Закон мура гласит что количество транзисторов удваивается каждые

Что такое закон Мура простыми словами

Наиболее известное правило в мире высоких технологий – наблюдение, или закон Мура, гласит: каждые два года количество транзисторов на чипе увеличивается вдвое. Владельцы компьютеров могут вспомнить свои первые ПК, сравнить их с существующими современными моделями. Новое устройство всегда компактнее и мощнее предыдущего: согласно закону Мура, каждые 24 месяца количество чипов на интегральной схеме также увеличивается в два раза.

Идейный вдохновитель: кто он, Гордон Мур

Гордон Мур родился в Сан-Франциско, получил степень бакалавра химии и вместе с друзьями покинул престижную практику в лаборатории Уильяма Шокли ради возможности работы с кремниевыми транзисторами. Так началась карьера Гордона Мура, одного из основателей Intel. В 1968 году трое друзей работали над интегральной схемой, которая станет основой для современных ПК.

Так была создана Intel – корпорация, ставшая лидером в технологической индустрии. Гордон Мур более 15 лет занимал место генерального управляющего компании и более 30 (и по настоящее время) – должность председателя совета директоров.

История

Спустя 6 лет после разработки интегральной схемы, в 1965 году, Мур обнаружил закономерность: через год после выпуска микросхемы появлялся новый тип чипа с увеличивающимся вдвое количеством транзисторов на нем. Проанализировав тенденцию, инженер пришел к выводу, что мощность вычислительной техники растет по экспоненте (т.е. с высокой скоростью). Описанное наблюдение называется законом Гордона Мура.

Через 10 лет, в 1975 году, ученый внес поправку в свое наблюдение: увеличение количества транзисторов происходит каждые два года, а не через 12 месяцев.

Что такое закон Мура

Формулу на всех этапах работы используют инженеры или специалисты, имеющие отношение к разработке электроники. Для обывателя суть закона Гордона Мура такова: производительность и вычислительная мощность ПК увеличивается в два раза каждые пару лет.

Каждый замечал, насколько быстро устаревает техника, а стоимость новой увеличивается, но незначительно. Такая тенденция объясняется законом Мура и его влиянием на технологический прогресс.

Вариации на тему: Интерпретации наблюдений

• тактовая частота процессоров возрастает вдвое каждые 1,5 года;
• производительность устройств удваивается через 18 месяцев;
• теоретически возможное количество транзисторов на 1 кристалл увеличивается в два раза каждый год;
• стоимость производства чипа снижается вдвое каждые 1,5 года.

Обратная интерпретация: наиболее целесообразное количество транзисторов на чипе возрастает вдвое каждый год.

Антизакон

Очень немногие инженеры слышали об обратной закону гипотезе. Темп прогресса постоянен, по сравнению с увеличивающимся по экспоненте количеством исследователей.

Анализ с помощью построения графиков учеными Стэнфорда помог сформулировать Антизакон. Формулируется он так: производительность работы исследователей и разработчиков электроники за последние полвека снизилась почти в 20 раз. В задачи, требовавшие в 1971 году привлечения 1 тыс. ученых, в 2019 г. задействованы более 20 тыс. человек.

В масштабе глобальной экономики можно заметить работу антизакона Мура. При сравнении общей производительности населения развитой страны и производительности исследователей возникнет вывод, что ученые, жившие век назад, были в 25 раз продуктивнее разработчиков 21 века. Причиной этого безумия стала возрастающая сложность поставленных задач. С каждым годом делать научные открытия и прорывы все сложнее, и для этого вовлекают все больше специалистов. Возникает тотальная проблема дефицита IQ, решать которую, возможно придется с помощью замены человека искусственного интеллекта (ИИ).

Элизер Юдковски – исследователь ИИ, вывел следствие Закона Мура для «безумия» науки: раз в 18 месяцев необходимый для уничтожения человечества минимальный IQ уменьшается на 1 балл.

Статистическая проверка

Подтвердить или опровергнуть закон Мура можно с помощью анализа официальных данных Intel. Производительность работы процессоров увеличивается вдвое каждые 20 месяцев с 2010 года. В 2000-2010 гг. параметр эффективности удваивался медленнее – примерно каждые 23 месяца.

Оба случая показывают разброс от заявленного темпа примерно в 1,5 раза. Поэтому ученые утверждают, что закон Мура перестал работать. Примечательно, что, вопреки опасениям автора о спаде темпа развития технологии, увеличение производительности, а также компактности микропроцессоров увеличивается. В такой трактовке можно утверждать, что скорость технологического прогресса опережает гипотезу Мура и осуществляется быстрее экспонентного темпа.

Влияние закона Мура

Последние 50 лет направление и темп развития электроники определялись законом Мура. С помощью этой гипотезы ученые стремятся вычислить темп развития ОП компьютеров, мощность и вычислительную скорость устройств.

• соперничество разработчиков, т.е. борьба за первенство в создании более быстрого и более мощного процессора;
• разработка архитектуры вычислительных мощностей: обновление технологических алгоритмов происходит постоянно и регулярно (раз в 2 года);
• прогнозирование рынка.

Большинство разработчиков ориентируется на эту гипотезу, работа планируется с учетом данного наблюдения. Производители и продавцы точно прогнозируют срок выпуска обновленных процессоров и программного обеспечения.

Следствия закона Мура

• Экономическая эффективность напрямую зависит от темпа снижения себестоимости.
• В каждом следующем технологическом поколении наблюдается уменьшение площади элементов всех элементов.

Один из инвесторов Intel, Артур Рок, сформировал экономическое следствие закона Мура.

Параллелизм и закон Мура

Чтобы применить наблюдение основателя Intel, инженеры используют в работе принцип параллельных вычислений. Это означает, что разработка программного обеспечения и элементов проводится синхронно. Тогда каждый созданный элемент становится частью единой системы компьютера.

Такой способ организации программирования повышает темп развития многоядерных архитектур (принципов работы и построения ПК на 2 и более ядрах), число системных ошибок при этом уменьшается. Программное обеспечение и элементы устройств должны развиваться параллельно.

Для увеличения производительности и прибыли программы должны развиваться и обновляться одновременно с физическими носителями (чипами, транзисторами).

Распространение закона Мура

Инженеры Intel применяют наблюдение своего основателя практически во всех секторах собственного производства. Число транзисторов увеличивается вдвое, а вместе с этой цифрой растет уровень интеграции устройств и сложность структуры ПК в целом.

1. Беспроводные технологии. Основная концепция разработчиков в Intel провозглашает то, что принципы беспроводной передачи данных становятся максимально универсальными и дешевыми по себестоимости. Следовательно, технологии могут применяться в каждом гаджете. Закон Мура помогает спрогнозировать характер и темп изменений процессоров.
2. Сенсорность. Intel развивает сети сенсоров, настраивающихся без участия человека. Сенсор – прибор, который выполняет три функции: измерение, коммуникацию и вычисление. Сети содержат тысячи единиц сенсора и могут обрабатывать и обмениваться информацией.
3. Применение фотонов, или световых волн. Любая информация на существующих устройствах передается через импульс электричества. Используемые сегодня медные кабели подвержены перегреву. Поэтому Intel прибегли к использованию оптоволокна и передачи данных посредством световых волн. Преимуществом новой технологии является способность света передавать информацию на любые расстояния с минимальными мощностными потерями.

У разработчиков появляется возможность и время для формирования новых устройств и технологий в соответствии с запросом потребителей.

Изменение природы закона Мура

Наблюдение основателя Intel в течение 20 лет задавало темп разработки транзисторов и скорость тактовой частоты.

Сейчас закон Мура позволяет улучшить характеристики аккумуляторов ПК, смартфонов, снизить энергопотребление и улучшить производительность в целом. В электронике эта гипотеза является основной идеей в разработке каждого элемента. Спустя полвека закон Мура стал символом инноваций в культуре. В этом контексте наблюдение Гордона Мура олицетворяет использование накопленных знаний.

Когда закон Мура перестанет работать

Пользователям и разработчикам не стоит забывать, что основатель Intel, выводя собственный закон, не принимал в расчет фундаментальные положения физики и математики.

Чтобы наблюдение Мура продолжало действовать, производителям каждые два года нужно создавать способы уменьшения транзисторов без потери эффективности.

Такой процесс не длится бесконечно, так как существует физический предел для элементов. В расчетах ученые могут применять понятие бесконечно малого, но в реальном мире это невозможно.

При размере транзистора в несколько атомов в элементе начнутся квантовые изменения, то есть бесконтрольное движение электронов, что сделает транзисторы неэффективными.

Начиная с 2010 года, следование закону Мура перестало быть выгодным для разработчиков. На его соблюдение нужно тратить множество ресурсов: материалы, оборудование, увеличение штата и проч. На 2019 год закон Мура не работает эффективно, эра кремниевых транзисторов завершится предположительно до 2030 года.

Вместо заключения

Закон Мура стал импульсом для развития программного обеспечения и устройств. Но физические ограничения не позволят использовать эту гипотезу бесконечно. Спустя десятилетие человечество увидит новые вычислительные системы, оптоволокно станет основным материалом для процессоров.

В стремлении обойти закон Мура производители создают чипы, алгоритмы работы которых, по сравнению с ныне существующими, покажутся магией.

Закон Мура

Ученые из Австралии смогли создать транзистор на основе одного атома на восемь лет раньше, чем это возможно согласно легендарному закону Мура, который мировая ИТ-индустрия десятилетия принимала за аксиому.

Содержание

1965: Мур формулирует предположение

Закон Мура — эмпирическое наблюдение, сделанное в 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы), в процессе подготовки выступления Гордоном Муром (одним из основателей Intel).

Зависимость числа транзисторов на кристалле микропроцессора от времени. Обратите внимание, что вертикальная ось имеет логарифмическую шкалу, то есть кривая соответствует экспоненциальному закону — количество транзисторов удваивается примерно каждые 2 года.

Мур высказал предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца. При анализе графика роста производительности запоминающих микросхем им была обнаружена закономерность: появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно одинаковые периоды (18—24 мес.) после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое. Гордон Мур пришел к выводу, что при сохранении этой тенденции мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени может вырасти экспоненциально.

Это наблюдение получило название закон Мура. Существует масса схожих утверждений, которые характеризуют процессы экспоненциального роста, также именуемых «законами Мура». К примеру, менее известный «второй закон Мура», введённый в 1998 году Юджином Мейераном, который гласит, что стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем. Так, стоимость фабрики, на которой корпорация Intel производила микросхемы динамической памяти ёмкостью 1 Кбит, составляла 4 млн. $, а оборудование по производству микропроцессора Pentium по 0,6-микрометровой технологии c 5,5 млн. транзисторов обошлось в 2 млрд. $. Стоимость же Fab32, завода по производству процессоров на базе 45-нм техпроцесса, составила 3 млрд. $. Евгений Чаркин на TAdviser SummIT — о новой стратегии цифровой трансформации РЖД

По поводу эффектов, обусловленных законом Мура, в журнале «В мире науки» как-то было приведено такое интересное сравнение:

18,9 л) топлива. Приведенные цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ». — Журнал «В мире науки» (1983, № 10)[3] (русское издание «Scientific American»)

В 2007 году Мур заявил, что закон, очевидно, скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света.

Одним из физических ограничений на миниатюризацию электронных схем является также Принцип Ландауэра, согласно которому логические схемы, не являющиеся обратимыми, должны выделять теплоту в количестве, пропорциональном количеству стираемых (безвозвратно потерянных) данных. Возможности по отводу теплоты физически ограничены.

Параллелизм и закон Мура

В последнее время, чтобы получить возможность задействовать на практике ту дополнительную вычислительную мощность, которую предсказывает закон Мура, стало необходимо задействовать параллельные вычисления. На протяжении многих лет, производители процессоров постоянно увеличивали тактовую частоту и параллелизм на уровне инструкций, так что на новых процессорах старые однопоточные приложения исполнялись быстрее без каких либо изменений в программном коде. Сейчас по разным причинам производители процессоров предпочитают многоядерные архитектуры, и для получения всей выгоды от возросшей производительности ЦП программы должны переписываться в соответствующей манере. Однако, по фундаментальным причинам, это возможно не всегда.

2012: Опровержение закона Мура

С 1954 года, когода научный сотрудник Texas Instruments Джордж Тиль (George Teal) создал первый кремниевый транзистор, инновационные решения позволили постепенно уменьшать и уменьшать размер этих электронных компонентов, что привело к созданию компьютеров и мобильных устройств современного типа.

Одно устройство может содержать миллиарды транзисторов, которые работают вместе для выполнения простых двоичных вычислений. Чем больше транзисторов находится на единицу площади, тем быстрее производятся расчеты и тем больше информации компьютеры могут обработать и сохранить, одновременно затрачивая меньше энергии.

В прошлом уже были созданы одноатомные транзисторы. Но к сегодняшнему дню в их использовании была достигнута погрешность в 10 нанометров (нанометр равен одной миллиардной метра). Но для одноатомного транзистора, чтобы он мог использоваться в реальных устройствах, требуется расположение одного атома точно на кремниевом чипе. По данным журнала о нанотехнологиях Nature Nanotechnology, именного этого и удалось достичь исследователям.

Они использовали сканирующий туннельный микроскоп (устройство, которое позволяет исследователям видеть атомы и обеспечить точность манипуляций с ними) ученые проделали узкий канал в кремниевой базе. Затем был применен газ фосфин, с помощью которого был помещен отдельный атом фосфора между двумя электродами в нужной области. Когда электрический ток проходит через такое устройство, оно усиливает и передает электрический сигнал, что и является основным принципом работы любого транзистора.

Так что достижение ученых из Австралии приблизило человечество еще на один шаг к созданию квантовых компьютеров. Удивительно также и то, что команда бросила вызов закону Мура (основывается на публикации Гордона Мура (Gordon Moore) в журнале Electronics Magazine в 1965 году). Согласно этому закону, число транзисторов, размещающихся на одной схеме, удваивается каждые 18-24 месяцев. Так что, по прогнозам Мура, одноатомные транзисторы должны появиться не раньше 2020 года. Однако это произошло на 8 лет раньше.

Мишель Симмонс (Michelle Simmons), директор ARC Centre for Quantum Computation and Communications и глава исследовательской группы, заявил: «Мы решили 10 лет назад, что создадим одноатомный транзистор так быстро, как это будет возможно, и тем самым опровергнем этот закон. И вот мы сделали это в 2012 году».

Однако до реального использования таких транзисторов пройдет еще 15-20 лет. Дело в том, что работающий образец функционирует только при температуре минус 391 градус в пределах лаборатории, так что является всего лишь доказательством концепции.

2015: Intel верит в дальнейшее соблюдение закона Мура

На конференции International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), которая с 22 по 26 февраля 2015 года прошла в Сан-Франциско, участники полупроводниковой отрасли рассказали о своих достижениях и планах в части освоения «тонких» технологических норм. Добраться до 10 нм чипмейкеры смогут при помощи нынешних технологий, но дальнейшее развитие осложнится, поэтому производителям потребуются новые решения. [1]

По словам ведущего специалиста Intel Марка Бора (Mark Bohr), несмотря на всеобщую борьбу с растущими расходами на полупроводниковые пластины, компания продолжает увеличивать в микросхемах плотность транзисторов и снижать себестоимость каждого из них, и делает это быстрее в случае с 14 нм по сравнению с предыдущими технологиями. Эти темпы сохранятся на 10 и 7 нм шаге за счет масштабирования, позволяющего повысить степень интеграции и удешевить стоимость одного транзистора, заявил Бор.

Intel уверена, что стоимость транзисторов будет по-прежнему снижаться по мере освоения передовых техпроцессов

Стоит отметить, что Intel начала 14-нм производство с запозданием примерно на 6-9 месяцев относительно планируемых сроков. Несмотря на это американская корпорация опередила конкурентов, и к концу февраля 2015 года лишь она предлагает 14-нм процессоры, а TSMC, Samsung и GlobalFoundries только-только приноравливаются к выпуску 16-нм продукции с сохранением 20-нм геометрии в металлических слоях.

Intel обещает коммерческое освоение 10-нм техпроцесса в 2016 году и планирует использовать 7-нм технологию в 2018-м. Еще через два года компания рассчитывает на переход к 5 нм.

Сделать это без инноваций будет трудно. Они обязательно появятся, поскольку именно так было в последние годы, уверен Марк Бор, ссылаясь на закон Мура, предполагающий, что вычислительная мощность удваивается каждые 24 месяца.

При освоении передовых проектных норм Intel, возможно, будет применять упаковку чипов типа 2,5D (слои помещаются рядом друг с другом) и 3D (слои располагаются поверх друг друга). При этом корпорация продолжает поиск новых эффективных с точки зрения себестоимости решений.

Глава полупроводникового подразделения Samsung Кинам Ким (Kinam Kim) заявил, что CMOS-транзисторы теоретически можно уменьшить до норм 3-5 нм. Вместе с тем топ-менеджер согласился с тем, что технологии ниже 10 нм требуют новых подходов.

2019: Скорость развития ИИ опережает закон Мура

В конце декабря 2019 года Стэнфордский университет обнародовал результаты исследования, согласно которому вычислительная мощность искусственного интеллекта уже более семи лет опережает закон Мура. Подробнее здесь.

Что такое Закон Мура и как он работает теперь? Разбор

Закон Мура гласит: “Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца”. Вы наверняка слышали про этот закон. А еще вы наверняка слышали, что он больше не работает.

Но, если посмотреть на реальные цифры реальных процессоров, мы увидим, что Закон Мура, удивительно точно работает по сей день, вот уже 50 лет.

Тем не менее, мы с вами на собственном опыте чувствуем, что прогресс замедлился. Несмотря на двукратный прирост транзисторов, мы не видим двукратного прироста производительности. Поэтому сегодня мы разберёмся. Что не так с Законом Мура?

Но самое интересное, что важный перелом произошел на рубеже нулевых и 2010-х. И нужны были новые решения.

С какими сложностями столкнулось человечество и как мы их обошли? И чего нам ждать, когда закон Мура действительно перестанет работать?

Закон не закон

Начнём, с того, что закон Мура на самом деле никакой не закон, а просто наблюдение Гордона Мура, основателя Fairchild Semiconductor, а также Intel.

С момента изобретения интегральной схемы в 1959 году количество транзисторов на микрочипах вырастало в среднем в два раза каждый год. Гордон Мур это заметил, и сказал: Всё! Так и будет.

А в 1975 году он внес поправку, и сказал:» Нет, всё таки, каждые два года».

На что ребята из Intel ответили: Ок, кажется, у нас появился план и мы его будем придерживаться. А вся индустрия подстроилась под такой темп.

И это, очень круто. Ведь чем меньше размер транзистора, тем меньше он потребляет тока. А чем больше количество транзисторов, тем выше вычислительная мощность. Причем зависимости прямо пропорциональные.

А значит, чем больше маленький транзисторов получится разместить на чипе, тем лучше.

Возьмем современный пример:

Например, в первом ASUS Zenbook который вышел в 2011 году стоял процессор Intel Core i7-2677M. В нём было 624 миллиона транзисторов. Звучит неплохо, с учетом того, что когда Мур придумывал свой закон в 65 году в актуальном процессоре было всего 64 транзистора, не миллионов, всего 64.

А вот в ZenBook Duo 14, который вышел через 10 лет используется процессор Intel 11-го поколения Core i7-1165G7, в котором уже 8,2 миллиарда транзисторов! Это в 13 раз больше, и это огромный скачок вперед. Но если прикинуть по закону Мура, то транзисторов в этот момент должно было быть как минимум в 2 раза больше — 19,9 миллиардов, на самом деле. Но почему закон замедлился? Смотрите.

Почему Закон Мура работал?

Долгое время Закон Мура работал как часы. Транзисторы уменьшались, их число росло, а мощность возрастала. А это, на секундочку рост по экспоненте, то есть очень быстро!

Обратите внимание, что все графики отражающие Закон Мура изображены в логарифмической шкале, но если перевести график в линейную шкалу, мы поймем какой прорыв совершается каждые два года. В 65 году в микрочипе было 64 транзистора, а сейчас в серверном процессоре AMD Epic их почти 40 миллиардов. Но откуда была такая стабильность?

Скорее всего вы знаете, что процессоры производят путем фотолитографии. Иными словами, лазер светит через трафарет, который называется маской, и процессор буквально выжигается на кремниевой подложке. Это очень похоже на проявку фотографии.

Тут для на нас важен лишь они факт: чем меньше длина волны, с которой светит лазер, тем выше разрешение и меньше техпроцесс!

Наглядная инфографика по лазерам

Так индустрия и развивалась: когда достигали предела разрешения лазера — меняли его на лазер с более короткой длиной волны.

Поначалу использовали дуговые ртутные лампы, а не лазеры, с длиной волны 436 нм — это синий свет. Потом освоили 405 нм — это фиолетовый. И наконец до 365 нм — ближний ультрафиолет. На этом эра ртутных ламп закончилась и началось использование ультрафиолетовых газовых лазеров. Сначала освоили 248 нм — средний ультрафиолет, а потом 193 нм — глубокий ультрафиолет или DUV. Такие лазеры давали максимальное разрешение в 50 нм и на какое-то время этого хватало. Но потом произошел переломный момент…

Переломный момент

К 2006 году надо было осваивать техпроцесс в 40-45 нм. Разрешения лазеров было недостаточно.

Это был тупик! Гиганты Кремниевой Долины потратили сотни миллионов долларов для перехода на 157 нм (лазеры на основе фторид-кальциевой оптики), однако всё было впустую.

Даже сам Гордон Мур в 2007 году сказал: «Мои полномочия как бы всё, из-за фундаментальных причин». Если что, это точная цитата…

Но мы то с вами знаем, что на 45 нм человечество не остановилось. Уже 10 лет назад в первом ZenBook использовалась литография 32 нм. Как же люди смогли обойти оптические ограничения?

Они начали использовать различные хаки:

• Стали экспонировать чипы через воду (видео). Это как-то меняло преломление луча и позволяло повысить разрешение.
• Стали использовать множественное экспонирование, т.е. они стали использовать несколько масок, с разными рисунками, которые дополняют друг друга.
• И прочие хаки: поляризация излучения, коррекция оптической близости, использование фазосдвигающих масок, внеосевое освещение, но проблема с лазерами — это полбеды.
• 

Из-за этого пришлось поставить крест на росте тактовых частот. Если раньше частоты удваивались так же быстро, как транзисторы, прирост практически остановился.

Десять интересных лет

В итоге, вопреки своим планам, Intel застрял на 14 нм техпроцессе, а тактовые частоты остановили свой рост. И примерно с 2010 года начались 10 интересных лет оптимизаций.

Если раньше прогресс обеспечивался брутальным уменьшением техпроцесса и прирост производительности давался легко, то теперь началась настоящая работа по допиливанию всего того, что человечество придумало за 40 предыдущих лет.

Люди стали искать инновации за пределами Закона Мура:

1. Процессоры стали многоядерными и многопоточными.
2. Появилась масса сопроцессоров, которые невероятно эффективно решают отдельные задачи: обработка фотографий, кодирование видео, нейронные движки, облачные вычисления. В конце концов, перенос вычислений на видеокарты.
3. Люди наконец начали оптимизировать софт.
4. А производителям железа пришлось ежегодно совершенствовать свою продукцию. Ведь просто новый процессор, не позволял продать новый ноутбук

И вот прошло 10 лет, пока мы с горем пополам производили 14-ти, 10-ти, и даже 7-нанометровые процессоры. Произошло событие, которого все очень долго ждали. Мир перешел на экстремальную УФ-литографию. Длина волны лазера скакнула с 193 нм до 13,5 нм, что является крупнейшим скачком за всю историю создания процессоров. Технологию разрабатывали 81 год и только в 2020 она заработала в полную мощь.

Ключевой момент технологии в том, что она позволит уменьшать техпроцесс вплоть до 1 нм, а это 10 атомов в толщину. И если вы считаете, что это невозможно, это не так. Компания IBM уже в этом году освоила 2 нм. Так, что 1 нм — это лишь дело техники.

Будущее

Но, а что нас ждет за порогом в 1 нм? Как дальше повышать производительность?

Это сложный вопрос. Безусловно люди придумают новую форму транзистора, мы перейдем на нанолистовые транзисторы. Вполне возможно, что люди откажутся от кремния и перейдут на новые материалы. Вариантов на замену есть масса:

• Углеродные нанотрубки
• Графеновые наноленты
• Диоксид и селенид гафния
• Дисульфид молибдена

Ну и наконец, скорее всего мы полностью откажемся от текущей концепции центрального процессора, основанной на архитектуре Фон Неймана и перейдем на асинхронные нейроморфные процессоры, построенные по подобию человеческого мозга. Кстати, их разработкой занимается тоже Intel.

В любом случае у нас есть еще 5-10 лет, пока транзисторы будут удваиваться по Закону Мура, а потом посмотрим.

Закон мура гласит что количество транзисторов удваивается каждые

Почему же «закон Мура» был воспринят так серьёзно? Дело в том, что к тому моменту Гордон Мур успел стать одним из самых заметных имён в полупроводниковой индустрии.

Химик по образованию, Мур в 1954 году защитил диссертацию в знаменитом «Калтехе» (Калифорнийском институте технологий), а в 1956 году вошёл в число восьми молодых учёных, отобранных изобретателем транзистора и нобелевским лауреатом Уильямом Шокли для работы над новыми технологиями в области полупроводниковых приборов.

Уильям Шокли, изобретатель транзистора
и нобелевский лауреат

Увы, из этого начинания ничего не вышло. Шокли был хорошим учёным, но плохим менеджером, а его тяжёлый подозрительный характер вкупе с авторитарной манерой управления создали в команде невыносимую обстановку. В какой-то момент он даже попытался заставить всех сотрудников пройти тест на детекторе лжи, чтобы убедиться в том, что они его не обманывают. Последней каплей стал тот факт, что вместо обещанной работы над новыми видами полупроводников Шокли заставил сотрудников своей лаборатории заниматься усовершенствованием и подготовкой к серийному производству так называемых «диодов Шокли», на которые существовал потенциальный спрос со стороны оборонного ведомства США. В результате в 1957 году все восемь молодых учёных (получивших прозвище «вероломной восьмёрки») покинули лабораторию Шокли и стали сооснователями компании Fairchild Semiconductor, названной по имени основного инвестора Шермана Фэйрчалда.

Слева направо: Гордон Мур, Шелдон Робертс, Юджин Клейнер, Роберт Нойс,
Виктор Гринич, Джулиус Бланк, Жан Эрни, Джей Ласт

Впрочем, нельзя сказать, что всё было зря: во время работы у Шокли Гордон Мур и его коллеги получили практический опыт работы с важнейшими экспериментальными технологиями производства полупроводников — мокрым окислением по Фрошу и фотолитографией. Это позволило Fairchild Semiconductor быстро стать главной компанией только набирающей обороты полупроводниковой индустрии. В 1958 году на рынок вышел разработанный Муром 2N696 — первый массовый кремниевый транзистор, ставший популярным за счёт более высокой рабочей температуры и частоты переключения, чем у германиевых аналогов. В отличие от конкурентов, производивших транзисторы индивидуально, 2N696 производился целыми пластинами, которые разрезались на части непосредственно перед упаковкой. Это позволило заметно увеличить объёмы производства и снизить себестоимость, однако технология была достаточно рискованной, поскольку любая ошибка приводила к отбраковке целой партии. На практике хорошая отладка производственных процессов позволила Fairchild Semiconductor стать абсолютным лидером рынка транзисторов.

Разработанный Гордоном Муром транзистор 2N696

В 1959 году Жан Эрни при помощи Чи-Тан Са (оба также проходили стажировку у Шокли) разработал основы планарной технологии. Первый планарный транзистор пошёл в серию весной 1960 года под названием 2N1613. Он значительно превосходил 2N696 по скорости, имел на три порядка меньшие токи утечки, а планарная технология производства позволила эффективно уменьшить количество посторонних примесей, что в свою очередь привело к повышению надёжности. К слову, планарный процесс до сих пор остаётся наиболее широко применяемым способом производства транзисторов в мире и единственным способом производства интегральных микросхем. Это связано с тем, что он, в отличие от предшествовавшей ему меза-технологии, позволяет формировать не только транзисторы и диоды, но и другие элементы (в т. ч. резисторы и конденсаторы).

В 1959 году Мартин Аттала из Bell Labs предложил выращивать затворы полевых транзисторов из двуокиси кремния. Его работы не нашли коммерческого применения в Bell Labs, зато предложенная им МОП-технология (металл-окисел-полупроводник) получила развитие в стенах Fairchild Semiconductor. В 1963 году Чи-Тан Са и Фрэнк Вонласс изобрели технологию КМОП (комплементарная структура металл-окисел-полупроводник), которая позволила получать на одной подложке как n-канальные, так и p-канальные транзисторы. Сегодня примерно 99% всех логических микросхем, в том числе микропроцессоров, используют схемотехнику КМОП.

К сожалению, в начале шестидесятых в Fairchild Semiconductor начались внутрикорпоративные конфликты, которые привели к проблемам с управлением и потере ключевых сотрудников. К 1967 году компания утратила лидерство, уступив первое место на рынке своему самому заклятому сопернику — Texas Instruments.

Компанию хотели назвать Moore Noyce, но потом от этой идеи отказались, поскольку по-английски это название на слух практически неотличимо от more noise («больше шума»).

В том же году Мур и его коллега по «вероломной восьмёрке» Роберт Нойс (известный как один из изобретателей интегральной микросхемы) приняли решение покинуть Fairchild Semiconductor и основать собственную компанию. Изначально её хотели назвать Moore Noyce, но потом от этой идеи отказались, поскольку по-английски это название на слух практически неотличимо от more noise («больше шума»). В итоге компанию назвали сначала NM Electronics, а в 1968 году переименовали в Intel (сокращение от INTegrated ELectronics). Интересный факт: слово Intel на тот момент было зарегистрированной торговой маркой сети гостиниц Intelco, так что Муру и Нойсу пришлось выкупать права на использование данного названия.

Федерико Фаджин, разработчик первого в мире микропроцессора

Первой продукцией Intel были микросхемы памяти (как ОЗУ, так и ПЗУ), а также различного рода логические элементы (вроде логических инверторов). В 1970 году к Intel присоединился Федерико Фаджин, который ранее также работал в Fairchild Semiconductor и изобрёл самосовмещённую технологию производства чипов (при этом затвор используется не только как конструктивный элемент, но и как маска при получении сток-истоковых областей транзистора, что позволяет ускорить производство, улучшить характеристики микросхемы и понизить процент производственного брака). Под его руководством в 1971 был выпущен первый в мире микропроцессор, получивший название Intel 4004.

Intel 4004 — первый в мире микропроцессор

Intel 4004 стал первым процессором, все функции которого были интегрированы в одном чипе. Вместе с набором микросхем MCS-4, включавшим также ОЗУ, ПЗУ и сдвиговый регистр, он мог использоваться для создания универсальных микрокомпьютеров. Первым коммерческим применением Intel 4004 и MCS-4 стал программируемый калькулятор 141-PF японской компании Busicom (по заказу которой микропроцессор и разрабатывался).

По сегодняшним меркам Intel 4004 способен вызвать разве что улыбку. Он состоял из 2300 транзисторов и работал на максимальной тактовой частоте 740 кГц. Из-за необходимости «уложиться» в минимально возможное количество ножек процессора (16), одна и та же 4-битная шина использовалась для обмена 12-битными адресами и 4-битными словами данных. Хотя Intel 4004 считается 4-битным микропроцессором, его набор команд состоял из 8- и 16-битных инструкций.

Процессор Intel 8080 стал основой первых
успешных микрокомпьютеров

В 1970 году Intel заключила с компанией CTC контракт на разработку процессора для терминального клиента Datapoint 2200. Однако к тому моменту, когда разработка была завершена, CTC успела пересмотреть свои планы, так что процессор (известный под кодовым названием «проект 1201») уже не отвечал их требованиям к производительности. Вместо оплаты контракта CTC приняла решение передать Intel все права на новый микропроцессор, который вышел на рынок в 1972 году под названием Intel 8008. В отличие от i4004, i8008 имел ширину шины данных 8 бит, что потребовало увеличения количества ножек с 16 до 18. Однако одна шина по-прежнему использовалась для обмена как данными, так и адресами, что заметно ограничивало производительность процессора. Эта проблема была решена только в процессоре Intel 8080, который вышел на рынок в 1974 году и сразу же стал хитом. В частности, именно на его основе был построен первый коммерчески успешный микрокомпьютер MITS Altair 8800, а разработанная для Altair операционная система CP/M была в 1970-е годы таким же индустриальным стандартом, каким в 1980-е стала MS-DOS. Intel 8080 считается прямым предшественником процессора 8086, положившего начало знаменитому семейству x86.

Интересный факт: несмотря на то, что Intel 4004, 8008 и 8080 были ключевыми вехами для микроэлектронной индустрии, они не были успешными продуктами с точки зрения продаж и выручки. После завершения работы над процессором 8086 компания Intel начала беспрецедентную (на тот момент) кампанию по продвижению своих микропроцессоров. Главным результатом этой кампании стал тот факт, что IBM выбрала 8088 (удешевлённую версию 8086 с 8-битной шиной данных) в качестве центрального процессора для компьютера IBM 5150, более известного как IBM PC. Поскольку внутренние правила IBM не позволяли покупать компоненты, доступные только у одного поставщика, Intel была вынуждена лицензировать 8088 другим производителям, в частности, AMD. Ситуация повторилась позже с процессором 80286.

Кристалл процессора Intel 8088,
который был сердцем IBM PC и IBM PC/XT

В 1985 году Intel представила первый 32-битный микропроцессор семейства x86 — 80386. На этот раз компания приняла решение не лицензировать его конкурентам. Вместо этого Intel начала производство 80386 на трёх разных фабриках: в Аризоне, Орегоне и Калифорнии. Энди Гроуву удалось убедить заказчиков, что этого будет достаточно для обеспечения бесперебойных поставок процессора. Огромный успех вышедшего в 1986 году компьютера Compaq Deskpro 386 сделал Intel ключевым поставщиком процессоров для PC-индустрии, а выпуск в 1989 году процессора 80486 окончательно подтвердил этот статус.

Pentium стал первым процессором Intel, получившим собственное имя

Следующим этапом борьбы Intel с производителями процессоров-клонов стал выпуск в 1993 году процессора пятого поколения под торговой маркой Pentium (поскольку в 1990 году суд постановил, что числовые обозначения, вроде 386 или 486, не могут быть торговыми марками). Pentium стал первым процессором Intel, использовавшим суперскалярную архитектуру: в определённых ситуациях он мог выполнять сразу несколько инструкций за цикл. Pentium стал первым процессором Intel с производительностью более 100 MIPS (миллионов инструкций в секунду) и первым процессором семейства x86, который превосходил по производительности самые быстрые RISC-процессоры, существовавшие на тот момент. К слову, производители процессоров-клонов (такие, как AMD и Cyrix) смогли догнать Pentium по быстродействию только тогда, когда Intel уже перешла к выпуску процессоров следующего поколения, использующих микроархитектуру P6.