Prawo Moore'a. Samospełniająca się przepowiednia?

Niemal pół wieku temu Gordon Moore przewidział szalone tempo miniaturyzacji procesorów komputerowych. Teraz tranzystrory docierają do granicy fizycznych możliwości dalszego pomniejszania. Co dalej?
iemal pół wieku temu Gordon Moore przewidział szalone tempo miniaturyzacji procesorów komputerowych. Teraz tranzystrory docierają do granicy fizycznych możliwości dalszego pomniejszania. Co dalej?
Pierwszy patent na obwód scalony zawierający wiele tranzystorów przyznano w 1961 roku.
Firmy z Doliny Krzemowej były w stanie coraz gęściej upakować w nich tranzystory. W 1965 roku Gordon Moore przewidział, że ich zagęszczenie będzie się podwajać co roku. Dekadę później skorygował swoją prognozę: liczba tranzystorów, którą potrafimy ścisnąć na danej powierzchni podwaja się co 24 miesiące. W tej postaci prawo Moore'a obowiązuje do dziś.
Jest też kilka innych sformułowań prawa Moore'a, odwołujących się np. do szybkości mikroprocesorów. W każdym jego ujęciu konsekwencją wieloletniego wyścigu producentów elektroniki są taniejące i coraz wydajniejsze komputery. Gordon Moore to współzałożyciel firmy Intel, zdopingował w ten sposób branżę do silnego współzawodnictwa w miniaturyzacji.
Gdy pomyślimy, co to znaczy - regularnie podwajać zagęszczenie tranzystorów przez pół wieku - aż trudno w to uwierzyć. Od dawna eksperci oczekują, że producenci nie wytrzymają takiego tempa. Procesory dziś to już przecież nanotechnologia. Na powierzchni paznokcia potrafimy pomieścić ponad miliard tranzystorów, które działają w oszałamiającym tempie. Tymczasem popularny w połowie lat dziewięćdziesiątych procesor Pentium miał ich kilka milionów, a jego poprzednik z połowy lat siedemdziesiątych najwyżej kilka tysięcy (oba - na odpowiednio większej powierzchni).
Za kilka lat inżynierowie chcą zmieścić ich aż kilkanaście miliardów na jednym procesorze i równocześnie budować komputery dla nanorobotów, które swobodnie mogłyby poruszać się w naszym krwioobiegu. Prawdopodobnie będzie to jednak oznaczało rozstanie tranzystora z krzemem i innymi naturalnymi półprzewodnikami.
Prawo Moore'a w swojej krzemowej wersji nie będzie działać prawdopodobnie już w 2015 roku.
Eksperci uważają, że uda się zejść z kilkudziesięciu nanometrów do kilku, ale poniżej dziesięciu nie będzie się to już nikomu opłacało. Udało się już tymczasem skonstruować tranzystory z nanorurek i gdy przemysł komputerowy dotrze do granic możliwości stosowanych materiałów, przesiądzie się prawdopodobnie na węgiel.
Co dalej?
Powstają już komputery alternatywnej architekturze, całkowicie zrywające z tranzystorami. W niedalekiej przyszłości ujrzymy między innymi:
Komputery oparte o spin, zamiast o ładunek elektronu. Wówczas zadanie tranzystora, w którym płynie ich cała rzeka, może spełniać pojedynczy elektron. Pozwoli to na dalszą miniaturyzację procesorów i pamięci. A w dodatku, komputery spintroniczne będą pochłaniać mniej energii - choćby dlatego, że nie będą wymagały zasilania dla samego podtrzymania danych w pamięci operacyjnej.
Komputery kwantowe, które rezygnują z bitów (które przyjmują wartość 0 lub 1) na rzecz bitów kwantowych. Kubit może przyjmować obie wartości - równocześnie. Choć trudno to pojąć (bez zaawansowanego aparatu matematycznego), taki "szalony" komputer będzie w stanie błyskawicznie radzić sobie z problemami, które są nieosiągalne dla tradycyjnych maszyn.

Pierwszy patent na obwód scalony zawierający wiele tranzystorów przyznano w 1961 roku. Firmy z Doliny Krzemowej wkrótce były w stanie coraz gęściej upakować w nich tranzystory.

W 1965 roku Gordon Moore przewidział, że ich zagęszczenie będzie się podwajać co roku. Dekadę później skorygował swoją prognozę: liczba tranzystorów, którą potrafimy ścisnąć na danej powierzchni podwaja się co 24 miesiące. W tej postaci prawo Moore'a obowiązuje do dziś.

Jest też kilka innych sformułowań prawa Moore'a, odwołujących się np. do szybkości mikroprocesorów, czy spadającej ceny pojedynczego tranzystora. W każdym jego ujęciu konsekwencją wieloletniego wyścigu producentów elektroniki są taniejące i coraz wydajniejsze komputery. Gordon Moore to współzałożyciel firmy Intel, zdopingował w ten sposób branżę do silnego współzawodnictwa w miniaturyzacji.

Gdy pomyślimy, co to znaczy - regularnie podwajać zagęszczenie tranzystorów przez okrągłe pół wieku! - aż trudno w to uwierzyć. Od dawna eksperci oczekują, że producenci nie wytrzymają takiego tempa. Procesory dziś to już przecież nanotechnologia. Na powierzchni paznokcia potrafimy pomieścić ponad miliard tranzystorów, które działają w oszałamiającym tempie. Tymczasem popularny w połowie lat dziewięćdziesiątych procesor Pentium miał ich kilka milionów, a jego poprzednik z połowy lat siedemdziesiątych najwyżej kilka tysięcy (oba - na odpowiednio większej powierzchni).

Za kilka lat inżynierowie chcą zmieścić ich aż kilkanaście miliardów na jednym procesorze i równocześnie budować komputery dla nanorobotów, które swobodnie mogłyby poruszać się w naszym krwioobiegu. Prawdopodobnie będzie to jednak oznaczało rozstanie tranzystora z krzemem i innymi naturalnymi półprzewodnikami.

Prawo Moore'a w odniesieniu do tradycyjnej elektroniki nie będzie działać prawdopodobnie już w 2015 roku.

Eksperci uważają, że uda się zejść z kilkudziesięciu nanometrów do kilku, ale poniżej dziesięciu nie będzie się to już nikomu opłacało. Sęk w tym, że wielokrotnie już spodziewano się, że proroctwo Moore'a przestanie wreszcie działać. Do jakich rozmiarów przemysł dotrze, nim faktycznie produkcja takich tranzystorów przestanie być ekonomicznie uzasadniona?

Poza werdyktami rynku, są różne inne - klasyczne znaczenia słowa "niemożliwe". Producentom elektroniki wyjątkowo dobrze udaje się od półwiecza przesuwać granicę technicznych możliwości. Nie raz już przypuszczano, że krok dalej jest już fizycznie niemożliwy, ale odpowiednie domieszkowanie półprzewodników pozwala zwalczać trudności związane np. ze zjawiskami kwantowymi. W końcu jednak trzeba będzie zerwać z krzemem i przejść na węgiel.

Udało się już skonstruować eksperymentalne tranzystory, w których impulsem jest pojedynczy elektron.

Dalsze zmniejszanie tranzystora będzie już po prostu logicznie niemożliwe.

...no, chyba, żeby zamiast elektronów używać fotonów i budować komputery optyczne. Bo i takie prace są dość zaawansowane. Być może to fotonowe maszyny liczące będą ostatnim bastionem miniaturyzacji tranzystora. Jednak na poziomie atomowym i subatomowym dzieją się na tyle ciekawe rzeczy, że naprawdę szkoda wiązać sobie ręce regułami "starej" elektroniki.

Co po tranzystorze?

Powstają już komputery o alternatywnej architekturze, całkowicie zrywające z tranzystorami. W niedalekiej przyszłości ujrzymy między innymi:

Komputery oparte o spin, zamiast o ładunek elektronu. Wówczas zadanie tranzystora, może spełniać sam elektron. Pozwoli to na dalszą miniaturyzację procesorów i pamięci. A w dodatku, komputery spintroniczne będą pochłaniać mniej energii - choćby dlatego, że nie będą wymagały zasilania dla samego podtrzymania danych w pamięci operacyjnej.

przeczytaj artykuł Łukasza Partyki Spintronika. Czym jest i czemu nas kręci?.

Komputery kwantowe, które rezygnują z bitów (przyjmujących wartość 0 lub 1) na rzecz bitów kwantowych. Kubit może przyjmować obie wartości - równocześnie. Choć trudno to pojąć (bez zaawansowanego aparatu matematycznego), taki "szalony" komputer będzie w stanie błyskawicznie radzić sobie z problemami, które są nieosiągalne dla tradycyjnych maszyn.

przeczytaj artykuł Piotra Cieślińskiego Poskromić kwanty
Więcej o: