نگاهی به گذشته و آینده‌ی قانون مور

گوردون مور، یکی از بنیانگذاران کمپانی اینتل است که شهرت خود را بیشتر به دلیل نظریه‌ای که در سال ۱۹۶۵ ارائه داد، به دست آورده است. براساس قانون مور، تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در پردازنده‌ها هر دو سال یکبار دو برابر خواهد شد. حال در آستانه‌ی پنجاه سالگی قانون مور، به بررسی گذشته و چالش‌های پیش روی این قانون مهم دنیای پردازنده‌ها خواهیم پرداخت.

زمانی که گوردون مور در سال ۱۹۶۵ میلادی و در زمان فعالیت در کمپانی Fairchild Seminconductor برای ارائه‌ی یک تئوری در خصوص آینده‌ی مدارهای مجتمع مورد سوال واقع شد، در آزمایشگاه خود در حال کار روی مدار مجتمعی بود که از ۶۴ ترازیستور تشکیل شده بود. تعداد ترانزیستورهای نمونه‌ای که مور در حال کار روی آن بود در مقایسه با سال پیش از آن دو برابر شده بود. مور با نگاهی به سال‌های نه‌چندان دور به این نتیجه رسید که تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده از سال ۱۹۵۹ که اولین ترانزیستور ساخته شد، هر سال دو برابر می‌شود. وی با انتشار مقاله‌ای در مجله‌ی Electronics در بهار سال ۱۹۶۵ پیش‌بینی کرد که این قانون حداقل برای ده سال آینده با همین روند ادامه خواهد داشت. قانون مور نه‌تنها برای یک دهه‌ی پس از آن، بلکه تا به امروز نیز در دنیای فناوری پابرجا مانده و امروزه از آن با عنوان قانون مور یاد می‌شود.

تنها چهار روز دیگر و در ۱۹ آوریل، این قانون شاهد تولد پنجاه سالگی خود خواهد بود. حال که پنجاه سال از زمان پیدایش این قانون گذشته، مجال خوبی است تا به سرنوشت آن و تغییرات اعمال شده در دنیای پردازنده‌ها در طول پنج دهه‌ی گذشته بپردازیم. نگاهی به گذشته این امکان را در اختیارمان قرار می‌دهد تا به پیش‌بینی آینده‌ی صنعت پردازنده‌ها با توجه به سرعت بالای نوآوری‌ها در این صنعت بپردازیم.

۱۹۶۵: ارائه‌ی نظریه‌ی قانون مور

قانون مور با در نظر گرفتن دو فاکتور اصلی از مشاهدات گوردون مور در جریان نگارش مقاله‌ی وی ارائه شده است. فاکتور اول اشاره به تعداد بهینه‌ی کامپوننت‌هایی دارد که می‌توان در ساخت یک تراشه از آن‌ها استفاده کرد. استفاده از کامپوننت‌های بیشتر به معنای کاهش هزینه به ازای هر کامپوننت است. البته در این بین استثنائی نیز وجود دارد که براساس آن پس از یک مقدار مشخص، با افزایش تعداد کامپوننت‌های مورد استفاده عملکرد کاهش می‌یابد که از این‌رو این نقطه را باید به‌عنوان محلی که می‌توان بهینه‌ترین تعداد کامپوننت‌های ممکن را در تراشه قرار داد، در نظر گرفت. گوردون مور این رابطه را در نمودار زیر به روشنی به نمایش گذاشته است.

فاکتور دومی که وی در مشاهدات خود به آن توجه کرد، افزایش تعداد کامپوننت‌هایی بود که در سال‌های مختلف در نقطه‌ی برگشت از عملکرد، ثبت می‌شد. وی به روشنی دید که تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در هر تراشه پس از تولید اولین ترانزیستور در سال ۱۹۵۹ در فاصله‌ی هر یک سال تا دو برابر افزایش می‌یابد. وی این موضوع را در یک منحنی نمایی که تصویر آن را در ذیل مشاهده می‌کنید، ترسیم کرد. مور پیش‌بینی کرد که روند دو برابر شدن تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در تراشه‌ها تا ده سال به همین ترتیب ادامه خواهد داشت. با توجه به روند دو برابر شدن ترازیستورهای مورد استفاده در تراشه‌ها، گوردون مور پس از مطرح شدن مساله‌ی کوچک‌کردن کامپوننت‌های مورد استفاده در تراشه‌ها توسط داگلاس انگلبارت (Douglas Engelbart) اولین بار تمامی این مسائل را روی کاغذ آورد تا بتواند پیش‌بینی درستی از این روند داشته باشد. مور هیچگاه تصور نمی‌کرد نظریه‌ یا به بیان بهتر پیش‌بینی‌ او به یک قانون و اصل تبدیل شود. وی در مقاله‌ی خود علاوه بر پیش‌بینی دو برابر شدن تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در تراشه‌ها، به مشکلات فنی احتمالی ایجاد شده در ده سال آینده نیز اشاره کرد.

۱۹۷۵: کارور مید (Carver Mead) قانون مور را جاودانه کرد

کارور مید در سال ۱۹۷۵ درصدد بهینه سازی قانون مور برآمد، در حالی که خود مور در همان سال‌ها قانون خود را مورد بازنگری قرار داده بود. اگرچه مور تصور نمی‌کرد که پیش‌بینی‌هایش در مورد صنعت تولید پردازنده‌ها تا سال ۱۹۷۵ دقیق باشد، اما همگان با گذشت سال‌ها به صحت نظریه‌ی وی در خصوص دو برابر شدن تعداد ترانزیستور‌ها در دهه‌ی پیش رو ایمان آوردند. مور در سال ۱۹۷۵ به این نتیجه رسید که رفته رفته موضوع تراکم در میزان افزایش ترانزیستور‌های تراشه‌ها تاثیرگذار خواهد بود و از این‌رو اعلام کرد که تعداد ترازیستورها در پردازنده‌ها از سال ۱۹۸۰ به بعد هر دو سال یکبار دو برابر خواهد شد.

دیو هاوس (Dave House) از اینتل، قانون مور را به شکل امروزی آن تعریف کرد

تراکم کامپوننت‌های مورد استفاده با نزدیک شدن به سال ۱۹۷۵ به مساله‌ی مهمی تبدیل شد، از سویی دیگر دیو هاوس از اینتل به این نتیجه رسید که سرعت پردازشی کامپوننت‌های مورد استفاده نیز با گذشت زمان بیشتر شده است. وی قانون مور را در این سال دوباره بهینه کرد و به شکل امروزی آن درآورد. هاوس به این نکته اشاره کرد که از این پس تعداد کامپوننت‌های مورد استفاده در تراشه‌ها به جای یک بازه‌ی یک ساله، در هر ۱۸ ماه دو برابر خواهد شد. بازه‌ی زمانی مورد نظر وی از آنچه که مور در سال ۱۹۶۵ اعلام کرده بود بیشتر و از میزان اعلام شده توسط مور در بازنگری سال ۱۹۷۵ نیز کمتر بود. از آن پس این مدل از قانون مور به عنوان نظریه‌ی استاندارد در علوم به کار گرفته شده است.

در صورتی که در صنعت تولید پردازنده‌ها به کار مشغول باشید، قانون مور از اهمیت فوق‌العاده‌ای برای شما برخوردار است. قانون مور تضمین کننده‌ی سرعت پیشرفت پردازنده‌های تولید شده در دنیای فناوری است.

از چرتکه تا سوپرکامپیوترها

با وجود اینکه تمرکز در صنعت مدارات مجتمع و تولید ترانزیستورها با اختراع سیلیکون بسیار افزایش یافته، ولی تاریخ دنیای کامپیوتر به پیش از آنکه سیلیکون در این صنعت مورد استفاده قرار گیرد، باز می‌گردد. با نگاهی به تاریخ دنیای کامپیوتر و محاسبات می‌توان ریشه‌های این علم را در چرتکه‌هایی یافت که در زمان‌های قدیم مورد استفاده قرار می‌گرفت. پس از چرتکه‌ها می‌توان خط‌کش‌های مهندسی، ماشین حساب‌های فنی و سپس به مین‌فریم‌هایی اشاره کرد که از لامپ‌های خلا استفاده می‌کردند. همه‌ی این ابزار‌های محاسباتی پیش از کشف سیلیکون و استفاده از آن در ساخت مدارات مجتمع صورت گرفته است. پیش از به کارگیری مدارات مجتمع، ترانزیستورهای گسسته ساختار اصلی سوپرکامپیوترهایی نظیر اطلس و 3MFLOP CDC 6600 را تشکیل داده بود.

در صورتی که نگاهی به تاریخ کامپیوترهای توسعه یافته سی سال پیش از قانون مور داشته باشیم، می‌توان سیر پیشرفت قدرت پردازشی را از یک پردازش در هر ثانیه در کامپیوتر Konard Zuse's Z1 در سال ۱۹۳۸ تا 3MFLOP CDC 6600 در سال ۱۹۵۶ مشاهده کرد. Z1 را باید اولین نمونه‌ای خواند که از ساختار قابل برنامه ریزی بهره می برد. با نگاهی به روند افزایش قدرت پردازشی کامپیوتر‌ها در طول تاریخ صد ساله که شامل دوران پیش از کشف سیلیکون و ارائه‌ی قانون مور نیز می‌شود، می‌توان به روشنی دید که سیر بالا رفتن قدرت پردازشی از روند مشابه قانون مور پیروی کرده است.

دوران پس از مدارات مجتمع

در حال حاضر تولیدکنندگان پردازنده‌ها و مدارات مجتمع از جنبه‌ی قدرت پردازشی و فاکتورهای فیزیکی در حال نزدیک شدن به بن‌بست از نظر قانون مور هستند، چراکه سیلیکون از نظر فیزیکی دیگر اجازه‌ی دو برابر شدن تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در هسته‌های پردازشی را نمی‌دهد. تولیدکنندگان از این‌رو در پی یافتن فناوری‌های دیگری برای توسعه پردازنده‌های قوی‌تر هستند. یکی از مفاهیمی که در حال حاضر نیز می‌توان استفاده از آن را در پردازنده های گرافیکی به عینه دید، پردازش موازی است. این مفهوم قدرت پردازشی بالایی را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. می‌توان با تغییرات در نرم‌افزار و اضافه کردن قابلیت استفاده از چندین هسته، پردازش‌های موازی را در بستر گسترده‌تری به کار گرفت. استفاده از گرافین و نانو لوله‌های کربنی در کنار رایانش کوانتومی از جمله‌ی سایر حوزه‌هایی است که دانشمندان در حال توسعه‌ی آن هستند.

منبع: زومیت

تماشاخانه

قتل وحشیانه دختر توسط پدر و نامادری در انگلستان / سارا پیش از مرگ برای پوشاندن کبودی‌ها شروع به پوشیدن حجاب کرده بود (فیلم)

ببینید چطور غریزه و مهر پدری شیر جوان را از مرگ نجات داد (فیلم)

فیلم های دیگر