Закон Мура: итоги первого полувека

19 апреля исполнилось 50 лет закону Мура — эмпирическому правилу, которое последние несколько десятилетий определяло и продолжает определять темпы и перспективы развития микроэлектронной промышленности

За три года до того, как стать одним из основателей компании Intel, Гордон Мур сделал наблюдение, согласно которому транзисторы, основополагающие компоненты микропроцессоров и эпохи цифровых технологий в целом, будут в геометрической прогрессии уменьшаться в стоимости и увеличиваться в производительности. Тогда, в 1965 г., он не знал, что он предложил миру принципиально новую идею, которая позже получит название «закон Мура» и ляжет в основу коренных изменений в технологиях на протяжении, как минимум, 50 лет.

Известны шутливые экстраполяции закона Мура на другие сферы человеческой деятельности

АВТОМОБИЛИ

Если бы эффективность автомобильного топлива увеличивалась такими же темпами, то люди могли бы ездить всю жизнь без дозаправки. При сохранении скорости, с которой уменьшаются размеры транзисторов, ваш автомобиль сейчас был бы размером с муравья. Вы могли бы хранить в кармане рубашки целую кучу запасных шин.

СТРОИТЕЛЬСТВО

Если бы небоскребы падали в цене со скоростью, установленной законом Мура, люди могли бы купить себе по небоскребы по цене ниже стоимости персонального компьютера сегодня. А если бы небоскребы росли в высоту со скоростью закона Мура, то сейчас они бы были в 35 раз выше горы Эверест.

Если бы стоимость домов уменьшалась со скоростью уменьшения размеров транзисторов, человек мог бы купить дом по цене одной конфетки!

АВИАПУТЕШЕСТВИЯ И КОСМИЧЕСКИЕ ПРОГРАММЫ

Стоимость космической программы «Аполлон» по высадке людей на Луне составляла $25 млрд. Если бы цена снижалась со скоростью закона Мура, сейчас стоимость программы была бы сопоставима со стоимостью небольшого частного самолета.

Полет на Луну в 1969 г. занял три дня. Если бы положения закона Мура можно было бы применить к космическому путешествию, то оно заняло бы одну минуту.

Перелет из Новой Зеландии в Нью-Йорк завершался бы за то время, которое требуется вам застегнуть ремень безопасности в самолете.

Многие устройства, которые люди используют ежедневно, созданы на базе микропроцессоров, в основе которых лежат транзисторы. Эти устройства значительно уменьшились в цене и увеличились в производительности и энергоэффективности, благодаря закону Мура, и стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Телефоны и часы стали «умными», а автомобили теперь оснащаются компьютерами.

Если бы телефон Intel на базе платформы Android был создан с использованием технологии 1971 г., микропроцессора телефона был бы размером с одно парковочное место.

По сравнению с первым микропроцессором Intel, Intel® 4004, современные 14-нанометровые процессоры обеспечивают в 3500 раз более высокую производительность, в 90000 более высокую эффективность и стоят 1/60000 стоимости первого микропроцессора.

Закон Мура не является законом природы. Он сохраняет свою актуальность, благодаря целой армии людей, которые развивают фундаментальные законы физики. Сейчас на фабриках Intel производится более 10 млрд транзисторов каждую секунду, которые используются в многофункциональных устройствах, которые удовлетворяют потребности миллиардов людей во всем мире.

Первые полупроводниковые транзисторы были размером со стирательную резинку на конце карандаша. В соответствии с законом Мура, более 6 млн. современных транзисторов (Tri-Gate) можно разместить на точке в конце предложения. Современные транзисторы невидимы для невооруженного глаза. Для того чтобы увидеть один транзистор, нужно увеличить чип до размера дома.

В канун юбилея корпорация Intel попросила Гордона Мура ответить на несколько вопросов, поступивших от журналистов разных стран мира.

— Как вы пришли к выводу о том, что количество транзисторов в одной микросхеме будет увеличиваться в два раза каждые два года? Это была догадка или результат наблюдений?

— В начале 60-х годов XX в. мы разрабатывали полупроводниковую технологию для ее последующего промышленного применения. С теми инструментами, которые были тогда в нашем распоряжении, это было очень сложно. Я занимал пост директора по исследованиям и разработкам в компании Fairchild Semiconductor, руководил процессом оптимизации технологии. Ко мне обратилась редакция журнала Electronics Magazine* с просьбой подготовить статью для их 35-го ежегодного издания, в которой нужно было рассказать о том, что произойдет в полупроводниковой отрасли в ближайшие 10 лет. Поэтому я решил проанализировать достигнутое. Я взял несколько микросхем и обратил внимание на то, что сначала мы устанавливали на них по одному транзистору, затем — по восемь, а в самых новых — в два раза больше, то есть 16. В лаборатории мы работали над созданием микросхем с 30 элементами и рассматривали возможность установки в два раза большего количества транзисторов. Я пришел к выводу, что каждый год мы увеличивали количество элементов в два раза. Поэтому я сделал смелое предположение и сказал о том, что мы будем продолжать увеличивать количество элементов в два раза каждый год и перейдем от 60 элементов к 60 тыс. в течение 10 лет.

Я хотел донести до общественности мысль о том, что именно так будет развиваться микроэлектронная промышленность и это окажет положительный экономический эффект. Хотя в то время поводов для оптимизма было мало: первые интегральные микросхемы стоили дороже отдельных корпусных компонентов для сборки аналогичных схем. Нужно было рассказать о том, что мы обладаем технологией, которая позволит серьезно удешевить микроэлектронику. Я полагал, что эта просто временная тенденция отрасли. На деле же она оказалась гораздо более стойкой, чем я мог предположить. Один из моих коллег — кажется, Карвер Мид, профессор Калифорнийского Технологического института — назвал описанную тенденцию законом Мура.

— Могли ли вы предположить 50 лет назад, что ваше наблюдение останется актуальным так долго? Это ведь не закон природы, а правило, являющееся результатом наблюдений. Значит, нет гарантий, что оно продолжит действовать в будущем.

— В 1965 г. и позднее, в 1975 г., когда я уточнил свое наблюдение, я не думал о том, когда закон перестанет действовать. Современная отрасль находит все новые и новые способы для того, чтобы делать микросхемы все более сложными. Сегодня мне трудно поверить, что речь идет уже о миллиардах, а не о десятках, сотнях или тысячах транзисторов в корпусе одной микросхемы. Закон оказался более живучим, чем я мог предположить в 1965 г. или 1975 г., и пока трудно сказать, когда его действие закончится.

Вначале закон использовался просто как иллюстрация техпроцесса. Но постепенно его стали воспринимать как определяющую тенденцию промышленности, как правило для измерения прогресса. Сейчас он лежит в основе развития полупроводниковой отрасли.

— Вы принимали участие в разработке современных компьютерных технологий с самого их зарождения. Какие разработки и устройства впечатлили вас больше всего?

— В 1965 году в статье я сделал много прогнозов, начиная с часов и персональных компьютеров и заканчивая радиолокационными станциями с фазированной антенной решеткой. Перечитывая эту публикацию сегодня, я сам удивляюсь, насколько точными оказались эти предположения. Пожалуй, сильнее всего меня удивила эволюция сети Интернет и то место, которое она заняла в жизни людей всего мира. Мы знали, что компьютеры делают полезные вещи, что это будет развиваться, но я не осознавал, что они станут важнейшими составляющими глобальной коммуникационной среды. Мне трудно назвать другую, столь же выдающуюся инновацию.

— Вы как-то упомянули, что стали предпринимателем чисто случайно. Сейчас, когда вы имеете большой опыт работы в Shockley, Fairchild и Intel, какой советы вы могли бы дать техническому предпринимателю?

— Я не уверен, что могу дать полезный совет в этой области. Я всегда считал, что нужно определить сферу деятельности и вид продукции, которую хочется выпускать, а затем, если в этом есть практический смысл, начинать. Сейчас многие предприниматели подходят к этому вопросу по-другому: сначала решают основать компанию, а потом приступают к поиску идеи, которую могли бы реализовать. Некоторые такие проекты оказались весьма успешными, например, Google, но многие не смогли удержаться на рынке. Я посоветовал бы обратить внимание на то, как сделать проект долгосрочным.

— Могла ли корпорация Intel занять свои нынешние позиции и сохранить их, если бы не следовала закону Мура?

— Я полагаю, что нет. Когда мне спрашивают, что я мог бы сказать сотрудникам Intel, я говорю о том, что необходимо продолжать реализацию закона. Существует множество проблем, которые нужно решить для того, чтобы технологии развивались в соответствии с заданной скоростью, и это очень важно, так как позволяет контролировать ситуацию и сохранить успех в будущем. Нужно делать все возможное, а это требует постоянных усилий.

— Какое значение образование имеет для технологической отрасли?

— Я думаю, что постоянный приток хорошо подготовленных инженеров и ученых является источником жизненной энергии для любой компании, в том числе, для Intel. И это будет происходить только в том случае, если университеты будут учить студентов тому, что нужно нам и другим производящим компаниям. Хорошие идеи часто рождаются именно в головах молодых инженеров. Они хотят и могут совершить реальный прорыв, который позволит создать принципиально новые продукты и процессы. Поэтому вузы играют важную роль в поддержке успеха современных технологий, а компании становятся важным фактором востребованности и успеха процесса обучения.

— Помог ли закон Мура Intel и другим производителям быстрее создавать инновации и осваивать выпуск новой продукции?

— Конечно, влияние закона Мура со временем изменилось. Изначально он использовался просто для отслеживания прогресса. Люди создавали более сложные микросхемы. Можно было сравнить результаты и убедиться в том, что сложность проектирования растет. Но позже компании стали воспринимать закон как нечто, чего нужно придерживаться для сохранения конкурентоспособности. Для того чтобы оставаться в авангарде, им нужно двигаться так быстро, как это указано в законе. Таким образом, закон перестал быть средством оценки успехов и сейчас рассматривается в качестве основной движущей силы отрасли.

— Закон Мура – это, наверное, то, благодаря чему вы вошли в историю. Или вы хотели бы, чтобы люди запомнили вас как одного из основателей Intel?

— Трудно назвать что-либо одно, чем я горжусь. Возможно, создание Intel – это один из моих самых больших успехов.

— Как вы думаете, насколько знаменит ваш закон? Сколько людей из 100 назовут вас, если их спросят, какие известные законы в области электроники они знают?

— Меня удивляет, насколько часто в своей жизни я сталкиваюсь с упоминаниями этого закона. Я проверил количество упоминаний закона Мура и закона Мерфи в сети Интернет. Google нашел, как минимум, в два раза больше упоминаний моего закона.

Сегодня всеобъемлющий дух инноваций, вызванный законом Мура, продолжает трансформировать не только технологии, но и сам мир. Юные энтузиасты, изобретатели, ученые, врачи и многие другие продолжают удивлять мир своими идеями.

Источник: Intel