это и стало называться законом Мура.

Гордон Мур

Почти через 40 лет после своего прогноза, в 2003 году, Мур начал сомневаться в продолжительности действия такого развития вычислительной техники. В своей научной работе No Exponential is Forever: But Forever Can Be Delayed! («Экспоненциальный рост не вечен, но эту вечность можно отложить!» — «Хайтек») он пояснил, что такой рост величин в течение длительного времени практически невозможен, поскольку техника в том виде, в котором она существовала, постоянно упирается в различные именно физические пределы. Для радикального роста инженерам приходилось достаточно сильно менять саму структуру транзисторов и открывать новые материалы, из которых их можно собирать.

Транзисторы. История появления

Транзистором называют радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, который на сегодняшний день является основным рабочим компонентом всех электронных устройств и микросхем. Он может от небольшого входного сигнала управлять током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.

Первый транзистор появился спустя десятилетия исследований ученых со всего мира у группы физиков под руководством Джозефа Бекера. Их финансировала компания Bell Telephone Laboratories, одна из самых наукоемких и богатых в США рубежа 1940-х. Еще один физик, Уильям Браттейн, спустя многолетние не очень удачные исследования твердотельных приборов однажды случайно сблизил два игольчатых электрода на поверхности германия, да еще перепутал полярность напряжений питания, и вдруг заметил влияние тока одного электрода на ток другого. Уже через полгода — к середине 1947 года — у них заработал первый твердотельный усилитель, который считают первым в мире транзистором.

Bell Labs сразу оформила патент на это изобретение, но технология была очень нестабильной и имела массу проблем. Первые транзисторы, поступившие в продажу в 1948 году, работали ненадежно — если их потрясти, коэффициент усиления резко менялся, а при нагревании устройства совсем переставали работать.

В 1952 году Bell Labs решила предоставить права на изготовления транзистора всем компаниям, которые смогут заплатить $25 тыс. за пользование патентом. И уже в 1953 году на рынке появилось первое коммерческое изделие на основе транзисторов — слуховой аппарат от пионера в этой области Джона Килби из компании Centralab.

После этого транзисторы заменили все радиолампы в электронных устройствах. Начиная с первых транзисторов по сегодняшний день, все микросхемы используются в качестве так называемых планарных или плоских транзисторов. Последние 50 лет инженеры пытались уменьшить размеры транзисторов, чтобы на одну плату могло влезть как можно больше подобных схем. Например, если в 1965 году в микросхему можно было встроить 30 транзисторов, то теперь — около 55 млн.

Копия первого в мире работающего транзистора

Во время эволюции транзисторов менялись не только их размеры, но и материалы, а также геометрия и технологии производства. При этом уменьшение транзистора влияет и на его рабочие характеристики, поскольку уменьшив его, например, в пять раз, увеличивается его скорость работы — тоже в пять раз.

Основная проблема, связанная с уменьшением размера транзистора, сталкивается с тем, что увеличение количества транзисторов приводит к росту потребляемой мощности и обычному перегреву микросхемы. Он происходит из-за утечки тока через слой диэлектрика, который приходится также снижать при уменьшении самого транзистора.

Альтернативой обычным стали SOI-транзисторы, в которых слой диэлектрика добавляют вглубь кремния для остановки утечки тока. Это позволяет даже повысить скорость работы транзисторов на 25%, однако у технологии есть и недостаток. Для работы таких схем необходимо повышать напряжение, что негативно сказывается на характеристиках. Таким образом, обычные кремниевые транзисторы подошли к физическому пределу, для преодоления которого ученым приходится не просто менять принцип работы устройства, а создавать новые схемы передачи электронов. Из-за этого закон Мура сейчас практически перестал работать.

В каком диапазоне будут работать вакуумные транзисторы

Сейчас ученые активно развивают технологию создания вакуумных транзисторов, поскольку вакуум — намного более выгодная среда для передачи электронов, нежели твердое тело. Вакуумное устройство может стать первым полноценным терагерцевым транзистором, работающим намного быстрее кремниевых. Еще одной заменой кремниевых могут стать графеновые или состоящие из нанотрубок устройства, однако все эти технологии пока находятся на стадии разработки.

Закон Мура больше не работает?

Уже в 2007 году сам Мур заявил, что действие этого закона больше невозможно из-за фундаментальных причин — атомарной природы вещества и ограничения скорости света, которое не позволяет процессорам работать еще быстрее.

Рост числа транзисторов в период 1971–2011 годов. Закон Мура

Критика закона Мура появилась почти сразу после его появления. Одним из самых уязвимых мест этой концепции был пункт, что при экспоненциальном увеличении мощностей процессоров их стоимость каждый раз уменьшается примерно на такой же порядок. Если в 1969 году стоимость создания первого персонального компьютера h416 от компании Honeywell составляла более $10 тыс., то к 1971 году она должна была снизиться до $5 тыс., а к 1973 году — до $2,5 тыс.. Однако в 1975 году фирма MOS Technology, Inc. начала производство компьютера KIM-1, который стоил $245.

Постоянно критиковались не только финансовые стороны этого закона, но и невозможность переложить его на другие сферы. В 1983 году издание Scientific American в своем материале заявило, что «закон Мура абсолютно невозможно использовать не только в промышленности в широком смысле этого слова, но и практически во всех отраслях, смежных с вычислительной техникой».

Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолет Boeing 767 стоил бы $500 и совершал облет земного шара за 20 минут, затрачивая при этом пять галлонов (~18,9 л) топлива. Приведенные цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ.

Scientific American

Закон Рока

Существует также закон Рока, названный в честь известнейшего инвестора Артура Рока. Согласно ему, размер прибыли компании по производству таких чипов также должен удваиваться каждые четыре года. По сути, закон Рока можно рассматривать как обратную сторону закона Мура, когда развитие технологий рассматривается только с экономической точки зрения.

Артур Рок отмечал, что закон Мура может работать только в случае роста прибыли корпораций, которые занимаются созданием вычислительной техники. Если достаточно капиталоемкая полупроводниковая промышленность начинает приносить большую прибыль, инвесторы начинают еще больше вкладывать деньги в эту отрасль, что снова дает резкий рост технической стороне.

При этом за последние 50 лет стоимость производства транзисторов упала в тысячи раз, и сейчас она обходится не дороже цены, которую в типографии берут за один знак, например, за точку.

По прогнозам, закон Мура будет действовать, хоть и в несколько видоизмененном формате, до конца 2025 года. В 2014 году компания Intel заявила, что темпы разработки транзисторов уменьшились, а сроки работы закона Мура скорректировались до 2,5 лет. Как будет развиваться вычислительная техника после 2025 года, до конца не ясно.

Артур Рок

Сейчас только две компании смогли создать транзисторы с такими техническими характеристиками и стоимостью, которые соответствовали бы прогнозам Мура — корпорации TSMC и Samsung Electronics, с производственными узлами в 10 нм, 7 нм и 5 нм (и еще планируют узлы в 3 нм). При этом темпы Intel и других бывших лидеров этого направления достаточно сильно упали.

Тем более, что еще в 2012 году исследовательская группа из Университета Нового Южного Уэльса объявила о разработке первого рабочего транзистора, состоящего из одного атома, размещенного точно в кристалле кремния (а не только из большой выборки случайных транзисторов). Закон Мура предсказал, что этот рубеж будет достигнут только к 2020 году. После создания такого типа транзисторов технологиям будет практически некуда развиваться дальше.

Многие участники рынка предполагают, что очередная революция в вычислительной технике произойдет с появлением первых квантовых компьютеров. Однако сейчас, даже несмотря на появление громких новостей, до его создания пока достаточно далеко.

Квантовый компьютер считается потенциальным вычислительным устройством следующего поколения, который будет работать на явлениях квантовой механики — квантовой суперпозиции и квантовой запутанности. В отличие от обычных компьютеров, он будет оперировать не битами с возможными значениями 0 или 1, а кубитами — они будут иметь одновременно значение и 0, и 1.

Теоретически это позволит обрабатывать все возможные состояния кубита одновременно, значительно увеличивая скорость работы компьютера. На сегодняшний день реально работающих квантовых компьютеров пока не существует.

Еще одним вектором для развития вычислительной техники может являться более традиционный подход — в частности, создание новых материалов, из которых можно собирать транзисторы. Ведь первоначально проводники делались из различных металлов с легирующими примесями — индия, галлия и алюминия, но постепенно инженеры начали экспериментировать над разными материалами для полупроводниковых транзисторов. В том числе начал использоваться германий, на смену которому пришел кремний — он используется и на сегодняшний день. Каждый используемый материал обладал собственной скоростью передачи электронов, а также уникальными характеристиками, например, теплопередачей или мощностью работы. Обычный кремниевый транзистор не может работать под напряжением более 1 кВ, тогда как вакуумные лампы намного эффективнее их в этом вопросе.

Другие эксперты считают, что будущее вычислительной техники — за соединением искусственного интеллекта и органических веществ для создания биокомпьютера. Однако такие разработки пока находятся несколько на периферии технологической мысли или в области научной фантастики.

Гордон Мур | Биография и факты

Нойс, Роберт

См. все СМИ

Дата рождения:
3 января 1929 г. (93 года)
Сан-Франциско
Калифорния
Учредитель:
Фэирчайлд Полупроводник
Интел
Предметы изучения:
Закон Мура

Просмотреть весь связанный контент →

Гордон Мур , полностью Гордон Э. Мур (родился 3 января 1929, Сан-Франциско, Калифорния, США), американский инженер и соучредитель корпорации Intel вместе с Робертом Нойсом.

Образование

Мур изучал химию в Калифорнийском университете в Беркли (бакалавр наук, 1950 г.), а в 1954 г. получил степень доктора философии. по химии и физике Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт), Пасадена. После окончания университета Мур присоединился к Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, где изучал физическую химию твердого ракетного топлива, используемого ВМС США в зенитных ракетах. Вскоре Мур решил, что частный бизнес предлагает более захватывающие исследования с большей потенциальной выгодой.

Викторина «Британника»

Викторина «Компьютеры и технологии»

Компьютеры размещают веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения, такие простые, как… LOL. Взломайте эту викторину, и пусть какая-то технология подсчитает ваш результат и раскроет вам ее содержание.

От Шокли до Intel

Мур был особенно взволнован потенциалом транзистора, недавнего изобретения, ожидающего разработки практических технологий производства. В 1956 году Мур вернулся в Калифорнию, чтобы работать в Лаборатории полупроводников Шокли, которую Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, лауреат Нобелевской премии, только что открыл в Пало-Альто. Новая лаборатория исследовала методы производства транзисторов на основе кремния, но после лихорадочных полутора лет под руководством Шокли, увенчанных призывом Мура и других, чтобы компания наняла профессионального менеджера, Мур и семь его коллег подали в отставку и присоединился к Fairchild Camera and Instrument Corporation, чтобы сформировать новую компанию Fairchild Semiconductor Corporation в Санта-Кларе, Калифорния. В 1957 Fairchild надеялась заняться транзисторным бизнесом, и «предательская восьмерка» — как Шокли называл перебежчиков — представила себя как готовое решение. Благодаря финансированию Fairchild и инвестициям каждого из членов-основателей новая компания вскоре превратилась в крупного производителя транзисторов. Мур стал директором по исследованиям и разработкам новой компании в 1959 году, после того как соучредитель Нойс (соавтор интегральной схемы) был повышен с этого поста до генерального директора.

За время работы в Fairchild Муру стало ясно, что независимо от того, сколько науки ушло на разработку кремниевых пластин, их производство всегда будет связано с искусством. Когда Мур и Нойс покинули Fairchild в 1968 году, чтобы основать корпорацию Intel (также расположенную в Санта-Кларе), они решили объединить теорию и практику, заставив ученых-исследователей и инженеров работать непосредственно над производством микросхем, особенно полупроводниковых микросхем памяти с магнитным оксидом, которые стал первым большим коммерческим успехом Intel.

Мур был вице-президентом (1968–75), президентом (1975–79), главным исполнительным директором (1975–87) и председателем совета директоров (1979–97) Intel. С 1993 по 2000 год он занимал пост председателя попечительского совета Калифорнийского технологического института. Мур был награжден Национальной медалью технологий в 1990 году.

Несмотря на перечисленные выше достижения, Мур может быть наиболее известен благодаря довольно простому наблюдению. В 1965 году для специального выпуска журнала Electronics Мура попросили спрогнозировать развитие событий на следующее десятилетие. Анализируя увеличение числа транзисторов на кремниевый чип в прошлом, Мур сформулировал так называемый закон Мура: количество транзисторов на кремниевый чип удваивается каждый год. В 1975, поскольку темпы роста начали замедляться, Мур пересмотрел свои временные рамки до двух лет. Его пересмотренный закон был несколько пессимистичен; примерно за 40 лет, начиная с 1961 года, количество транзисторов удваивалось примерно каждые 18 месяцев. Журналы регулярно ссылались на закон Мура, как на неумолимый — технологический закон с уверенностью ньютоновских законов движения. Только время покажет, будет ли отменен закон Мура.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Майкл Аарон Деннис

Закон Мура 2022 | Шелли Палмер

Шелли Палмер

О

Работать с нами

Наймите Шелли, чтобы говорить

Блог

Метакадемия

Подкаст

КЕС

Поиск

Новый
Получайте наш отмеченный наградами ежедневный информационный бюллетень.

Помните закон Мура? По сути, это говорит о том, что количество кремниевых транзисторов будет удваиваться примерно каждые два года, а стоимость компьютеров уменьшится вдвое. Это говорит о экспоненциальном росте возможностей чипов и огромном падении цен на чипы. Большинство экспертов сходятся во мнении, что закон Мура больше не соответствует действительности. (Некоторые эксперты утверждают, что это никогда не было правдой, но эта история для другого дня).

Что есть правда, так это то, что рост вычислительных мощностей — это постоянная конкуренция, чрезвычайно полезная для отрасли. Во время мероприятия AMD в понедельник компания представила свои процессоры серии Ryzen 7000 и похвасталась, что ее новый Ryzen 5 7600X на 11% быстрее, чем Intel Core i9-12900K. Это хвастовство «наш новый чип быстрее, чем чип другого ведущего производителя чипов» (что верно только в некоторых тестах производительности) настолько старомодно, что я никогда не обращал на это особого внимания, но я должен, и вы тоже должны. Чипы обеспечивают 100% нашей цифровой жизни.

Нехватка чипов заставила нас сосредоточиться на вопросах цепочки поставок, но постепенные инновации, ведущие к постепенному повышению производительности, важны как никогда. Как это постепенное увеличение изменит технологии, которые мы используем каждый день?

Более мощные чипы напрямую ведут к расширению возможностей. Миниатюризация ведет к мобильности. Игривое, хвастливое, неважное заявление о том, что «наш новый чип быстрее, чем чип другого ведущего производителя чипов», никогда не следует игнорировать; это должны праздновать все!

Примечание автора: Это не рекламный пост. Я автор этой статьи, и она выражает мое собственное мнение. Ни я, ни моя компания не получаю за это компенсацию.

О Шелли Палмер. с технологиями, СМИ и маркетингом. Названный LinkedIn «Лучшим голосом в области технологий», он освещает технологии и бизнес для

Добрый день, Нью-Йорк , постоянный комментатор на CNN и CNBC, ведет популярный ежедневный бизнес-блог.