قانون مور في الخمسين من عمره: ماضيه ومستقبله

فيزياء الكم

عندما طُلب من جوردون مور ، الذي كان يعمل في شركة Fairchild Semiconductor ، في عام 1965 ، التنظير حول مستقبل الدائرة المتكاملة المطورة حديثًا ، كان لديه واحدًا في مختبره به 64 ترانزستورًا مذهلًا في ذلك الوقت - ضعف الـ 32 ترانزستور التي كانت من أحدث طراز قبل عام واحد فقط. من خلال ربط هذه النقاط على الرسم البياني مع الترانزستور المستوي المكون من عنصر واحد والذي تم اختراعه في عام 1959 ، لاحظ مور أن عدد المكونات يتضاعف تقريبًا كل عام. في مقال ساهم في عدد خاص من إلكترونيات نشرت مجلة في ذلك الربيع ، وتكهن أنها يمكن أن تستمر في القيام بذلك لمدة عقد على الأقل. لم يكن الأمر كذلك إلا بعد مرور هذا العقد ، ولاحظ صديق مور كارفر ميد أن الاتجاه قد صمد ، وأن مصطلح قانون مور تم صياغته.

بينما نتطلع إلى مستقبل قانون مور بعد 50 عامًا من التشغيل المذهل - 50 عامًا رسميًا اعتبارًا من 19 أبريل - من المفيد أن ننظر إلى الوراء في كيفية ظهوره ، ومدى تطوره ليلائم الصناعة المتغيرة سابقا. يوفر ذلك أساسًا للتكهن بما سيحدث لوتيرة ابتكار الحوسبة في المستقبل.



1965: تخمين جوردون مور المثقف

كان توقع مور نتيجة الجمع بين ملاحظتين مهمتين للغاية قاما بهما أثناء كتابة مقالته الأصلية. أولاً ، أنه في أي وقت كان هناك عدد مثالي من المكونات لوضعها على شريحة. يعني المزيد من المكونات تكلفة أقل لكل مكون ، باستثناء أنه مع انخفاض عدد المكونات ، فقد انخفض العائد ، لذلك في مرحلة ما ، كانت هناك عوائد متناقصة لحشو المزيد من المكونات على الشريحة. قام برسم المفاضلة بين التعقيد والعائد في الرسم البياني أدناه ، مع استقراء حتى عام 1970.



مور

كانت الملاحظة الأولى لمور هي أن هناك كثافة طبيعية مثالية للمكونات لتحقيق أقل التكاليف الإجمالية - وهي كثافة تتغير بمرور الوقت

ثانيًا ، أدرك أن العدد الأمثل للمكونات على الرقاقة يتزايد بسرعة - فقد تضاعف كل عام منذ إنشاء أول ترانزستور مستوٍ في عام 1959. أدى ذلك إلى إنتاج منحنى أسي ، والذي رسمه في الرسم البياني أدناه. مدد خط البيانات التاريخية إلى المستقبل ، وتوقع أن المضاعفة يمكن أن تستمر لمدة عشر سنوات على الأقل في المستقبل. بينما كان مور قد ألهمه للتفكير في التقدم السريع في تصغير المكونات من خلال سماع دوغلاس إنجلبارت يتحدث عن هذا الموضوع ، كان مور أول من رسم النقاط على الورق وعمل تنبؤًا محددًا حول كيفية تقدمه. لم يفكر مور أبدًا في توقعه كقانون ، أو حتى أي شيء متعلق بالمبادئ الفيزيائية الأساسية. لكنه أوضح في المقالة بشيء من التفصيل كيف كان يعتقد أنه يمكن معالجة كل مشكلة تقنية محتملة تحتاج إلى حل خلال العقد المقبل بنجاح.



مور

كانت الملاحظة الثانية لمور هي أن الكثافة المثلى للمكونات قد تضاعفت كل عام منذ إنشاء الدوائر المتكاملة الأولى

1975: خلد كارفر ميد قانون مور المعدل بالفعل

بحلول الوقت الذي صاغ فيه كارفر ميد مصطلح قانون مور حوالي عام 1975 ، كان مور قد عدله بالفعل. على الرغم من أن مور لم يتوقع أبدًا أن تكون توقعاته دقيقة للغاية ، إلا أنها توقعت تمامًا تقريبًا تقدم أشباه الموصلات لمدة عقد. ومع ذلك ، شعر مور أن المكاسب في كثافة المكونات ستبدأ في التناقص التدريجي ، واقترح أنه بحلول عام 1980 كان التضاعف كل عامين احتمالًا أكثر احتمالا.

بيت إنتل يعيد تشكيل قانون مور إلى شكله الحالي

كما توقع مور ، زاد عدد الترانزستور بشكل كبير منذ اختراع الدائرة المتكاملةفي حين تباطأت مكاسب كثافة المكونات بحلول عام 1975 ، لاحظ Dave House من Intel أن المكونات الفردية كانت تزداد سرعة. لقد افترض أن هذا يعني أن قوة الحوسبة على رقاقة يمكن أن تتضاعف كل 18 شهرًا - أبطأ من تنبؤ مور الأصلي لعام 1965 ، ولكن أسرع من مراجعة عام 1975. هذا هو شكل القانون الذي أصبح شائعًا وقد تم تتبعه بعناية - تقريبًا عبودية - والاعتماد عليه من قبل صناعة أشباه الموصلات.



إذا كنت تعمل في صناعة أشباه الموصلات ، فإن تفاصيل قانون مور مهمة جدًا بالنسبة لك. هناك بعض الأسباب المهمة للتساؤل عما إذا كان التقدم في تكنولوجيا الدوائر المتكاملة يمكن أن يستمر بالسرعة التي كان عليها. سيكون لدى زميلي ، جويل هروسكا ، الكثير ليقوله عن ذلك في مقال آخر. ومع ذلك ، بالنسبة للكثيرين منا ، كان التأثير الأساسي لقانون مور هو زيادة وفرة قوة الحوسبة بتكلفة منخفضة - لا نهتم حقًا بكيفية تحقيق الصناعة لذلك. لذا ، يجدر النظر في تلك الابتكارات في السياق الأوسع للحوسبة قبل الدائرة المتكاملة وربما بعدها.

من العداد إلى الحاسوب العملاق

على الرغم من التركيز على ثورة الحوسبة التي أحدثها اختراع الترانزستور والدائرة المتكاملة ، كانت أجهزة الكمبيوتر موجودة قبل وقت طويل من التفكير في استخدام السيليكون لإنشاءها. تبدأ النزهة عبر المعروضات المرتبة ترتيبًا زمنيًا لمتحف تاريخ الكمبيوتر مع العداد ، والذي بدوره يفسح المجال لقاعدة الشرائح والآلات الحاسبة الميكانيكية التي يعود تاريخها إلى باباج ، ثم عقود من الأجهزة المركزية القوية المتزايدة التي اعتمدت على الأنابيب المفرغة. قبل الدوائر المتكاملة ، جعلت الترانزستورات المنفصلة أجهزة الكمبيوتر العملاقة المبكرة مثل Atlas و 3 MFLOP CDC 6600 ممكنة.

إذا نظرنا إلى تقدم الحوسبة في الثلاثين عامًا قبل أن يكتب مور مقالته ، فيمكننا رسم المكاسب في قوة المعالجة من دورة واحدة في الثانية للكمبيوتر الميكانيكي Z1 الخاص بـ Konrad Zuse لعام 1938 - يمكن القول إنه أول نموذج حقيقي قابل للبرمجة بهندسة معمارية حديثة - إلى 3MFLOPs من 1965 CDC 6600. حتى لو منحنا Z1 1FLOP بشكل خيري ، فإن الربح يتوافق مع مضاعفة قوة الحوسبة كل 12 إلى 18 شهرًا خلال ذلك الوقت - على غرار المعدل الذي توقعه مور للدوائر المتكاملة ، ولكن عبر عدة تطبيقات فيزيائية مختلفة. في كتابه عن التفرد ، يعود راي كورزويل إلى أبعد من ذلك ، حيث قام بتجميع البيانات منذ عام 1900 والجدولة الميكانيكية. إذا رسمنا هذه البيانات على مقياس لوغاريتمي ، يمكننا أن نرى أننا أحرزنا تقدمًا أسيًا لأكثر من قرن:

منذ عام 1900 ، تضاعف أداء الحساب لكل دولار تقريبًا كل عام إلى عامين

بعد الدائرة المتكاملة

تعمل الدائرة المتكاملة الحديثة في جميع أنواع الحدود من حيث الحجم والقوة التي قد تمثل نهاية النسخة المحددة بدقة من قانون مور. لكن لدينا الكثير من التقنيات الجديدة التي تنتظر في الأجنحة لالتقاط القطع ، بنفس الطريقة التي استحوذت بها الدائرة المتكاملة على الترانزستورات ، وكذلك فعلت الترانزستورات من الأنابيب المفرغة. ولعل الأكثر وضوحًا هو الحوسبة المتوازية على نطاق واسع ، وأفضل ما يميزها اليوم وحدة معالجة الرسومات (GPU) الحديثة. لقد أعطانا زيادات هائلة في الأداء ليس فقط للرسومات ، ولكن لمزيد والمزيد من التطبيقات التي تتم إعادة كتابتها للاستفادة من عدد كبير من مراكز المعالجة. أبعد من ذلك يكمن العالم الغريب للحوسبة الكمومية ، والذي بدأ ببطء في اتخاذ شكل عملي. أو ربما أنواع جديدة من معماريات الكمبيوتر المادية ، مثل تلك التي تستخدم الضوء أو ربما الجرافين.

يعرف الكثير من الأطفال حكاية عالم الرياضيات الذي طلب من الملك مضاعفة بسيطة لحبة أرز على كل مربع من رقعة الشطرنج ، وكيف أخرج الملك من الأرز. بالطريقة نفسها ، نحن محظوظون في مجال الحوسبة أنه على الرغم من نفاد التقنيات المتتالية ، يبدو دائمًا أن المبتكرين يبتكرون 'الشيء الكبير التالي' في الوقت المناسب للحفاظ على تقدمنا ​​المذهل. عند إجراء مقابلة معه حول هذا الموضوع ، عكس مور نفسه كلاً من أن تقنية أشباه الموصلات لا يمكنها مواكبة تقدمها السريع ، وأن التقنيات الأخرى مثل تقنية النانو والجرافين قد تتقدم لتلبية الحاجة.

(مخططات مور كما أعيد طبعها في فهم قانون مور. مخطط عد الترانزستور من ويكيميديا. بيانات كورزويل من التفرد قريب ، صفحة 70)

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com