Наследие закона Мура: от смелого прогноза до столпа цифровой эпохи

Веха: Появление закона Мура

Дата: 2 декабря 1964 года

Место: Район залива Сан-Франциско

Ключевая фигура: Гордон Мур

Во время своей, казалось бы, рядовой лекции для местного профессионального сообщества в 1964 году, учёный в области информатики и химик Гордон Мур изложил прогноз, которому было суждено определять развитие технологий на протяжении более полувека.

В презентации для Электрохимического общества под названием «Развивающаяся технология полупроводниковых интегральных схем» Мур предсказал, что количество транзисторов на интегральной схеме будет удваиваться каждый год.

Окончательная формулировка этого предсказания войдёт в историю как «закон Мура» и на десятилетия станет главным драйвером прогресса в полупроводниковой промышленности.

Хотя это и называют законом, по сути, это был прогноз, основанный скорее на экономических директивах и отраслевых трендах, чем на незыблемых законах физики.

На момент выступления Мур занимал должность директора по исследованиям и разработкам в Fairchild Semiconductors, и его конечной целью было увеличение продаж чипов. В то время компьютеры представляли собой гигантские машины, занимавшие целые комнаты, а интегральные схемы, известные как микрочипы, имели довольно ограниченное практическое применение.

Кремниевый транзистор — рабочая лошадка, выполняющая вычисления в компьютере, — был изобретен всего за десятилетие до этого, а интегральная схема, позволившая миниатюризировать компьютеры, была запатентована лишь пять лет назад. В 1961 году компания RCA создала чип с 16 транзисторами, а к 1964 году General Microelectronics выпустила чип уже со 120 транзисторами.

Наблюдая этот стремительный прогресс, Мур заметил, что им, по-видимому, управляет некая математическая закономерность. Эту корреляцию позже другие люди и назовут «законом Мура».

Хотя принцип был озвучен Муром в Электрохимическом обществе в 1964 году, широкую известность он получил в апреле следующего года, когда Мура попросили написать статью для журнала Electronics. В ней он смело предсказал, что на один чип можно будет поместить до 65 000 компонентов — немыслимое по тем временам число. Сейчас это число кажется очаровательно скромным, учитывая, что в 2024 году одна из компаний представила чип с 4 триллионами транзисторов.

В 1968 году Мур станет соучредителем компании Intel, где его «правило удвоения» превратится из случайного наблюдения в мощную мотивацию для инноваций.

Несмотря на название, закон Мура никогда не был железным правилом. В 1975 году Мур скорректировал темпы прогресса, заявив об удвоении числа транзисторов каждые два года, а не каждый год. Этот более скромный темп удвоения и стал официальным «законом Мура», который оставался актуальным в последующие годы. Именно эта неумолимая гонка за вычислительной мощностью и миниатюризацией сделала возможным создание практически всей современной электроники — от персонального компьютера до смартфона.

Много лет эксперты предрекали скорую смерть этого закона, но он демонстрировал удивительную устойчивость.

«То, что нам удавалось следовать [закону Мура] так долго, удивляло меня больше всего, — сказал Мур в интервью Электрохимическому обществу в 2016 году. — На пути всегда, казалось, возникала непреодолимая преграда, но по мере приближения к ней люди находили решения».

Однако в конечном итоге принцип перестал работать. Точная дата смерти закона Мура не определена. В своей канонической форме он, вероятно, перестал действовать около 2016 года, когда Intel потребовалось пять лет, чтобы перейти от 14-нанометровой технологии к 10-нанометровой. Мур был свидетелем этого замедления, так как произошло оно за несколько лет до его смерти в преклонном возрасте 94 лет в 2023 году.

В конечном счете, «закону» Мура суждено было иссякнуть, потому что он столкнулся с реальными законами физики. По мере того как транзисторы становились всё меньше, квантовая механика — физика микромира — начала играть непропорционально большую роль. Самые маленькие в мире транзисторы столкнулись с проблемой «квантового туннелирования», когда электроны из одного крошечного транзистора могут «просачиваться» в другой, позволяя току течь в транзисторах, которые должны быть в положении «выключено».

В результате производители чипов ищут новые пути, проектируя чипы из новых материалов и с новой архитектурой. Следующий «закон Мура», возможно, будет применён к квантовым компьютерам, которые используют квантовую механику не как помеху, а как основную особенность для вычислений. Будущее цифровой эпохи, таким образом, ищет новые принципы, чтобы продолжить ускорение, начатое простым, но гениальным наблюдением Гордона Мура.