Экономические законы развития информационных технологий

Закон Мура

Закон Мура оставался верным последние 40 лет и, вероятно, останется неизменным еще в течение по меньшей мере 15 лет. Он гласит: «Вычислительная мощь микропроцессоров и плотность микросхем памяти удваивается примерно каждые 18 месяцев при неизменной цене» .

История открытия закона. Журнал по электронике в 1965 г. попросил Гордона Мура предсказать развитие полупроводниковой индустрии на следующие 10 лет. Г. Мур проанализировал возможности существовавших в то время технологий и темпы усложнения полупроводниковых чипов. Далее он выполнил экстраполяцию на период 10 лет и получил сформулированную выше закономерность, предсказывающую появление очень сложных чипов с несколькими десятками тысяч транзисторов. Результаты данного анализа были представлены в соответствующей статье: Moore G. Е. Cramming more components onto integrated circuits // Electronics, 1965 (April 19). Vol. 38. №. 8.

Рост числа транзисторов (архитектура микропроцессоров Intel) показан на рис. 1.7.

Число транзисторов в микропроцессорах Intel (прогноз). Как ожидается, в ближайшие годы появятся процессоры с числом транзисторов более 1 млрд. Крейг Барретт в своем докладе на IDF Spring 2002 отметил, что в ближайшие 15 лет развитие полупроводниковых технологий позволит разработчикам процессоров реализовать следующие характеристики: 2 млрд транзисторов; тактовая частота процессоров достигнет 30 ГГц; 1 трлн инструкций в секунду; размер транзисторов 10 нм (0,01 мкм); станет возможным использование подложек 18″ (в настоящее время осуществляется переход с 8 на 12″ пластины). Уменьшение расстояния между элементами на одной микросхеме является следствием развития технологических процессов их производства (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Эволюция технологических процессов фирмы «Intel»

Улучшение технологии и пропорциональное уменьшение размеров транзисторов способствуют улучшению их параметров, важнейшими из которых являются их скоростные свойства.

В 1980;е гг. рубеж в 1 мкм был успешно преодолен. В 1990;е гг. граница была отодвинута уже до 0,1 мкм (100 нм). В 2002 г. «Intel» уже демонстрирует чипы, созданные по технологии 0,09 мкм (90 нм). А сегодня речь уже идет о преодолении барьера в 0,01 мкм (10 нм).

Потребляемая мощность в процессорах Intel. Патрик Гелсингер: «Мы предсказываем, что следующие 10 лет в первую очередь мы будем ограничены таким параметром, как мощность (power). В 2010 г. мы планируем процессор с частотой 30 ГГц, с 10 млрд транзисторов, технология 20 нм или еще меньше. Все эго принесет просто сногсшибательное быстродействие. Но следует вспомнить, что мы очень плавно двигались от 1 до 10 Вт, затем от 10 до 100 Вт. И мы на пути от 100 до 1000 Вт, аза 1000 идет 10 000». В этом заключается экспоненциальный рост, который великолепно работает как за, так и против.

Рис. 1.7. Зависимость числа транзисторов на кристалле микропроцессора от времени.

Плотность энергии в процессорах Intel. Еще сложнее, когда такая мощность приходится на очень маленькую площадь, тогда речь идет о плотности мощности. Проведем некоторые аналогии: если в конце 1980;х гг. это была просто горячая плита, то в середине грядущего десятилетия — ядерный реактор, в конце — уже сопло ракеты, а в перспективе — поверхность Солнца (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Рост плотности энергии в кристалле процессора и ее сопоставление с другими системами (по материалам IDF).

Сущность закона Мура. Г. Мур заметил, что приблизительно каждые 1,5 года расстояния между элементами на одном кристалле сокращаются примерно на 30%. Следовательно, число элементов на таком кристалле удваивается. Увеличение числа элементов на одном кристалле сопровождается, как правило, ростом его производительности, которая определяется тактовой частотой. Выпуск новой модели микропроцессора происходит в среднем каждые 3−5 лет, а его производительность возрастает в 2−4 раза.

Стоимость нового микропроцессора на рынке постоянна и составляет от 500 до 800 долл. Следовательно, можно говорить не только о росте числа элементов на одном кристалле, но и об уменьшении цены на микропроцессоры одинаковой производительности (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Уменьшение цены на микропроцессоры одинаковой производительности.

Следствия, вытекающие из закона Мура. 1. Закон Рока. Артур Рок, известный своей склонностью к участию в рискованных предприятиях, в 1968 г. помог основать корпорацию «Intel». Закон Рока — это всего лишь маленькое дополнение к закону Мура: «Стоимость основных фондов, используемых в производстве полупроводников, удваивается каждые четыре года» .

2. Закон Макрона. В основе закона Макрона лежит закон Мура. Этот закон гласит: «Машина (PC), которая бы Вас полностью устроила, никак не может стоить меньше 5000 долл.» .