Bistvo Moorovih zakonov

Magazin Electronics leta 1965 je objavil znan članek o integraciji komponent integriranih sistemov, ki ga je avtor Gordon Moore, ki je v prihodnje ustanovil Intel. Mimogrede, izvirni dokument, oziroma skenirana kopija, je shranjen v muzeju družbe. Seveda, virtualno.

Neverjetno napoved

Takrat je bil Moore direktor razvoja v Fairchild Semiconductor. V zadnjih šestih letih je analiziral razvoj računalniške tehnologije in napovedal prihodnjih deset let. Po Moorevem empiričnem zakonu se bo povprečno število tranzistorjev v mikročipih vsako leto podvojilo.

Ta značilnost, prepoznana po izkušnjah, je postala znana kot Moorov zakon (prvotno Moorov zakon) in je postal eden najbolj znanih zakonov na področju računalniške tehnologije. Gordon Moore je dobesedno določil tempo tehnološkega razvoja in štiri desetletja ga razvijalci procesorjev sledijo, prostovoljno ali nevede. Tako kot Murphyjev zakon ga ni mogoče imenovati fizikalne, matematične in na splošno znanstvene, ampak samo dobro opazovano empirično pravilo, ki govori o eksponentni naravi razvoja ene od tehnoloških področij.

S pomočjo tega se je izkazalo, da je zelo priročno napovedati dejavnosti IT podjetij, zato so Moorov zakon ljubili številni tržniki in direktorji mikroelektronskih korporacij.

Kdo je on?

Gordon Moore je soustanovil Intel. Naslednjih sedem let je bil podpredsednik podjetja, leta 1975 pa je bil predsednik in izvršni direktor. Do leta 1979 je imel Gordon Moore obe funkciji, vendar je odstopil s položaja predsednika in postal član upravnega odbora. Do leta 1987 je bil generalni direktor družbe Intel in bil do leta 1997 na mestu predsednika. Istega leta je prejel naziv "častni predsednik upravnega odbora". Sedaj je Gordon Moore skoraj devetdeset let, še vedno je častni predsednik podjetja Intel in živi v sončnih Havajih.

V dneh Moora

Da, hitrost tehnološkega razvoja je neverjetna. Če bi zdaj elektronika upravljala skoraj vse, potem pred štiridesetimi leti, v času Gordona Moora, se je to področje šele začelo razvijati. Podjetje Texas Instrument je dalo prvi čip 12. septembra 1958 (mimogrede, leta 2000 je bila pridobljena Nobelova nagrada za fiziko). Sodobna mikroelektronika dolguje svoj videz Jacku Kilbyju in Robertu Noyceju, ki je skupaj z Moorejem ustanovitelj podjetja Intel. Ustvarjanje čipa ne zahteva briljantnih odkritij na tem področju, vendar so Noyce in Kilby izumili tehnologijo, ki je spremenila celotno elektronsko industrijo.

Do leta 1965, ko je bila objavljena Moorejeva znamenita izjava, je bil najbolj zapleten mikročip sestavljen iz 64 tranzistorjev, zato je presenetljivo, kako je Gordon Moore uspel izpeljati tako neverjetno natančne statistične podatke, ki so določali hitrost razvoja industrije elektronskih tehnologij v prihodnjih desetletjih.

Novo besedilo

Deset let kasneje ga je Moore, ki je poskrbel, da pravilo res deluje, nekoliko prilagodilo. V svojem govoru na mednarodni konferenci Electron Devices Meeting (mimogrede, dokument je mogoče videti tudi v Intelovem virtualnem muzeju) je dejal, da se je v zadnjih desetih letih število elementov, ki jih vsebujejo kristali, podvojilo, vendar pa kompleksnost čip naprave narašča. Zato Moorov sodobni zakon navaja, da se število tranzistorjev ne bo podvojilo vsako leto, ampak vsaka dva.

In njegova predpostavka je bila ponovno potrjena. Posodobljeni Moorov zakon še vedno deluje, vendar je prišlo do rahlega pospeševanja: podvojitev poteka v osemnajstih mesecih, enostavno je opaziti, če analiziramo tehnične lastnosti izdelkov Intel.

Leta 2003 je Moore v svojem novem delu navedel, da povečanje fizikalnih količin eksponentno ne more trajati neomejeno, omejitve bi bile dosežene prej ali slej. Nekoč je Moorov zakon še naprej obstajal zaradi razvoja tehnologije in tranzistorjev. Leta 2007 je ustanovitelj podjetja Intel tudi dejal, da bo zakon kmalu prenehal delovati zaradi hitrosti svetlobe in dejstva, da so vse snovi atomske narave.

Ime

Pravzaprav, Gordon Moore ni pričakoval, da se bo taka hiper razkrila okoli njegovih izjav in da je ime "Moorov zakon" izumil, po samem Gordonu, Carvery Mead. Vendar pa je to pravilo pobral vsakdo, postalo je tako oglaševano, da se je zdelo in še vedno se zdi, da je neomajna resnica in spodbuja proizvajalce, da delajo s tako hitrostjo. Vendar pa je za podjetja sama obstoj in priljubljenost pravila koristna - lahko jo uporabita kot oglas. Na primer, eden od oglaševalskih sloganov podjetja Intel pravi, da njihove inovacije še naprej izvajajo Moorov zakon.

O številkah

Na primer, zanimivo bo videti, kako se je število tranzistorjev v preteklih letih povečalo na primeru izdelkov Intel. Leta 1971 je procesor 4004 imel 2,3 tisoč tranzistorjev. Impresivno v primerjavi s 64 tranzistorji leta 1965. Leta 1974 je bil izdan Intel 8080, ki je pet tisoč. Štiri leta kasneje, v procesorju 8086 je bilo že 29 tisoč! Leta 1982 - 120 tisoč in leta 1985 - 275 tisoč. Imena v obliki številk se ne spomnijo preveč dobro, vendar je procesor Pentium verjetno vsakdo znan. Prvi model je bil izdan leta 1993. Število tranzistorjev v Pentiumu - več kot tri milijone, v Pentium II - 7,5 milijona, v tretjem - 24. Nova generacija, imenovana Itanium, je bila izdana leta 2002. Ta procesor je obsegal 220 milijonov tranzistorjev, leta 2005 pa so se modeli Itanium Montecito povečali na 1,72 milijarde.

Razlaga

Obstaja tudi več definicij, ki pojasnjujejo bistvo Moorovih zakonov. Po mnenju ene izmed njih se število tranzistorjev kot takih, vendar najbolj ugodno število, ne podvoji. Druga razlaga pravi, da potencialno število elementov narašča. Na tretji, enkrat v osemnajstih mesecih, se pojavi procesor, ki ima dvakrat večjo zmogljivost kot prejšnja.

Obstajajo še drugi parametri, ki jih opisuje Moorov zakon. Besedilo naslednje razlage je naslednje: vsaki dve leti se parametri, kot so urna frekvenca procesorjev in računalniška moč računalnika, dvakrat povečajo. Ena najbolj radovednih in hkrati praktičnih verzij zakona pravi, da računalniška moč, ki je na voljo za en dolar, narašča.

Zanimivo je, da sam Gordon Moore misli in govori o tem: Moorov zakon, je dejal, ni potrjen z natančnostjo, ampak preprosto in živo predstavlja hitrost tehnološkega razvoja, hype okoli njega pa je verjetno le odlična tržna poteza, ker Intel še posebej rad drži na ušesu. Ampak kljub temu so izjavo pobrali računalniški geji in očitno jim je bilo všeč.

O programih

V praksi je nemogoče uporabiti moč, ki jo ima Moorov empirični zakon, brez uporabe vzporednega računanja. V proizvodnji procesorjev za dolgo časa povečala frekvenco ure, in je bilo vzporedno izvajanje navodil. Vendar se je dejansko izkazalo, da novi procesorji izvajajo enojne programe starega modela veliko hitreje, ne da bi spremenili programsko kodo. Vendar pa sodobni proizvajalci uporabljajo večjedrno arhitekturo, zato je za uporabo vseh prednosti, ki jih prinaša povečana produktivnost, treba ponovno napisati programe, vendar to ni vedno mogoče uresničiti. Poleg tega je povečanje produktivnosti zaradi vzporednosti omejeno, kar je še eno pravilo.

Amdalov zakon

Leta 1967 se je pojavil še en zakon, ki ima v nasprotju z Moorovim zakonom matematični dokaz. Po Amdalovem zakonu se zaradi paralelizacije izračunov ne more nenehno povečevati: ne glede na to, koliko delov je razdeljen, skupni čas dokončanja ne bo manjši od časa, ki je potreben za reševanje najbolj zapletenega in dolgega dela. Prav tako je čas omejen s prisotnostjo fragmentov, za katere je potrebna zaporedna izvedba.

Učinek Moorovih zakonov je enostavno slediti s preprostim primerom. Recimo, da računalnik izvaja proizvodnjo komponent za avto. Kljub temu, da se vsak del proizvaja hkrati z drugimi, skupni čas nikoli ne more biti manjši, kot je potrebno za delo na najbolj kompleksnem delu. Drugi del zakona, ki govori o zaporedju izvršitve, pojasnjuje naslednji primer. Recimo, da mora računalnik opraviti preprosto nalogo: dajte jabolka v škatlo. Če je vpleteno eno jedro, bodo jabolka zložena ena za drugo. Če je procesna struktura večjedrna in morda večnitna, bo računalnik lahko hkrati dal toliko jabolk, kolikor je prostih jeder. Če pa na primer oseba potrebuje računalnik, da preklopi jabolka in prešteje njihovo število, je v tem primeru mogoče slediti ne samo potrebi po zaporedni izvedbi, temveč tudi razvoju algoritma programa. Vsako jedro bo dal jabolko in »napisati«, koliko jih je poslal v škatlo. Nato bo v drugem postopku vsako jedro zagotovilo informacije o položenih jabolkah, skupna količina pa bo določena z dodatkom.

Moorov zakon in kvantni računalnik

Kdaj se bo Moorov zakon končal? Lahko se domneva, da bo delovalo, dokler bodo čipi imeli tranzistorje. Vendar pa človeštvo že razvija novo generacijo računalnikov, katerih delovanje temelji na kvantnih učinkih. Temeljna razlika je v delovanju elementarnih enot. V računalniku, na katerega smo navajeni, se uporablja binarna koda, v kateri je vsaka vrednost kodirana z ničlami ​​in tistimi. Temeljna enota - bit - ima torej lahko samo eno vrednost - nič ali eno.

Delovanje kvantnega računalnika temelji na uporabi superpozicijskega učinka, tako da lahko kvantni bit ali kubit ima dve vrednosti naenkrat, tako da se bo hitrost povečala za več deset ali celo stotine. Kvantni računalniki že obstajajo, vendar so videti kot ogromni stroji, ki izvajajo le najenostavnejše operacije, kot so bili običajni računalniki. Vendar, medtem ko zakon Gordon Moore še naprej deluje.