Същността на закона на Мур

Списанието Electronics през 1965 г. публикува добре позната статия за интеграцията на компонентите на интегрираните системи, създадена от Gordon Moore, който основава Intel в бъдеще. Между другото, оригиналният документ, или по-скоро неговото сканирано копие, се съхранява в музея на корпорацията. Разбира се, виртуално.

Невероятна прогноза

По това време Мур е директор на разработката в Fairchild Semiconductor. Той анализира развитието на компютърните технологии през последните шест години и направи прогноза за следващите десет. Според емпиричния закон на Мур, средният брой на транзисторите в микрочипове ще се удвоява всяка година.

Тази характеристика, идентифицирана от опита, стана известна като закон на Мур (първоначално законът на Мур) и стана един от най-известните закони в областта на компютърните технологии. Гордън Мур буквално определя темпото на технологичното развитие и в продължение на четири десетилетия разработчиците на процесори го следват доброволно или несъзнателно. Подобно на закона на Мърфи, той не може да бъде наречен физически, математически и общонаучен, това е просто наблюдавано емпирично правило, което говори за експоненциалния характер на развитието на една от технологичните сфери.

С помощта на него се оказа много удобно да се предскаже дейността на ИТ компаниите, така че законът на Мур е обичан от много маркетолози и директори на микроелектронни корпорации.

Кой е той?

Гордън Мур е съосновател на Intel. През следващите седем години той е бил вицепрезидент на компанията, а през 1975 г. заема длъжността президент и главен изпълнителен директор. До 1979 г. Гордън Мур заемаше двете позиции, но подаде оставка като президент и зае място в борда на директорите. Той е бил генерален мениджър в компанията Intel до 1987 г. и заема поста на председател до 1997 година. През същата година той получава титлата "почетен председател на борда на директорите". Сега Гордън Мур е почти на деветдесет години, той все още е почетният председател на Intel и живее в слънчевия Хавай.

В дните на Мур

Да, скоростта на технологичното развитие е невероятна. Ако сега електрониката може да управлява почти всичко, тогава преди четиридесет години, по времето на Гордън Мур, тази сфера едва започваше да се развива. Компанията Texas Instrument стартира първия чип на 12 септември 1958 г. (между другото през 2000 г. за него бе получена Нобелова награда за физика). Съвременната микроелектроника дължи появата си на Джак Килби и Робърт Нойс, който заедно с Мур е основател на Intel. Създаването на чип не изисква брилянтни открития в областта, но Нойс и Килби изобретяват технология, която превръща цялата електронна индустрия.

До 1965 г., когато е публикувано известното изявление на Мур, най-сложният микрочип се състои от 64 транзистора, така че е изненадващо как Гордън Мур е успял да извлече такива невероятно точни статистически данни, които определят темпото за развитието на електронната технология за десетилетия напред.

Нова формулировка

Десет години по-късно Мур, като се увери, че правилото наистина работи, леко го коригира. В речта си на международната конференция за срещи с електронни устройства (между другото, документът може да се види и в виртуалния музей на Intel), той каза, че през последните десет години броят на елементите, съдържащи се в кристалите, се е удвоил, но сложността на чип устройството нараства. Следователно съвременният закон на Мур гласи, че броят на транзисторите няма да се удвоява всяка година, а на всеки две.

И неговото предположение отново беше потвърдено. Актуализираният закон на Мур продължава да работи досега, само леко ускорение се случи: удвояването става за осемнадесет месеца, лесно се забелязва, ако анализираме техническите характеристики на продуктите на Intel.

И през 2003 г. Мур в новата си работа заяви, че увеличението на физическите величини експоненциално не може да продължи безкрайно, граници ще бъдат постигнати рано или късно. По едно време законът на Мур продължава да съществува благодарение на еволюцията на технологиите и транзисторите. През 2007 г. основателят на Intel също заяви, че законът скоро ще престане да работи поради скоростта на светлината и факта, че всички вещества са с атомна природа.

име

Всъщност, Гордън Мур не е очаквал, че подобно изказване ще се разгърне около изявленията му, а името на закона на Мур е измислено, според самия Гордън, Carvery Mead. Въпреки това, това правило беше взето от всички, стана толкова рекламирано, че изглежда и все още изглежда непоклатима истина и насърчава производителите да работят с такава скорост. За самите компании обаче съществуването и популярността на правилото са полезни - те могат да го използват като реклама. Например един от рекламните лозунги на Intel казва, че техните иновации продължават да изпълняват закона на Мур.

За числата

Например, ще бъде интересно да се види как броят на транзисторите се е увеличил през годините на примера с продуктите на Intel. През 1971 г. процесорът 4004 има 2,3 хиляди транзистори. Впечатляващо в сравнение с 64 транзистора през 1965 година. През 1974 г. беше пуснат Intel 8080, чиято цифра е пет хиляди. Четири години по-късно в процесора 8086 вече имаше 29 хиляди! През 1982 г. - 120 хиляди, а през 1985 г. - 275 хиляди. Имената под формата на числа не се помнят прекалено добре, но процесорът Pentium вероятно е познат на всички. Първият модел е издаден през 1993 година. Броят на транзисторите в Pentium - повече от три милиона, в Pentium II - 7,5 милиона, а в третия - 24. Новото поколение, наречено Itanium, е издадено през 2002 година. Този процесор се състои от 220 милиона транзистора, а през 2005 г. моделите на Itanium Montecito се увеличават до 1,72 милиарда.

интерпретация

Има и няколко определения, обясняващи същността на закона на Мур. Според един от тях, не броят на транзисторите като такива, а най-изгодният брой от тях, се удвоява. Второто тълкуване казва, че потенциалният брой елементи нараства. На трето място, веднъж на всеки осемнадесет месеца се появява процесор, който има представяне два пъти по-голямо от предишното.

Има някои други параметри, които законът на Мур описва. Формулировката на следното тълкуване е следната: на всеки две години параметрите като честотата на часовника на процесорите и изчислителната мощност на компютъра растат два пъти. Един от най-любопитните и в същото време практически версии на закона казва, че изчислителната мощност за един долар нараства.

Интересно е, че самият Гордън Мур мисли и говори за това: законът на Мур, каза той, не се потвърждава с точност, той просто представя скоростта на технологичното развитие лесно и ярко, а лудът около него вероятно е просто отличен ход на пазара, защото Intel особено обича да го държи на ухото. Но въпреки това изявлението бе прихванато от компютърни отрепки и очевидно им хареса.

За програмите

На практика е невъзможно да се използва силата, която предполага емпиричният закон на Мур, без използването на паралелни изчисления. В производството на процесори за дълго време се увеличава честотата на часовника, и имаше паралелно изпълнение на инструкции. В действителност обаче се оказа, че новите процесори изпълняват еднопоточни програми на стария модел много по-бързо, без да променят програмния код. Въпреки това, съвременните производители използват многоядрена архитектура, така че за да се използват всички предимства от увеличената производителност, е необходимо да се пренапишат програмите, но това не винаги е възможно да се осъществи. В допълнение, увеличаването на производителността поради паралелизма е ограничено, което е друго правило.

Законът на Амдал

През 1967 г. се появи друг закон, който, за разлика от закона на Мур, има математически доказателства. Според закона на Амдал производителността не може да се увеличава за неопределено време поради успоредността на изчисленията: без значение колко части е разделена задачата, общото време за завършване няма да е по-малко от времето, необходимо за решаване на най-сложния и дълъг фрагмент. Също така, времето е ограничено от присъствието в задачата на фрагменти, за които е необходимо последователно изпълнение.

Ефектът от закона на Мур е лесно да се следва с прост пример. Да предположим, че компютърът извършва производството на компоненти за автомобил. Въпреки че всяка част се прави едновременно с другите, общото време не може да бъде по-малко от това, което е необходимо за работа по най-сложната част. Втората част от закона, която говори за последователността на изпълнение, обяснява следния пример. Да предположим, че компютърът трябва да изпълни проста задача: постави ябълки в кутия. Ако се включи едно ядро, тогава ябълките ще се подреждат един по един. Ако структурата на процеса е многоядрена и е възможно многонишково изпълнение, компютърът ще може едновременно да постави колкото се може повече ябълки, тъй като има свободни ядра. Ако например човек се нуждае от компютър, за да сгъне ябълките и да преброи броя им, то в този пример е възможно да се проследи не само необходимостта от последователно изпълнение, но и еволюцията на алгоритъма на програмата. Всяко ядро ​​ще постави ябълка и ще “напише” колко от тях са изпратени в кутията. След това, във втория процес, всяко ядро ​​ще предостави информация за поставените ябълки и общата сума ще бъде определена чрез добавяне.

Законът на Мур и квантов компютър

Кога ще приключи законът на Мур? Може да се предположи, че той ще работи, докато чиповете имат транзистори. Но човечеството вече разработва ново поколение компютри, чието действие се основава на квантовите ефекти. Основната разлика е в действието на елементарните единици. В компютъра, в който сме свикнали, се използва двоичен код, в който всяка стойност се кодира с нули и единици. Съответно, елементарна единица - бит - може да има само една стойност - нула или единица.

Действието на квантовия компютър се основава на прилагането на ефект на суперпозиция, така че един квантов бит, или лабиринт, може да има две стойности едновременно, така че скоростта ще се увеличи няколко десетки, или дори стотици пъти. Квантови компютри вече съществуват, но те приличат на огромни машини, които изпълняват само най-простите операции, като традиционните компютри. Въпреки това, докато законът на Гордън Мур продължава да действа.