Wat is de wet van Moore en waar is het voor?

De wet van Moore verwijst naar een opmerking van Intel-oprichter Gordon Moore in 1965, waarin hij ontdekte dat het aantal transistors per vierkante inch in geïntegreerde schakelingen sinds de uitvinding jaar na jaar is verdubbeld.

De wet van Moore voorspelt dat deze trend de komende jaren zal blijven bestaan. Hoewel de snelheid is gedaald, is het aantal transistors per vierkante inch ongeveer anderhalf jaar verdubbeld. Dit wordt gebruikt als de huidige definitie van de wet van Moore.

Inhoudsindex

De vereenvoudigde versie van deze wet stelt dat de processorsnelheden of het totale rekenvermogen voor computers elke twee jaar zullen verdubbelen. Een snelle controle tussen technici van verschillende computerbedrijven laat zien dat de term niet erg populair is, maar de regel wordt nog steeds geaccepteerd.

Als we de processorsnelheden van 1970 tot 2018 en vervolgens opnieuw in 2019 hebben onderzocht, zouden we kunnen denken dat de wet zijn limiet heeft bereikt of nadert. In de jaren 70 varieerden de processorsnelheden van 740 KHz tot 8 MHz, maar de wet is eigenlijk nauwkeuriger toe te passen op transistors dan op snelheid.

De hoeveelheid rekenkracht die we nu op de kleinste apparaten kunnen gebruiken, is enigszins opmerkelijk in vergelijking met wat bijvoorbeeld tien jaar geleden kon worden bereikt.

Terugkijkend, zelfs vijf jaar of zo, zou een pc die op dat moment de beste was, als verouderd worden beschouwd in vergelijking met een huidige pc.

Dit is eenvoudig mogelijk omdat chipfabrikanten het aantal transistors op een chip elk jaar aanzienlijk kunnen verhogen, naarmate de vooruitgang in chiponderzoek verbetert.

De uitbreiding van de wet van Moore is dat computers, computergestuurde componenten en rekenkracht in de loop van de tijd kleiner en sneller worden naarmate transistors in geïntegreerde schakelingen efficiënter worden.

Transistors zijn eenvoudige elektronische aan / uit-schakelaars die zijn geïntegreerd in microchips, processors en kleine elektrische circuits. Hoe sneller ze elektrische signalen verwerken, hoe efficiënter een computer wordt.

De kosten van deze krachtigere computers zijn in de loop van de tijd ook gedaald, doorgaans rond de 30 procent per jaar. Toen hardware-ontwerpers de prestaties van computers met beter geïntegreerde schakelingen verhoogden, konden fabrikanten betere machines maken die bepaalde processen konden automatiseren. Deze automatisering creëerde goedkopere producten voor consumenten, omdat hardware lagere arbeidskosten veroorzaakte.

De wet van Moore in de huidige samenleving

Vijftig jaar na de wet van Moore ziet de hedendaagse samenleving tientallen voordelen die door deze wet worden blootgelegd. Mobiele apparaten, zoals smartphones en desktopcomputers, zouden niet werken zonder hele kleine processors. Kleinere, snellere computers verbeteren het transport, de gezondheidszorg, het onderwijs en de energieproductie. Bijna elk facet van een hightech-samenleving profiteert van het in de praktijk gebrachte concept van de wet van Moore.

Tegenwoordig zijn alle consumentenverwerkers gemaakt van silicium, na zuurstof het tweede meest voorkomende element in de aardkorst. Maar silicium is geen perfecte geleider, en de grenzen aan de mobiliteit van elektronen die het met zich meebrengt, leggen een harde limiet op hoe dik je siliciumtransistors kunt verpakken.

Maar niet alleen is het energieverbruik een enorm probleem, maar ook een effect dat een kwantumtunnel wordt genoemd, kan problemen veroorzaken om elektronen binnen een bepaalde diktedrempel te houden.

Siliciumtransistors bereiken momenteel 14 nanometer, en hoewel er binnenkort enkele chipontwerpen van 10 nanometer op de markt zullen komen, is geconcludeerd dat bedrijven, om voor een lange periode aan de wet van Moore te voldoen, nieuwere en betere materialen maken om de basis te vormen van computers van de volgende generatie.

Wet van Moore in de toekomst

Dankzij nanotechnologie zijn sommige transistors kleiner dan een virus. Deze microscopische structuren bevatten perfect uitgelijnde silicium- en koolstofmoleculen die helpen de elektriciteit sneller door het circuit te verplaatsen.

Uiteindelijk maakt de temperatuur van de transistors het onmogelijk om kleinere circuits te creëren, omdat het koelen van de transistors meer energie vereist dan wat er door de transistors gaat. Deskundigen laten zien dat computers de komende jaren de fysieke grenzen van de wet van Moore zouden moeten bereiken. Wanneer dat gebeurt, zullen computerwetenschappers volledig nieuwe manieren moeten onderzoeken om computers te maken.

Applicaties en software zouden in de toekomst de snelheid en efficiëntie van computers kunnen verbeteren, in plaats van fysieke processen. Cloudtechnologie, draadloze communicatie, het internet der dingen en kwantumfysica kunnen ook een belangrijke rol spelen bij de innovatie van informatietechnologie.

De voortgang naar verdubbeling van het aantal circuits is vertraagd en geïntegreerde schakelingen kunnen niet veel kleiner worden naarmate transistors dichter bij de grootte van een atoom komen.

Op een bepaald moment in de toekomst kan vooruitgang in software of hardware de droom van Moore's Law levend houden. De computerindustrie lijkt echter klaar om over te stappen op een andere koers die over een paar jaar zal toenemen.

De voortgang van de wet van Moore

Hoewel de wet van Moore het om de twee jaar had gezegd, heeft deze snelle toename van de technologische productie de periode verkort bij zowel technici als gebruikers.

De beperking die er is, is dat zodra transistors zo klein kunnen worden gemaakt als atoomdeeltjes, er geen ruimte meer zal zijn voor groei in de CPU-markt als het gaat om snelheden.

Moore merkte op dat het totale aantal componenten in deze circuits elk jaar ongeveer verdubbeld was, dus extrapoleerde hij deze jaarlijkse duplicatie naar het volgende decennium, waarbij hij schatte dat de microschakelingen van 1975 maar liefst 65.000 componenten per chip zouden bevatten.

In 1975, toen de groei begon te vertragen, herzag Moore zijn tijdsbestek van twee jaar. Zijn herziene wet was een beetje pessimistisch; Ongeveer 50 jaar na 1961 verdubbelde het aantal transistors ongeveer elke 18 maanden. Vervolgens verwezen tijdschriften regelmatig naar de wet van Moore alsof het een technologische wet was met de beveiliging van de bewegingswetten van Newton.

Wat deze dramatische explosie in circuitcomplexiteit mogelijk maakte, was de krimpende omvang van transistors gedurende tientallen jaren.

Transistorkarakteristieken die minder dan een micron meten, werden bereikt in de jaren tachtig, toen DRAM-chips (Dynamic Random Access Memory) begonnen met het aanbieden van megabyte-opslagmogelijkheden.

Aan het begin van de 21e eeuw bereikten deze eigenschappen een breedte van 0, 1 micron, waardoor gigabyte-geheugenchips en microprocessors konden worden gemaakt die op gigahertz-frequenties werkten. De wet van Moore werd in het tweede decennium van de 21e eeuw voortgezet met de introductie van driedimensionale transistors van tientallen nanometers.

Het einde van de wet van Moore

Omdat de Wet van Moore exponentiële groei suggereert, is het onwaarschijnlijk dat deze voor onbepaalde tijd zal voortduren. De meeste experts verwachten dat de wet van Moore nog twee decennia zal duren. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat fysieke beperkingen in 2018 konden worden bereikt.

Volgens een recent rapport van de International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), die chipreuzen als Intel en Samsung zelf omvat, zouden de transistors tegen 2021 een punt kunnen bereiken waarop ze niet verder kunnen worden verminderd. De bedrijven beweren dat om dan zal het economisch niet langer haalbaar zijn om ze kleiner te maken, waarmee uiteindelijk de wet van Moore wordt beëindigd.

Dit betekent dat hoewel ze fysiek kleiner zouden kunnen worden, ze in theorie zouden bereiken wat de ITRS het "economische minimum" noemt, wat betekent dat als ze dat doen, de kosten alleen maar onbetaalbaar zouden worden.

Dit is niet de eerste keer dat de theorie van Moore in twijfel wordt getrokken. Vorig jaar kondigde Intel Chief Executive Brian Krzanich aan dat het aanpassen van de ene transistor naar de andere twee tot twee en een half jaar duurt. Krzanich ondervroeg dit tijdens een winstoproep van Intel en zei dat de productieprocessen niet in hetzelfde tempo zijn verlopen als in het verleden.

ITRS is echter van mening dat dit niet het einde betekent van het concept achter de wet, aangezien fabrikanten steeds meer innovatieve manieren vinden om meer schakelaars in een bepaalde ruimte te introduceren. Neem bijvoorbeeld Intel's 3D NAND-technologie, waarbij 32 lagen geheugen op elkaar worden gestapeld om enorme opslagcapaciteiten te creëren.

Laatste woorden en conclusie

Tot nu toe is de wet van Moore keer op keer correct gebleken en als gevolg daarvan wordt al lang gezegd dat hij verantwoordelijk is voor de meeste vorderingen in het digitale tijdperk, van pc's tot supercomputers, vanwege zijn Gebruik in de halfgeleiderindustrie om planning op lange termijn te begeleiden en doelen te stellen voor onderzoek en ontwikkeling.

De wet van Moore is een economische wet, geen fysieke wet. Het geeft aan dat elke nieuwe chip twee keer zoveel transistors zal hebben en dus de capaciteit van de vorige generatie voor dezelfde productiekosten zal berekenen.

Deze simpele vuistregel heeft alle vooruitgang in de technologische revolutie al meer dan een halve eeuw aangewakkerd en blijft de steeds groter wordende grenzen van de hedendaagse technologie definiëren, waardoor we concepten zoals kunstmatige intelligentie en autonome voertuigen kunnen nemen en realiseren.

Deze wet kreeg bekendheid omdat mensen van wetten houden waarmee ze de toekomst van een van 's werelds grootste industrieën kunnen voorspellen, maar de fysieke basis van dit principe betekent dat het iets anders en minder betrouwbaar is dan veel mensen geloof.

De fysieke beperkingen bij het maken van deze chips kunnen dat aantal gemakkelijk terugbrengen tot vijf jaar of langer, waardoor de wet van Moore voor altijd ongeldig wordt.

Bronafbeeldingen Wikimedia Commons