lei de Moore

Lei de Moore: No período em análise, o número de transistores dobra aproximadamente a cada dois anos.

A Lei de Moore ( Inglês lei de Moore ; "lei" alemã na acepção da "lei") afirma que a complexidade dos circuitos integrados com duplos mínimos custo componente regularmente; Dependendo da fonte, 12, 18 ou 24 meses são dados como o período.

Gordon Moore , que formulou a lei em 1965, entendeu que complexidade significa o número de componentes de circuito em um circuito integrado . Ocasionalmente, também se fala em dobrar a densidade de integração , ou seja, o número de transistores por unidade de área. Este desenvolvimento técnico constitui uma base essencial da " revolução digital ".

história

Representação pictórica da lei de Moore ao longo de toda a história das máquinas de calcular

Gordon Moore fez sua observação em um artigo na revista Electronics de 19 de abril de 1965 , poucos anos após a invenção do circuito integrado . A designação "Lei de Moore" foi cunhada por volta de 1970 por Carver Mead . Moore originalmente previu uma duplicação anual, mas corrigiu essa afirmação em 1975 em um discurso para a Sociedade de Engenheiros de Instrumentação Fotopática (SPIE) para uma duplicação a cada dois anos (ver também lei econômica ). O gatilho para isso foi que o rápido desenvolvimento da tecnologia de semicondutores desacelerou nos primeiros anos. Além da redução do tamanho dos elementos e do aumento das bolachas, o que Moore chamou de “ inteligência ” desempenhou um papel nos primeiros anos , nomeadamente a arte de integrar componentes de forma inteligente no chip. Os limites dessa inteligência foram em grande parte exauridos na década de 1970. O então colega de Moore da Intel , David House, fez uma estimativa de 18 meses, que é a variante mais difundida da lei de Moore hoje e também forma a estrutura na qual a indústria de semicondutores baseia seus planos de desenvolvimento por vários anos. Em termos reais, o desempenho de novos chips de computador dobra em média a cada 20 meses. Ainda se fala na mídia em dobrar a densidade de integração a cada 18 meses.

No entanto, esse valor se refere aos dados da produção em massa de uma geração de tecnologia que era atual na época. Em 2005, por exemplo, os chips eram fabricados de forma competitiva para o mercado mundial com estruturas entre 130 e 90  nm . A tecnologia de 65 nm estava se preparando para a produção em massa (comprimento da porta de aproximadamente 30 a 50 nm, dependendo da tecnologia) e, naquela época, o laboratório já lidava com estruturas de tamanhos menores. Os primeiros transistores protótipo com comprimento de porta de 10 nm já foram fabricados.

No Intel's Developer Forum ( IDF ) no outono de 2007, Moore previu o fim de sua lei: provavelmente durará de 10 a 15 anos antes que um limite fundamental seja atingido. No entanto, apenas seis meses depois, Pat Gelsinger , chefe da divisão de empresa digital da Intel , previu que a lei de Moore permaneceria em vigor até 2029. Em outubro de 2009, Martin Strobel, em sua função de porta-voz da Intel Alemanha, explicou em detalhes porque a empresa estava confiante de que “a lei de Moore será cumprida por um longo tempo”.

Além de todas essas questões técnicas, no entanto, ao ler o artigo original de 1965 mais de perto, torna-se aparente que Moore, na verdade, não fornece nenhuma razão real de por que o desenvolvimento deveria prosseguir nesta velocidade e desta forma. Naquela época, o desenvolvimento da tecnologia de semicondutores ainda era tão novo que uma extrapolação (por exemplo, linear) do curso anterior para o futuro dificilmente poderia ser chamada de séria. Em vez disso, Moore descreve em detalhes - e com óbvio entusiasmo - um cenário muito amplo de possíveis aplicações futuras em negócios, administração (e militares), que na época - se é que existia - realmente existia como um plano ou como uma ideia aproximada. Ele afirma logo no início de seu artigo que "em 1975, a pressão econômica levaria à compressão de até 65.000 componentes em um único chip" ( ... em 1975, a economia pode ditar a compressão de até 65.000 componentes em um único chip de silício ... ), mas não fornece nenhuma informação adicional sobre de onde, de que forma ou por quem essa pressão econômica deve ser exercida. Em retrospecto, e depois que a tecnologia da informação realmente se desenvolveu tão rapidamente ao longo de várias décadas, dificilmente é possível avaliar adequadamente o poder visionário que Gordon Moore teve de reunir para essa previsão na época.

interpretação

Lei de Moore: O ótimo dos custos dependendo do tamanho da estrutura muda com o tempo para valores mais baixos e tamanhos de estrutura menores. As curvas individuais representam diferentes níveis de tecnologia em intervalos de dois a três anos, para cada um desses períodos de tempo, tenta-se situar-se no mínimo da curva correspondente. Em princípio, pode-se produzir padrões com um tamanho de estrutura significativamente menor, mas com custos exorbitantes.

A lei de Moore não é uma lei científica da natureza , mas uma regra baseada na observação empírica . Ao mesmo tempo, pode-se falar em “ profecia autorrealizável ”, uma vez que vários ramos da indústria estão envolvidos no desenvolvimento de melhores microchips. Você deve concordar com marcos comuns (por exemplo, indústria ótica com métodos litográficos aprimorados ) para poder trabalhar economicamente. A formulação da lei de Moore mudou significativamente ao longo do tempo. Embora Moore ainda fale sobre o número de componentes em um circuito integrado, hoje estamos falando sobre o número de transistores em um circuito integrado, às vezes até sobre o número de transistores por unidade de área.

Moore descobriu que o custo de um componente do circuito aumentava devido ao processo, tanto com a diminuição quanto com o aumento do número de componentes. Se o número de componentes era baixo, o material disponível não era totalmente utilizado; para um número maior de componentes, métodos experimentais ainda não eram economicamente viáveis. Ele, portanto, relacionou sua observação exclusivamente ao respectivo custo ótimo, ou seja, o processo de produção e o número de componentes por circuito para os quais os custos por componente de circuito eram mais baixos. Teoricamente, isso especifica claramente qual processo de fabricação e qual chip de computador teria que ser considerado para verificar a lei de Moore a cada ano.

As diferentes formulações às vezes distorcem a observação original de Moore além do reconhecimento. Mesmo a interpretação variável do período de duplicação de 12, 18 ou 24 meses causa diferenças consideráveis. Como os chips de computador variam muito em tamanho, também não é o mesmo olhar para o número de transistores por chip ou por unidade de área. Deixar de fora o custo ótimo leva, em última instância, à completa alienação. Qualquer processo de produção e qualquer circuito pode ser usado para confirmar a lei de Moore sem otimização de custos; Quer se trate de um processador disponível comercialmente, de alta tecnologia extremamente cara ou de circuitos experimentais que ainda não estão no mercado, é irrelevante neste design frouxo. Devido às diferentes versões em circulação, a lei de Moore perdeu muito de seu valor informativo objetivo.

Notação

A complexidade em relação ao tempo da lei de Moore segue uma função exponencial :

A taxa de aumento é o recíproco do tempo de duplicação , multiplicado pela constante :

Esta conexão também pode ser usada na forma abreviada

sendo representado.

Várias suposições são usadas para o tempo de duplicação . Freqüentemente usado é de 0,35 por ano neste caso.

Poder de computação

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Não há fonte para os valores SPEC dos dois processadores

A lei de Moore não se pode inferir que o poder de computação dos computadores aumenta linearmente com o número de transistores em um chip de computador . Nos processadores modernos , cada vez mais transistores são usados ​​para uma memória integrada ( cache ), que apenas contribui passivamente para o poder de computação ao acelerar o acesso aos dados frequentemente necessários . Como exemplo, a comparação de dois processadores da série Pentium III é fornecida aqui. Por um lado, existe um "Katmai" com uma frequência de clock de 500 MHz e um cache L2 externo, e por outro lado um "Coppermine" na versão de 1 GHz com um cache L2 integrado. A frequência do clock do Coppermine de 1 GHz dobrou em comparação com o Katmai de 500 MHz e o número de transistores até triplicou, mas esses processadores comparativamente semelhantes mostram um aumento no desempenho por um fator de 2,2 a 2,3.

processador Transistores Valores SPEC
Inteiro Ponto flutuante
Pentium III 500 MHz (cache L2 externo) 9,5 milhões 20,6 14,7
Pentium III 1000 MHz (cache L2 interno) 28,5 milhões 46,8 32,2

Em processadores com vários núcleos , vários núcleos de processador são reunidos em um chip, que funcionam em paralelo e, portanto, fornecem mais desempenho. Aqui, a duplicação do número de transistores é obtida principalmente ao dobrar o número de núcleos do processador. Aqui, também, não há duplicação do poder de computação, porque quando os núcleos do processador são operados em paralelo, é necessário trabalho de coordenação adicional, o que novamente reduz o desempenho (ver escalabilidade ). Além disso, nem todas as partes do programa no sistema operacional e nos aplicativos podem ser paralelizadas, de modo que é difícil utilizar totalmente todos os núcleos ao mesmo tempo. A lei de Amdahl fornece uma visão geral introdutória deste tópico .

Limites

Além das críticas à interpretação incorreta da própria lei, sempre houve dúvidas de que a tendência se manteria por muito tempo, o que ainda não se confirmou. Em vez disso, a Lei de Moore começou a funcionar na década de 1990 como uma profecia autorrealizável , pois nela se baseavam os planos para coordenar as atividades de desenvolvimento de centenas de fornecedores. Os obstáculos tecnológicos foram superados na hora certa com o aumento das despesas de capital , consulte nós de tecnologia . Se o gasto financeiro para desenvolver e fabricar circuitos integrados crescer mais rápido do que a densidade de integração, os investimentos podem em breve não valer a pena. Isso é provável quando nos aproximamos dos limites físicos, que são 2 a 3 nm devido à corrente do túnel da mecânica quântica . Atualmente (2016) a Intel fabrica processadores de 14 nm. O fabricante presumiu que seria capaz de trazer a tecnologia de 10 nm ao mercado até o final de 2015. No entanto, a entrega provavelmente terá um atraso de dois anos. O roteiro publicado em 2016 não segue mais a lei de Moore.

Numerosas abordagens para substituir a tecnologia clássica de semicondutores estão atualmente sendo testadas. Os candidatos a tecnologias fundamentalmente novas são pesquisas em nanomateriais como o grafeno , circuitos integrados tridimensionais (aumentando assim o número de transistores por volume e não mais apenas por área), spintrônica e outras formas de lógica multivalorada , bem como de baixa temperatura e computadores supercondutores , computadores ópticos e quânticos . Com todas essas tecnologias, o poder de computação ou densidade de armazenamento seria aumentado sem aumentar a densidade dos transistores no sentido convencional, de modo que a lei de Moore perderia formalmente sua validade, mas não necessariamente em termos de seus efeitos.

No lado do aplicativo, conforme a densidade da integração aumenta, os gargalos se tornam aparentes em outros lugares que não podem ser resolvidos por meio de integração adicional. Na área dos mais altos requisitos de computador (especialmente: simulação de fluxo numérico em computadores com vários núcleos), no entanto, uma clara violação da lei de Moore foi observada desde cerca de 2003, consulte Speedup . O tempo que é necessário por unidade de volume finito ( célula ) e por iteração do agente de resolução não diminuiu em todos ou apenas marginalmente desde então. O motivo é o gargalo de Von Neumann . Na verdade, muitos circuitos integrados nem mesmo são operados neste limite, e maior poder de computação não seria refletido imediatamente como um benefício para o usuário.

Recepção adicional

Sherry "Let" Lassiter, CEO da Fab Foundation , apresentou em 2016, de acordo com Moore, o lasssche Act ( Let Law ), após o qual o número de FabLabs e Critérios de hardware de código aberto criaram máquinas de produção de maneira semelhante a cada ano que dobrará. Neil Gershenfeld vê o fenômeno como o próximo passo na criação de produtos virtuais e distributivos .

literatura

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Links da web

Commons : Lei de Moore  - coleção de imagens, vídeos e arquivos de áudio
Wikcionário: Lei de Moore  - explicações de significados, origens das palavras, sinônimos, traduções

Evidência individual

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