กฎของมัวร์คืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร?

กฎของมัวร์หมายถึงการสังเกตโดย Gordon Moore ผู้ร่วมก่อตั้ง Intel ในปี 1965 ซึ่งเขาค้นพบว่าจำนวนทรานซิสเตอร์ต่อตารางนิ้วในวงจรรวมเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกปีตั้งแต่การประดิษฐ์

กฎของมัวร์ ทำนายว่าแนวโน้มนี้จะยังคงสภาพเดิมต่อไปอีกหลายปี แม้ว่าอัตราจะลดลง แต่จำนวนทรานซิสเตอร์ต่อตารางนิ้วเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกปีครึ่ง สิ่งนี้ใช้เป็นนิยามปัจจุบันของกฎของมัวร์

ดัชนีเนื้อหา

กฎหมายฉบับย่อฉบับย่อนี้ระบุว่าความเร็วโปรเซสเซอร์หรือกำลังประมวลผลโดยรวมสำหรับคอมพิวเตอร์จะ เพิ่มเป็นสองเท่าทุกสองปี การตรวจสอบอย่างรวดเร็วระหว่างช่างเทคนิคจาก บริษัท คอมพิวเตอร์ที่แตกต่างกันแสดงให้เห็นว่าคำดังกล่าวไม่ได้รับความนิยมมากนัก

หากเราตรวจสอบความเร็วโปรเซสเซอร์จาก 1970 ถึง 2018 และจากนั้นอีกครั้งในปี 2019 เราอาจคิดว่ากฎหมายได้ถึง ขีด จำกัด หรือใกล้เข้ามาแล้ว ในปี 1970 ความเร็วหน่วยประมวลผลอยู่ในช่วง 740 KHz ถึง 8 MHz อย่างไรก็ตามกฎหมายมีความแม่นยำมากกว่าในการนำไปใช้กับทรานซิสเตอร์มากกว่าความเร็ว

จำนวนพลังการประมวลผลที่เราสามารถใช้กับอุปกรณ์ขนาดเล็กในปัจจุบันนั้นค่อนข้างน่าทึ่งเมื่อเทียบกับสิ่งที่สามารถทำได้พูดทศวรรษที่ผ่านมา

มองย้อนกลับไปแม้กระทั่งห้าปีหรือมากกว่านั้นพีซีที่ดีที่สุดในเวลานั้นจะถูกพิจารณาว่าล้าสมัยหากเปรียบเทียบกับพีซีปัจจุบัน

สิ่งนี้เป็นไปได้เพียงเพราะผู้ผลิตชิปสามารถเพิ่ม จำนวนทรานซิสเตอร์ บนชิปอย่างมีนัยสำคัญในแต่ละปีเนื่องจากความก้าวหน้าในการวิจัยชิปดีขึ้น

ส่วนขยายของกฎของมัวร์คือคอมพิวเตอร์ส่วนประกอบที่ขับเคลื่อนด้วยคอมพิวเตอร์และพลังการประมวลผลมีขนาดเล็กลงและเร็วขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากทรานซิสเตอร์ใน วงจรรวม มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ทรานซิสเตอร์ เป็นสวิตช์เปิดปิดอิเล็กทรอนิกส์แบบง่ายที่รวมอยู่ในไมโครชิปตัวประมวลผลและวงจรไฟฟ้าขนาดเล็ก ยิ่งประมวลผลสัญญาณไฟฟ้าเร็วเท่าไหร่คอมพิวเตอร์ก็ยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น

ค่าใช้จ่ายของคอมพิวเตอร์ที่ใช้พลังงานสูงเหล่านี้ก็ลดลงตามกาลเวลาโดยทั่วไปประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ต่อปี เมื่อนักออกแบบฮาร์ดแวร์เพิ่มประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ที่มีวงจรรวมที่ดีขึ้นผู้ผลิตสามารถสร้างเครื่องจักรที่ดีขึ้นซึ่งสามารถทำให้กระบวนการบางอย่างเป็นอัตโนมัติ ระบบอัตโนมัตินี้สร้าง ผลิตภัณฑ์ราคาถูก สำหรับผู้บริโภคเนื่องจากฮาร์ดแวร์สร้างต้นทุนแรงงานที่ต่ำกว่า

กฎของมัวร์ในสังคมปัจจุบัน

ห้าสิบปีหลังจากกฎของมัวร์สังคมร่วมสมัยเห็นประโยชน์หลายอย่างที่เปิดเผยโดยกฎหมายนี้ อุปกรณ์มือถือเช่นสมาร์ทโฟนและคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปจะไม่ทำงานหากไม่มี โปรเซสเซอร์ขนาดเล็กมาก คอมพิวเตอร์ที่เล็กและเร็วกว่าจะช่วยปรับปรุงการขนส่งการดูแลสุขภาพการศึกษาและการผลิตพลังงาน เกือบทุกแง่มุมของสังคมที่มีเทคโนโลยีขั้นสูงได้รับประโยชน์จากแนวคิดของกฎของมัวร์ที่นำไปปฏิบัติ

ทุกวันนี้โปรเซสเซอร์สำหรับผู้บริโภคทั้งหมดทำจาก ซิลิคอน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดเป็นอันดับสองในเปลือกโลกหลังจากใช้ออกซิเจน แต่ซิลิคอนนั้นไม่ได้เป็นตัวนำที่สมบูรณ์แบบและข้อ จำกัด ในการเคลื่อนย้ายของอิเล็กตรอนนั้นทำให้เกิดข้อ จำกัด ที่หนักหนาว่าคุณจะบรรจุซิลิคอนซิลิคอนได้อย่างหนาเพียงใด

แต่ไม่เพียง แต่ การใช้พลังงาน เป็นปัญหาใหญ่ แต่ยังมีผลกระทบที่เรียกว่าอุโมงค์ควอนตัมสามารถทำให้เกิดปัญหาในการรักษาอิเล็กตรอนที่มีอยู่เกินเกณฑ์ความหนาที่แน่นอน

ปัจจุบันทรานซิสเตอร์ซิลิคอนมีขนาดถึง 14 นาโนเมตรและในขณะที่การออกแบบชิพขนาด 10 นาโนเมตรบางรุ่นจะเข้าสู่ตลาดในไม่ช้าก็มีข้อสรุปว่าการปฏิบัติตามกฎหมายของมัวร์เป็นเวลานาน บริษัท จะต้อง สร้างวัสดุใหม่และดีกว่าเพื่อเป็นรากฐานของคอมพิวเตอร์ยุคต่อไป

กฎของมัวร์ในอนาคต

ต้องขอบคุณ นาโนเทคโนโลยี ทรานซิสเตอร์บางตัวมีขนาดเล็กกว่าไวรัส โครงสร้างกล้องจุลทรรศน์เหล่านี้ประกอบด้วยโมเลกุลซิลิคอนและคาร์บอนที่เรียงตัวกันอย่างสมบูรณ์ซึ่งช่วยให้การเคลื่อนย้ายกระแสไฟฟ้าไปตามวงจรเร็วขึ้น

ในที่สุดอุณหภูมิของทรานซิสเตอร์ทำให้มันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้าง วงจรที่เล็กลง เพราะการระบายความร้อนของทรานซิสเตอร์นั้นต้องการพลังงานมากกว่าที่ผ่านทรานซิสเตอร์ ผู้เชี่ยวชาญแสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ควรถึงขีด จำกัด ทางกายภาพของกฎของมัวร์ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้นนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จะต้องตรวจสอบวิธีการใหม่ ๆ ในการสร้างคอมพิวเตอร์

แอปพลิเคชันและซอฟต์แวร์สามารถปรับปรุงความเร็วและประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ในอนาคตมากกว่ากระบวนการทางกายภาพ เทคโนโลยีคลาวด์การสื่อสารไร้สายอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ และ ฟิสิกส์ควอนตัม ก็มีบทบาทสำคัญในการสร้างสรรค์นวัตกรรมเทคโนโลยีสารสนเทศ

ความคืบหน้าในการเพิ่มจำนวนของวงจรมีการชะลอตัวลงและวงจรรวมไม่สามารถมีขนาดเล็กลงมากเท่าที่ทรานซิสเตอร์จะเข้าใกล้ขนาดของอะตอมมากขึ้น

ในบางจุดใน อนาคต ความก้าวหน้าด้านซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์อาจทำให้ความฝันของมัวร์มีชีวิตอยู่ได้ อย่างไรก็ตามอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ดูเหมือนว่าจะพร้อมที่จะหันไปใช้หลักสูตรอื่นที่จะเพิ่มขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

ความคืบหน้าของกฎของมัวร์

แม้ว่ากฎของมัวร์ได้กล่าวไว้ทุก ๆ สองปีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการผลิตทำให้ระยะเวลาในจิตใจของช่างเทคนิคและผู้ใช้ลดลง

ข้อ จำกัด ที่มีอยู่คือเมื่อสามารถสร้างทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กเป็นอนุภาคอะตอมแล้วจะไม่มีที่ว่างสำหรับการเติบโตในตลาด CPU เมื่อมาถึงความเร็ว

มัวร์ตั้งข้อสังเกตว่าจำนวนส่วนประกอบทั้งหมดในวงจรเหล่านี้มีเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในแต่ละปีดังนั้นเขาจึงคาดการณ์การทำซ้ำประจำปีนี้ในทศวรรษถัดไปโดยประมาณว่าวงจรไมโคร 1975 จะมีส่วนประกอบ 65, 000 ตัวต่อชิป

ในปี 1975 เมื่ออัตราการเติบโตเริ่มชะลอตัวมัวร์ได้แก้ไขกรอบเวลา สองปีของ เขา กฎหมายที่แก้ไขแล้วของเขานั้นค่อนข้างมองโลกในแง่ร้าย ประมาณ 50 ปีหลังจากปี 2504 จำนวนทรานซิสเตอร์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ 18 เดือน ต่อจากนั้นนิตยสารเรียกว่ากฎของมัวร์อย่างสม่ำเสมอราวกับว่าเป็นกฎหมายเทคโนโลยีพร้อมความปลอดภัยของกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

สิ่งที่ทำให้เกิดการระเบิดอย่างมากในความซับซ้อนของ วงจร เป็นไปได้คือขนาดการหดตัวของทรานซิสเตอร์ในช่วงหลายทศวรรษ

ลักษณะของทรานซิสเตอร์ที่วัดได้น้อยกว่าไมครอนเกิดขึ้นในช่วงปี 1980 เมื่อชิพหน่วยความจำแบบ DRAM (DRAM) แบบไดนามิกเริ่มมีความสามารถในการเก็บข้อมูลเมกะไบต์

ในช่วงเช้าของศตวรรษที่ 21 คุณสมบัติเหล่านี้มีความกว้าง 0.1 ไมครอนทำให้สามารถผลิตชิปหน่วยความจำกิกะไบต์และไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทำงานที่ความถี่กิกะเฮิร์ตซ์ กฎของมัวร์ยังคงดำเนินต่อไปในทศวรรษที่สองของศตวรรษที่ 21 ด้วยการเปิดตัวทรานซิสเตอร์สามมิติขนาด นาโนเมตร

ใกล้ถึงกฎของมัวร์

เนื่องจากกฎของมัวร์แสดงให้เห็นถึงการเติบโตแบบทวีคูณจึงไม่น่าจะดำเนินต่อไปเรื่อย ๆ ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่คาดว่ากฎของมัวร์จะคงอยู่อีก สองทศวรรษ บางการศึกษาแสดงให้เห็นว่าข้อ จำกัด ทางกายภาพสามารถเข้าถึงได้ในปี 2018

ตามรายงานล่าสุดจาก International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) ซึ่งรวมถึงชิปยักษ์อย่าง Intel และ Samsung เองทรานซิสเตอร์สามารถไปถึงจุดที่พวกเขาไม่สามารถลดได้อีกในปี 2021 บริษัท อ้างว่าเพื่อ จากนั้นจะไม่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจอีกต่อไปที่จะทำให้พวกเขาเล็กลงจนจบกฎของมัวร์

ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าพวกเขาจะมีร่างกายที่เล็กลง แต่ในทางทฤษฎีพวกเขาจะบรรลุสิ่งที่ ITRS เรียกว่า "ขั้นต่ำทางเศรษฐกิจ" ซึ่งหมายความว่าการทำเช่นนั้นจะทำให้ต้นทุนต้องห้ามเท่านั้น

นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่ทฤษฎีของมัวร์ถูกสอบสวน เมื่อปีที่แล้ว Brian Krzanich ประธานเจ้าหน้าที่บริหารของ Intel ประกาศว่าการปรับขนาดจากทรานซิสเตอร์หนึ่งเป็นอีกทรานซิสเตอร์หนึ่งนั้นใช้เวลาสองถึงสองปีครึ่ง Krzanich ตั้งคำถามนี้ในระหว่างการเรียกรายได้จาก Intel โดยกล่าวว่ากระบวนการผลิตยังไม่คืบหน้าในอัตราเดียวกับในอดีต

อย่างไรก็ตาม ITRS เชื่อว่านี่ไม่ได้หมายถึงจุดสิ้นสุดของแนวคิดเบื้องหลังพระราชบัญญัติดังกล่าวเนื่องจาก ผู้ผลิต ค้นหาวิธีที่เป็นนวัตกรรมมากขึ้นเพื่อแนะนำสวิตช์เพิ่มเติมในพื้นที่ที่กำหนด ยกตัวอย่างเช่นเทคโนโลยี 3D NAND ของ Intel ซึ่งมีหน่วยความจำ 32 ชั้นซ้อนกันอยู่ด้านบนเพื่อสร้างพื้นที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่

คำพูดและข้อสรุปสุดท้าย

จนถึงขณะนี้กฎของมัวร์ได้พิสูจน์แล้วว่าถูกต้องซ้ำแล้วซ้ำอีกและเป็นผลให้มีการกล่าวกันมานานว่าเป็นผู้รับผิดชอบต่อ ความก้าวหน้า ส่วนใหญ่ ในยุคดิจิตอล ตั้งแต่พีซีไปจนถึงซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เพื่อเป็นแนวทางใน การวางแผน ระยะยาวและกำหนด เป้าหมาย สำหรับการวิจัยและพัฒนา

กฎของมัวร์เป็นกฎหมายเศรษฐศาสตร์ไม่ใช่กฎทางกายภาพ มันแสดงให้เห็นว่า ชิป ใหม่แต่ละ ตัว จะมีทรานซิสเตอร์เป็นสองเท่าและจะคำนวณความจุของรุ่นก่อนหน้าสำหรับต้นทุนการผลิตเดียวกัน

กฎง่ายๆนี้ได้กระตุ้นความก้าวหน้าทั้งหมดในการปฏิวัติทางเทคโนโลยีมานานกว่าครึ่งศตวรรษและยังคงนิยามขีด จำกัด ที่กว้างขึ้นของเทคโนโลยีในปัจจุบันทำให้เราสามารถใช้แนวคิดเช่น ปัญญาประดิษฐ์ และยานยนต์อิสระและทำให้มันเกิดขึ้น

กฎหมายนี้มีชื่อเสียงในทางลบเพราะคนชอบกฎหมายที่อนุญาตให้พวกเขาทำนายอนาคตของอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งของโลก แต่พื้นฐานทางกายภาพของหลักการนี้หมายความว่ามันแตกต่างกันเล็กน้อยและเชื่อถือได้น้อยกว่าหลาย ๆ คน เชื่อว่า

ข้อ จำกัด ทางกายภาพในการสร้างชิปเหล่านี้สามารถผลักดันตัวเลขนั้นย้อนหลังไปถึงห้าปีหรือมากกว่านั้นและทำให้กฎของมัวร์เป็นโมฆะอย่างมีประสิทธิภาพตลอดไป

แหล่งข้อมูลรูปภาพ Wikimedia Commons