Gordon Moore nebyl v roce 1965 příliš nadšený, když byl požádán, aby napsal článek na oslavu 35. výročí elektronického časopisu. „Dostal jsem fušku předpovědím, co se stane v komponentách křemíku v příštích deseti letech,“ vzpomínal o 40 let později. Ale jako ředitel výzkumu a vývoje na Fairfield Semiconductor, který vyvinul průlom Planární tranzistor V roce 1959 byl dokonale umístěn, aby posoudil pokrok, který byl dosažen v šesti krátkých letech.
Zejména si Moore všiml, že Fairfield zdvojnásobil počet tranzistorů, které by mohly být každý rok umístěny na čipu – schopnost vytlačit 60, kde kdysi byly dva. Poté „slepě extrapoloval asi deset let a řekl: Dobře, v roce 1975 budeme mít na čipu asi 60 tisíc komponent.“ Jinými slovy, každý rok se počet zdvojnásobil a Moore si myslel, že se bude i nadále zdvojnásobit. Jeho předpověď byla úhledná a snadno pochopitelná – ale především to fungovalo.
Tato myšlenka byla rychle nazvána Mooreovým zákonem a většinou platila až do roku 1975 (aby byl přísně přesný, počet se během deseti let zdvojnásobil spíše než desetkrát za deset let). Když Moore viděl komplikace dále v linii, revidoval svou předpověď na zdvojnásobení každé dva roky a jeho předpověď je opět opět (zhruba) přesná po dobu příštích 40 let.
Jeho jedinou chybou je, že míra zdvojnásobení byla ve skutečnosti rychlejší – v průměru se zdvojnásobila každých 21 měsíců.
Mooreovo seberealizující proroctví
Jedním z důvodů úspěchu Mooreovy predikce je to, že se stal průvodcem – téměř cílem – pro návrháře čipů. To byl zejména případ společnosti Intel, společnosti, kterou Gordon Moore spoluzakládal s Robertem Noyce v roce 1968. Moore a Noyce, jeden z inženýrů za rovinným procesem, viděli potenciál v integrovaných obvodech, které recesi a opatrný Fairfield ne.
V roce 1971 by Intel měl svůj první velký zásah: mikroprocesor 4004. Zahrnoval 2 300 tranzistorů měřících 10 mikronů tlustých – pětkrát štíhlejší než pramen lidských vlasů. O něco více než o deset let později představil Intel procesor 80286, přičemž 134 000 tranzistorů měří 1,5 mikronů (z tohoto důvodu se označuje jako „proces 1,5 mikron“). Tento vývoj se velmi objevil v souladu s revidovaným zákonem Moore.
Při pohledu zpět v průběhu let, které následovaly – 80., 90. a začátkem roku 2000 – se může zdát, že cesta pokroku byla hladká. Koneckonců Mooreův zákon stále držel. Ale to bylo možné pouze kvůli řadě velkých průlomů, z nichž každý vyřešil problém, který se najednou zdál nemožný.
Související: Světelný počítačový čip může trénovat AI mnohem rychleji než komponenty poháněné elektřinou
Některé byly založeny na materiální vědě, jako je zlepšení „dopingových“ metod, které vkládají nečistoty do polovodiče, aby lépe kontrolovaly jeho vodivost. Nebo vytvoření technologie supravodiče oxidu kovů (CMOS) v polovině 80. let, která přinesla nižší spotřebu energie, a tedy méně tepla. Další průlomy přišly ve výrobním procesu, jako je vývoj extrémní ultrafialové litografie (EUV), aby se vzory leptání na stále menší oplatky.
A inovace se nezastavily. Zmínili jsme se o rovinném procesoru, kde tranzistory sedí na úrovni roviny, přímo na začátku tohoto článku. Trvalo to roky výzkumu a vývoje – (Čtyři japonští vědci v Deltě vytvořil první vertikální design pro procesor v roce 1989)-ale když dorazil, vertikální procesor FINFET dal Mooreův zákon nový život v roce 2012 ve formě procesorů I3, I5 a I7 ve třetí generaci společnosti Intel. Použili 22nm procesor a zabalili až 1,4 miliardy procesorů.
Toto je jen hrstka inovací, které Gordon Moore nikdy nemohl předvídat, ale umožnil jeho zákonu platit. Na obzoru se však objevil jeden zdánlivě nemožný problém – fyzika.
Proč menší není vždy lepší
Strand vlasů je tlustý asi 50 mikronů. Mote prachu kolem pěti mikronů. Bakteriální buňka, jako je mykoplasma, měří 0,5 mikronů. Nyní zvažte, že moderní tranzistory jsou často tlusté 0,005 mikronů nebo 5 nanometrů (5nm) a uvědomíte si, že se blížíme atomové úrovně. Máme na mysli, že doslova: prostor mezi středem dvou sousedních atomů křemíku je kolem 0,235 nanometrů, takže můžete vytlačit kolem 21 do prostoru 5nm.
Poté zvažte, že nejnovější výrobní procesy CPU se opět snížily, z 5nm na 2nm, což znamená prostor pro osm atomů křemíku. V tomto okamžiku začneme dosáhnout bodu, kde Kvantové mechanické převažují účinky, jako je kvantové tunelování, které způsobuje únik elektronů. Toto není vlastnost, kterou chcete v tranzistoru.
To vše znamená, že přímý přístup „zmenšit věci“ již nefunguje sám. Proto jsme viděli posun od miniaturizace a místo toho směrem k sofistikovanějším procesorům, s každým čipem v každém zařízení, které nyní vlastníte, včetně mnoha různých jader, aby mezi nimi bylo rozděleno úkoly.
Je Mooreův zákon stále relevantní?
V nejjednodušším smyslu, ne. Dny, kdy jsme mohli zdvojnásobit počet tranzistorů na čipu každé dva roky, jsou daleko za námi. Mooreův zákon však působil jako Pacesetter v desetiletí trvajícím závodě, aby vytvořil čipy, které plní složitější úkoly rychleji, zejména protože naše očekávání pro neustálý pokrok pokračují.
Abychom změřili jeho úspěch, zvažte, že pokud by Mooreův zákon navrhl zdvojnásobení každých 10 let namísto každých dvou, pak bychom se uvízli s počítači z 80. let. Steve Jobs by nikdy nebyl schopen oznámit iPhone v roce 2007 a založit éru smartphonu.
Toto nastavení tempo je něco, co nyní vyžaduje nejen spotřebitelé, ale rady technologických společností. Je to jeden z řidičů za jednotkami neurálních zpracovatelských jednotek (NPU) uvnitř nedávných procesorů, který je schopen provozovat místní Umělá inteligence (Ai) Úkoly, které jsou mimo dosah konvenčních CPU. Prozatím může tato technologie provádět jednoduché úkoly, jako je odstranění nežádoucích lidí z pozadí našich fotografií, ale to je jen začátek.
NPU jsou dnes velké zprávy, stejně jako neuvěřitelné ekvivalenty poháněné NVIDIA v datových centrech, které řídí Chatgpt, Midjourney a další služby AI, na které se postupně spoléháme. Mezitím se zdá, že osobní asistenti AI jsou srdečním rytmem, přičemž v příštím desetiletí pravděpodobně přijdou ještě větší skoky.
Ještě si nemůžeme být jisti, co tyto skoky budou znamenat. Můžeme říci, že vývoj se v současné době děje ve univerzitních výzkumných laboratořích a divizích výzkumu a vývoje v megakorporacích, jako je Intel. Jedna z těchto laboratoří by ještě mohla vypracovat způsob, jak se napěchovat ještě více tranzistorů do ještě menších oblastí – nebo se možná úplně vzdát od tranzistorů – to se však zdá nepravděpodobné.
Místo toho Mooreův zákon žije jako očekávání tempa pokroku. Očekávání, že každá technologická společnost od Deepseek po Meta po OpenAi bude i nadále používat jako jejich průvodce.
