Закон Мура

Закон Мура — гэта назіранне, што колькасць транзістараў у інтэгральнай схеме (ІС) падвойваецца прыкладна кожныя два гады. Закон Мура — гэта назіранне і прагноз гістарычнай тэндэнцыі. Хутчэй за ўсё, гэта не закон фізікі, а эмпірычная залежнасць. Гэта эфект крывой вопыту, тып назірання, які колькасна ацэньвае павышэнне эфектыўнасці дзякуючы вопыту ў вытворчасці.

Гэта назіранне названа ў гонар Гордана Мура, сузаснавальніка Fairchild Semiconductor і Intel, а таксама былога генеральнага дырэктара апошняй, які ў 1965 годзе адзначыў, што колькасць кампанентаў на адну інтэгральную схему падвойваецца штогод, і прагназаваў, што гэтыя тэмпы росту будуць працягвацца як мінімум яшчэ дзесяцігоддзе. У 1975 годзе, гледзячы наперад у наступнае дзесяцігоддзе, ён перагледзеў прагноз да падвойвання кожныя два гады, што дае сукупны гадавы тэмп росту ў 41 %. Эмпірычныя дадзеныя Мура не азначалі непасрэдна, што гістарычная тэндэнцыя працягнецца; тым не менш, яго прагноз застаецца актуальным з 1975 года і з тых часоў стаў вядомы як закон.

Прагноз Мура выкарыстоўваўся ў паўправадніковай прамысловасці для кіраўніцтва доўгатэрміновым планаваннем і вызначэння мэтаў даследаванняў і распрацовак. Дасягненні ў лічбавай электроніцы, такія як зніжэнне цэн на мікрапрацэсары з карэкціроўкай па якасці, павелічэнне ёмістасці памяці (аператыўнай памяці і флэш-памяці), удасканаленне датчыкаў і нават колькасць і памер пікселяў у лічбавых камерах, цесна звязаны з законам Мура. Гэтыя пастаянныя змены ў лічбавай электроніцы сталі рухаючай сілай тэхналагічных і сацыяльных змен, прадукцыйнасці і эканамічнага росту.

Эксперты галіны не прыйшлі да адзінай думкі адносна таго, калі менавіта закон Мура перастане дзейнічаць. Распрацоўшчыкі мікрапрацэсараў паведамляюць, што развіццё паўправаднікоў ва ўсёй галіны запаволілася прыкладна з 2010 года, крыху ніжэй за тэмпы, прадказаныя законам Мура. У верасні 2022 года генеральны дырэктар Nvidia Джэнсен Хуанг лічыў закон Мура мёртвым, у той час як тагачасны генеральны дырэктар Intel Пэт Гелсінгер прытрымліваўся супрацьлеглага меркавання.

 Гісторыя 
У 1959 годзе Дуглас Энгельбарт вывучаў прагназаванае памяншэнне памеру інтэгральных схем (ІС) і апублікаваў свае вынікі ў артыкуле «Мікраэлектроніка і мастацтва падабенства». Энгельбарт прадставіў свае высновы на Міжнароднай канферэнцыі па цвёрдацельных схемах 1960 года, дзе Мур прысутнічаў сярод аўдыторыі.

У 1965 годзе Гордана Мура, які ў той час працаваў дырэктарам па даследаваннях і распрацоўках у Fairchild Semiconductor, папрасілі зрабіць унёсак у юбілейны нумар часопіса Electronics, прысвечаны юбілейнаму трыццаць пятаму нумару, з прагнозам адносна будучыні прамысловасці паўправадніковых кампанентаў на працягу наступных дзесяці гадоў. Ён адказаў кароткім артыкулам пад назвай «Убудоўванне большай колькасці кампанентаў у інтэгральныя схемы». У сваём артыкуле ён выказаў здагадку, што да 1975 года можна будзе змясціць да  кампанентаў на адной чвэрці квадратнай цалі (~  см²) паўправадніка.
міні|Гэты графік паказвае, як закон Мура ў асноўным дзейнічаў прыкладна з 1965 года і як прагрэс да 1965 года быў павольнейшым.
Мур пастуляваў лагарыфмічную залежнасць паміж складанасцю прылады (больш высокая шчыльнасць схемы пры меншых выдатках) і часам. У інтэрв’ю 2015 года Мур адзначыў артыкул 1965 года: «… Я толькі што зрабіў дзікую экстрапаляцыю, сказаўшы, што яно будзе працягваць падвойвацца кожны год на працягу наступных 10 гадоў». Адзін гісторык права цытуе закон эпаніміі Стыглера, каб прадставіць той факт, што рэгулярнае падвойванне кампанентаў было вядома многім, хто працуе ў гэтай галіне.

У 1974 годзе Роберт Х. Дэнард з IBM расппрацаваў тэхналогію хуткага маштабавання MOSFET і сфармуляваў тое, што стала вядома як маштабаванне Дэнарда, якое апісвае, што па меры памяншэння памераў MOS-транзістараў іх шчыльнасць магутнасці застаецца пастаяннай, так што спажыванне энергіі застаецца прапарцыйным плошчы. Дадзеныя паўправадніковай прамысловасці паказваюць, што гэтая адваротная залежнасць паміж шчыльнасцю магутнасці і плошчавай шчыльнасцю парушылася ў сярэдзіне 2000-х гадоў.

На Міжнароднай сустрэчы IEEE па электронных прыладах у 1975 годзе Мур перагледзеў свой прагноз прадказаўшы, што складанасць паўправаднікоў будзе падвойвацца штогод прыкладна да 1980 года, пасля чаго яна знізіцца да падвойвання прыблізна кожныя два гады.  Ён вызначыў некалькі фактараў, якія спрыяюць гэтаму экспанентнаму росту: 

 З’яўленне тэхналогіі метал-аксід-паўправаднікоў (МАП)
 Экспанентная хуткасць павелічэння памераў крышталяў у спалучэнні са зніжэннем шчыльнасці дэфектаў дазволіла вытворцам паўправаднікоў працаваць з большымі плошчамі без страты выхаду аднаўлення.
 Больш тонкія мінімальныя памеры
 Тое, што Мур назваў «разумнасцю схем і прылад»

Неўзабаве пасля 1975 года прафесар Каліфарнійскага тэхналагічнага інстытута Карвер Мід папулярызаваў тэрмін «закон Мура».in reference to Gordon E. Moore's statements at the IEEE.  Закон Мура ў рэшце рэшт стаў шырока прызнаным мэтай паўправадніковай прамысловасці, і на яго спасылаліся канкуруючыя вытворцы паўправаднікоў, імкнучыся павялічыць вылічальную магутнасць. Мур лічыў свой аднайменны закон нечаканым і аптымістычным: «Закон Мура з’яўляецца парушэннем закона Мэрфі. Усё становіцца ўсё лепш і лепш». Гэта назіранне нават успрымалася як самавыканальнае прароцтва.

Перыяд падваення часта памылкова цытуецца як 18 месяцаў з-за асобнага прагнозу калегі Мура, кіраўніка Intel Дэвіда Хаўса. У 1975 годзе Хаўс адзначыў, што перагледжаны закон Мура аб падваенні колькасці транзістараў кожныя 2 гады, у сваю чаргу, азначаў, што прадукцыйнасць камп’ютэрных чыпаў будзе прыкладна падвойвацца кожныя 18 месяцаў без павелічэння спажывання энергіі. Матэматычна закон Мура прадказваў, што колькасць транзістараў будзе падвойвацца кожныя 2 гады з-за памяншэння памераў транзістараў і іншых паляпшэнняў. У выніку памяншэння памераў, маштабаванне Дэнарда прадказала, што спажыванне энергіі на адзінку плошчы застанецца нязменным. Спалучаючы гэтыя эфекты, Дэвід Хаўс зрабіў выснову, што прадукцыйнасць камп’ютэрных чыпаў будзе прыкладна падвойвацца кожныя 18 месяцаў. Таксама з-за маштабавання Дэнарда гэта павелічэнне прадукцыйнасці не будзе суправаджацца павелічэннем магутнасці, г.зн. энергаэфектыўнасць крэмніевых камп’ютэрных чыпаў прыкладна падвойваецца кожныя 18 месяцаў. Маштабаванне Дэнарда скончылася ў 2000-х гадах. Пазней Кумі паказаў, што падобныя тэмпы павышэння эфектыўнасці папярэднічалі з’яўленню крэмніевых чыпаў і закону Мура, асабліва для такіх тэхналогій, як электронныя лямпы.
alt=Large early portable computer next to a modern smartphone|міні|Партатыўны камп’ютар Osborne Executive 1982 года выпуску з 4-цалевым 8-бітным працэсарам Zilog Z80 з частатой 8 МГц і Apple iPhone 2007 года з 412 МГц 32-бітным працэсарам ARM11; працэсар Executive мае ў 100 разоў большую вагу, амаль у 500 разоў большы аб’ём, прыкладна ў 10 разоў большы кошт з улікам інфляцыі і мае тактавую частату ў 100 разоў меншую, чым у смартфона
Распрацоўшчыкі мікрапрацэсараў паведамляюць, што прыкладна з 2010 года развіццё паўправаднікоў ва ўсёй галіны запаволілася ніжэй за тэмпы, прадказаныя законам Мура. Браян Кржаніч, былы генеральны дырэктар Intel, назваў перагляд закона Мура 1975 года прэцэдэнтам цяперашняга запаволення, якое з’яўляецца вынікам тэхнічных праблем і з’яўляецца «натуральнай часткай гісторыі закона Мура». Тэмпы паляпшэння фізічных памераў, вядомыя як маштабаванне Дэнарда, таксама спыніліся ў сярэдзіне 2000-х гадоў. У выніку значная частка паўправадніковай прамысловасці пераключыла сваю ўвагу на патрэбы асноўных вылічальных прыкладанняў, а не на маштабаванне паўправаднікоў. Тым не менш, па стане на 2019 год вядучыя вытворцы паўправаднікоў TSMC і Samsung Electronics заявілі, што ідуць у нагу з законам Мура з 10, 7 і 5-нм працэсамі масавай вытворчасці. 

 Другі закон Мура 
Па меры зніжэння кошту камп’ютэрнай магутнасці для спажыўца, выдаткі вытворцаў на выкананне закона Мура маюць адваротную тэндэнцыю: выдаткі на даследаванні і распрацоўкі, вытворчасць і тэсціраванне пастаянна павялічваюцца з кожным новым пакаленнем чыпаў. Кошт інструментаў, у асноўным літаграфіі ў глыбокім ультрафіялеце (англ. EUVL), якія выкарыстоўваюцца для вытворчасці чыпаў, падвойваецца кожныя 4 гады. Рост вытворчых выдаткаў з’яўляецца важным фактарам для падтрымання закона Мура. Гэта прывяло да фармулёўкі другога закона Мура, які таксама называецца законам Рока (названы у гонар Артура Рока), які заключаецца ў тым, што капітальныя выдаткі на завод па вытворчасці паўправаднікоў таксама павялічваюцца ў геаметрычнай прагрэсіі з цягам часу.

 Асноўныя спрыяльныя фактары 
З пачатку эры інтэгральных схем шматлікія інавацыі навукоўцаў і інжынераў падтрымлівалі закон Мура. Ніжэй пералічаны некаторыя з ключавых інавацый у якасці прыкладаў прарываў, якія дазволілі ўдасканаліць тэхналогіі вырабу інтэгральных схем і паўправадніковых прылад, што дазволіла павялічыць колькасць транзістараў больш чым на сем парадкаў менш чым за пяць дзесяцігоддзяў.

 Інтэгральная схема (ІС): прычына існавання закона Мура. Гібрыдная германіевая ІС была вынайдзена Джэкам Кілбі з Texas Instruments у 1958 годзеKilby, Jack, «Miniaturized electronic circuits», , issued June 23, 1964 (filed February 6, 1959)., а затым Робертам Нойсам з Fairchild Semiconductor у 1959 годзе быў вынайдзены крэмніевы маналітны чып ІС. Noyce, Robert, «Semiconductor device-and-lead structure», , issued April 25, 1961 (filed July 30, 1959).
 Камплементарны метал-аксід-паўправаднік (КМАП): працэс КМАП быў вынайдзены Чы-Танг Сахам і Фрэнкам Уонласам у кампаніі Fairchild Semiconductor у 1963 годзе.Wanlass, F., «Low stand-by power complementary field effect circuitry», , issued December 5, 1967 (filed June 18, 1963).
 Дынамічная памяць з выпадковым доступам (DRAM): DRAM была распрацавана Робертам Х. Дэнардам у IBM у 1967 годзе.Dennard, Robert H., «Field-effect transistor memory», issued June 4, 1968 (filed July 14, 1967)
 Хімічна ўзмоцнены фотарэзіст: вынайдзены Хіросі Іта, К. Грантам Уілсанам і Дж. М. Дж. Фрэшэтам у IBM каля 1980 года, «Positive and Negative Working Resist Compositions with Acid-Generating Photoinitiator and Polymer with Acid-Labile Groups Pendant From Polymer Backbone» J. M. J. Fréchet, H. Ito and C. G. Willson 1985., ён быў у 5-10 разоў больш адчувальны да ультрафіялетавага выпраменьвання. IBM прадставіла хімічна ўзмоцнены фотарэзіст для вытворчасці DRAM у сярэдзіне 1980-х гадоў.
 Фоталітаграфія з выкарыстаннем глыбокага УФ-эксімернага лазера: вынайдзеная Канці Джайнам. у IBM каля 1980 года. Да гэтага эксімерныя лазеры ў асноўным выкарыстоўваліся ў якасці даследчых прылад з моманту іх распрацоўкі ў 1970-х гадах.Basov, N. G. et al., Zh. З больш шырокага навуковага пункту гледжання, вынаходніцтва эксімернай лазернай літаграфіі было адзначана як адна з найважнейшых вех у 50-гадовай гісторыі лазера.
 Інавацыі ў міжзлучэннях: Інавацыі ў міжзлучэннях канца 1990-х гадоў, у тым ліку хіміка-механічная паліроўка або хіміка-механічная планарызацыя, траншэйная ізаляцыя і медныя міжзлучэнні, хоць і не з’яўляюцца непасрэдным фактарам стварэння меншых транзістараў, дазволілі палепшыць выхад пласцін, дадаць дадатковыя пласты металічных правадоў, зменшыць адлегласць паміж прыладамі і знізіць электрычнае супраціўленне.

У дарожных картах развіцця камп’ютэрных тэхналогій, прадказаных у 2001 годзе, закон Мура будзе дзейнічаць на працягу некалькіх пакаленняў паўправадніковых чыпаў.

 Наступствы 
Лічбавая электроніка спрыяла росту сусветнай эканомікі ў канцы ХХ і пачатку ХХІ стагоддзяў. Асноўнай рухаючай сілай эканамічнага росту з’яўляецца рост прадукцыйнасці працы, які ўлічваецца ў законе Мура. Мур (ў 1995) чакаў, што «тэмпы тэхналагічнага прагрэсу будуць кантралявацца фінансавымі рэаліямі». Аднак адваротнае магло адбыцца і адбылося прыкладна ў канцы 1990-х гадоў, бо эканамісты паведамлялі, што «рост прадукцыйнасці працы з’яўляецца ключавым эканамічным паказчыкам інавацый». Закон Мура апісвае рухаючую сілу тэхналагічных і сацыяльных змен, прадукцыйнасці працы і эканамічнага росту.

Паскарэнне тэмпаў прагрэсу ў галіне паўправаднікоў спрыяла рэзкаму росту прадукцыйнасці працы ў ЗША, які дасягнуў 3,4 % у год у 1997—2004 гадах, апярэджваючы 1,6 % у год у 1972—1996 і 2005—2013 гадах. Як адзначае эканаміст Рычард Г. Андэрсан: «Шматлікія даследаванні паказваюць, што прычынай паскарэння прадукцыйнасці з’яўляюцца тэхналагічныя інавацыі ў вытворчасці паўправаднікоў, якія рэзка знізілі цэны на такія кампаненты і прадукты, якія іх утрымліваюць (а таксама пашырылі магчымасці такіх прадуктаў)».

Асноўным негатыўным наступствам закона Мура з’яўляецца тое, што састарэнне штурхае грамадства да межаў росту. Па меры таго, як тэхналогіі працягваюць хутка ўдасканальвацца, яны робяць папярэднія тэхналогіі састарэлымі. У сітуацыях, калі бяспека і жывучасць абсталявання або дадзеных маюць першараднае значэнне, або калі рэсурсы абмежаваныя, хуткае састарэнне часта стварае перашкоды для бесперабойнай або бесперапыннай працы.

 Заўвагі 

 Крыніцы 

 Знешнія спасылкі 

 Прэс-кіт Intel (англ.) — выпушчаны да 40-годдзя закона Мура, з эскізам Мура 1965 года
 Хуткасць працэсараў Intel (IA-32) у 1994—2005 гг.(англ.) — павелічэнне хуткасці ў апошнія гады, здаецца, запаволілася ў працэнтах ад штогадовага павелічэння (даступна ў фармаце PDF або PNG)
 Міжнародная дарожная карта тэхналогій для паўправаднікоў (ITRS)(англ.)
  (англ.)
 «Нашы гісторыі» ASML, Гордан Мур пра закон Мура (англ.) на Youtube
 Закон Мура на сайце Intel (англ.)

Катэгорыя:Гісторыя камп’ютарнай тэхнікі
Катэгорыя:Транзістары
Катэгорыя:Старонкі з недагледжанымі перакладамі