Gordon Moore laptoppal

Több mint fél évszázaddal ezelőt, 1965 április 19-én, nagyjából három és fél évvel az Intel megalakulása előtt Gordon Moore, a Fairchild Semiconductors fejlesztési részlegének akkori vezetője az Electronics c. magazin számára írt cikkében évtizedekre előre megjósolta az elektronika, azon belül a számítástechnia fejlődésének távlatait. E megfigyelésen alapuló jóslat kiállta ötven év próbáját és még ma is alkalmazható a fejlődés ütemének leírására. A későbbiekben jóslata Moore törvényeként vált közismertté.

Miről szól Gordon Moore törvénye?

A felismerés lényege az volt, hogy a számítógépes csipekben az egy négyzetcentiméterre bezsúfolható tranzisztorok száma évente megduplázódik. Úgy gondolta, hogy ez a fejlődési ütem legalább tíz évig tartható.

Később, az Intel társalapítójaként szerzett tapasztalatok birtokában 1975 változtatott a képleten, és a kétszereződés időtartamát két évre módosította. Ehhez azonban máig nem nyúlt hozzá, és az idős mester úgy véli, a következő ötven évben sem lesz szükség módosításra:

kétévente a tehnológia fejlődés a miniatűrizálás terén megduplázza az egy területegységen elhelyezhető egységek számát.

A Moore-törvény eleinte csak leírta a világban megtapasztalható fejlődést, később az iparág nagyjai rájöttek, hogy aki nem követi a jóslatban leírt tempót, az alul fog maradni a technológiai versenyben.

Gordon Moore 1968 augusztusában az egyik alapító tagja volt az Intelnek, amely azóta a világ legnagyobb processzorgyártójává nőtte ki magát. Kezdetben vezérigazgató-helyettesként, 1975-1979-ig elnök-vezérigazgatóként, 1987-ig vezérigazgatóként dolgozott az Intelnél - ekkor váltotta fel a cégnél a magyar származású Andy Grove. Moore évekkel ezelőtt visszavonult, most a cég tiszteletbeli elnöke címet viseli.

Hogyan született a Moor-törvény?

Több mint ötven évvel ezelőtt a mikroelektronikai iparág kezdetleges állapotban volt. Akkoriban még meglehetősen kevés chipet gyártottak. Ezek közül is a legbonyolultabb a Fairchild, összesen 64 tranzisztorból álló integrált áramköre volt. A mikroelektronika ekkor még igencsak gyerekcipőben járt. Ami a legfigyelemreméltóbb, hogy Moore ilyen körülmények között jósolta meg néhány évtizedre előre a mikroelektronika szédületes fejlődését. Akkor azt prognosztizálta, hogy az integrált áramkörök tranzisztorainak a száma évenként megduplázódik. Továbbá azt is, hogy a félvezetők számának exponenciális növekedésével a chipek olcsóbbak lesznek, a működési sebességük jelentősen megnő és gyártásuk tömegessé válik. A Moore-féle törvény nem természeti törvény, hanem empirikus, azaz megfigyelésen alapul.

A törvény legelső megfogalmazása 1975-ig tartotta magát, mikor is az International Electron Devices Meeting konferenciáján megtartott beszédében Moore módosította. Éspedig akképp, hogy a nagy bonyolultságú integrált áramkörök esetében a tranzisztorok száma kétévente duplázódik meg. 

A félvezető iparág számára posztulátummá lett törvény vajon miért vált ennyire közismertté? Olyannyira univerzális, hogy alkalmazzák az internet fejlődési, vagy az adattárolók kapacitása növekedési ütemének prognosztizálására is. Ez pedig azért van, mert rendkívül egyszerű és könnyen érthető.

Ma a számítógépek nélkül a világgazdaság növekedése gyakorlatilag elképzelhetetlen. Némely elemzők azt jósolják, hogy a Moore-féle korszak végét egy nagy gazdasági visszaesés fogja követni, olyan, mint a múlt század harmincas éveiben az egész Amerikát megrázó gazdasági válság. De akárhogy is van, Moore törvénye leírja a high-tech lendületes fejlődését, s vele együtt a világgazdaság növekedését is.

A mindenütt jelenlévő mikroprocesszor

Amikor 1971-ben az Intel piacra dobta az első mikroprocesszorát, még senki nem láthatta előre, hogy az milyen fontos helyet foglal majd el a mindennapi életünkben.
Soroljunk fel néhány területet, ahol alkalmazzák a mikroprocesszorokat:- az utcai jelzőlámpák irányítása;- interaktív játékok;- rádiómodemek;- műholdas hírközlés;- digitális helymeghatározó rendszerek (autóban is);- a gépkocsik gyújtó és befecskendező rendszerének az irányítása;- nyomtatók;- professzionális hangkeverő pultok;- vasúti közlekedés;- a terminálok billentyűzete;- energiatermelő rendszerek irányítása;- halrajok felkutatása;- elektromos orgona, gitár, szintetizátor;- hélium érzékelők;- testépítő rendszerek;- laboratóriumi mérleg;- pénztárgép;- mobiltelefon;- műholdvevő;- orvosi műszerek;- robotkar stb.
Érdekes tények és adatok

Az Intelnél olyan új technológia kifejlesztésén dolgoznak, miszerint a csippen található tranzisztorok közötti távolság az emberi hajszál tízezred része. Ez körülbelül akkora, mintha egy 650 km-es egyenes úton próbálnánk meg úgy irányítani egy autót, hogy az az út középvonalától ne térjen el jobban, mint 2,5 cm.- 1978-ban egy Párizs-New York repülőjegy 900 USA dollárba került. Az utazás időtartama 7 óra volt. Ha a légi közlekedés Moore törvényeinek megfelelően fejlődött volna, akkor ma a repülőjegy ára 1 centnél is kevesebb lenne, az utazás pedig egy másodpercnél rövidebb ideig tartana.- Az Intel fennállása óta, egy tranzisztor önköltsége olyannyira lecsökkent, hogy ma ugyanannyiba kerül, mint mondjuk egy betű, vagy egy vessző (tipográfiai jel) kinyomtatása.- A mikroprocesszorok fejlesztése során annyira lecsökkent a tranzisztorok mérete, hogy jelenleg egy gombostű fején 200.000.000 férne el belőlük.- A ma használatos tranzisztorok másodpercenként másfél trilliószor képesek másodpercenként be- és kikapcsolni. Hogy ugyanennyiszer ki- és bekapcsoljunk egy szobai kapcsolót, egy embernek ehhez 25.000 évre lenne szüksége.

És mi következik ezután

Az elmúlt több mint fél évszázad latatt a szkeptikusok már sokszor megjósolták a Moore-korszak végét. Viszont a mikroelektronikai ipar lendületes fejlődése újra és újra megcáfolta e negatív jóslatokat. A 2002 tavaszán az Intel által összehívott Fejlesztők Fórumán (IDF) az konzorcium műszaki igazgatója, Patrick Helsinger beszédében a következőket mondta: "Feladatunk nem csak az, hogy meghosszabbítsuk Moore törvényének érvényességét, hanem kiterjesszük azt más területekre is."

Moore prognózisa az első megfogalmazásban nem volt más, mint egy megfigyelésen alapuló következtetés. Évekkel később azonban irányelvvé vált. Ma pedig úgy tartják számon, mint törvényt.

Az Intel egyik vezetője, Patrick Helsinger nyilatkozta nemrégiben: "Az igazat megvallva sokszor kérdeztem meg önmagamtól, hogy meddig érvényes ez a törvény. Mikor ér véget a hatálya, meddig alkalmazhatjuk? 1980-ban, amikor beléptem az Intelhez, azon törtük a fejünket, hogy miként lépjük át az egy mikronos határt. Akkoriban ez szinte lehetetlennek tűnt. A 90-es évek elején azt a feladatot tűztük ki magunk elé, hogy átlépjük az egytized mikronos határt. Ma pedig azon dolgozunk, hogy átlépjük az egy század mikronos határt. Megígérhetem, hogy míg nyugdíjba nem vonulok (25 év múlva) Moore törvénye aktuális lesz. Meggyőződésem, hogy még nem egy évtizedig lesz irányelv a mikroelektronikai iparban.

"E törvény érvényes azon törekvésünkben is, hogy egyesítsük a számítástechnikát a hírközléssel." - mondotta Kraig Barrett az ez év tavaszán a fejlesztők, Intel által összehívott forumán megtartott megnyitóbeszédében. Az integrált platformok fejlesztésében is e törvény az irányadó számunkra. Moore törvénye érvényes Paolo Giordani, az Intel technológiai stratégiák igazgatója szerint is: "Cégünk kétévente új technológiákat vezet be."

Az Intel ilyen irányú fejlesztéseinek záloga az a sokmilliárdos befektetés, melyet a kutatásokba, a gyártás fejlesztésébe invesztálnak. Pár éve még biztosak voltak a megkétszereződési törvény tarthatóságában. Mára bonyolultabbá vált a helyzet. Ugyanisa Moore-törvény érvényessége az atomi méretek eléréséig elméletileg még tartható, azonban még addig is több komoly problémát kell leküzdeniük a tervezőmérnököknek. A nanoméretű tranzisztorok paramétereinek eltérése és a szivárgási áram a két legfőbb probléma. Emiatt a tervezési fázisban egyre nehezebb megjósolni az áramkörök gyártás utáni viselkedését, és azok egyre nagyobb mennyiségű hőt termelnek még inaktív, nem kapcsolási állapotban is. Az áramköri viselkedés szimulálhatósága és a leadott hő csökkentése alapvető követelmény a CMOS áramkörök további méretcsökkentéséhez. Hogy a kristályalapú számítógépek miniatürizálásának elvi korlátja a molekuláris zaj, az már közismert, így a további fejjlődésben a processzor mérete már nem sarkalatos kérdés. Mi több, sokak szerint már

megbukott Moor törvénye. Van-e ellen-törvény?

A speciális technológiák, a feszített szilícium és a 3D tranzisztor fejlesztése kb. egy évtizedig tartott, és az EUV-fejlesztések sem tegnap kezdődtek, ennek ellenére nehezen hihető, hogy a bevezetés zökkenőmentes lesz. Moore törvénye mellett ismert a Rock-törvény is, amit Arthur Rock jelentett ki és éppen Moore-törvényének fenntarthatósága ellen szól. Ez a "megfigyelés" kimondja, hogy egy modern chipgyár felépítéséhez szükséges összeg négyévente megduplázódik. Megtorpanás mégsem várható majd a jövőben - mert már megtörtént. Az Intel eredetileg 2016-ra ígérte a 10 nm-es Cannonlake processzort, sőt, a 14 nm-es technológiát is már sokkal előbbre tervezték, mint 2015 szeptembere. Nos, a jelen állás szerint a Cannonlake és a mostani Skylake közé egy új generáció is beékelődik Kaby Lake néven, és majd csak 2017 végén érkezik a 10 nm-es Cannonlake - legalábbis most ez a terv. Ha az Intel híres tik-tak stratégiáját nézzük, ez az óra nem csak, hogy pontatlan és késik, de már félre is ver.

És akkor még itt van az 1 millió dolláros kérdés is: minek még több tranzisztort ugyanarra a pici helyre bezsúfolni? Amikor a CPU-magot nem lehetett már értelmesen tovább bonyolítani, jöttek a többmagos CPU-k, ami egy bizonyos szintig még logikus is, csak éppen a szoftverek nem képesek megfelelően kihasználni a párhuzamos felépítést. A különböző vezérlők lapkára integrálása is bekerült a képbe, ám ezzel nehezebbé vált a differenciálás a modellek között és a lapkák alapára is megugrott a mérettel párhuzamosan.

Mégis van remény: alternatív megoldások?

intel processzorA mérsékelt vélemények szerint még ne temessük el a chipgyártókat és ne kiáltsunk armageddont. A gyártók nem estek teljesen kétségbe és mérnökeik már törik a fejüket az alternatív megoldásokon. Például az Intel 7 nm-nél szakítani fog a CMOS technológiával, pár éven belül jönnek a körkörös tranzisztorok és jön a kvantumszámítógép, a szerves anyagra épülő bioszámítógép - vagy ki tudja még hány csoda. A 90. születésnapját jövőre ünneplő Moore vajon mit ismérhet meg mindezekből?