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1965 schlug Gordon Moore vor, die Anzahl der Transistoren auf einem Siliziumchip jedes Jahr zu verdoppeln. Das Moore'sche Gesetz, wie es heute bekannt ist, erwies sich als prophetisch für das exponentielle Wachstum der Rechenleistung, das einen Großteil der modernen Welt ermöglichte.
Ab 2010 brach jedoch das Mooresche Gesetz zusammen und viele fragen sich heute, ob unser Zeitalter des beispiellosen Wachstums zu Ende geht.
Ein kleiner Transistor
Gordon Moore ist Mitbegründer der Intel Corporation und einer der Männer, die maßgeblich für das Computerzeitalter verantwortlich sind.
Seine Arbeit mit dem Siliziumtransistor begann 1956, als er für den Erfinder des Transistors, William Shockley, arbeitete und seitdem untrennbar mit dem Transistor verbunden ist.
Ein Transistor erzeugt, verstärkt und leitet ein elektrisches Signal unter Verwendung von drei Leitungen, einer Source, einem Gate und einem Drain.
Wenn eine Spannung an die Gate-Leitung angelegt wird, kann ein an der Source-Leitung eingehender Strom zur Drain-Leitung fließen. Nehmen Sie die Spannung von der Gate-Leitung weg und der Strom kann nicht durchfließen.
Dies führt zu einer Möglichkeit, die logischen Werte 1 und 0 in Bezug auf den Computer zu berechnen, basierend darauf, ob an das Gate und die Source-Leitungen eine Spannung angelegt wird.
Verbinden Sie die Drain-Leitung eines Transistors mit der Source-Leitung oder der Gate-Leitung eines anderen Transistors, und plötzlich können Sie unglaublich komplexe Logiksysteme herstellen.
Vergleichbar Für das Neuron des menschlichen Gehirns ist dieses Netzwerk von Transistoren für die Funktion fast aller modernen Geräte verantwortlich, vom digitalen Wecker bis zum Supercomputer.
Und je mehr Transistoren auf einen Chip passen, desto rechenintensiver wird dieses Netzwerk.
Als Moore gebeten wurde, ein Papier an die Zeitschrift zu senden Elektronik Er prognostizierte die Zukunft der Technologie und überprüfte die Daten zur Produktion von Siliziumchips durch Fairchild.
Er stellte fest, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Siliziumchip jedes Jahr verdoppelte und schlug in seiner Arbeit in vor Elektronik dass diese Wachstumsrate anhält und später 1975 alle zwei Jahre zu einer konservativeren Verdoppelung revidiert wird.
Obwohl dies kein Gesetz im mathematischen Sinne ist, hat sich das Moore'sche Gesetz bestätigt: Ungefähr alle 18 Monate wäre ein Transistor halb so groß wie der Stromtransistor.
Dies bedeutete, dass mehr Transistoren in einen Chip gepackt werden konnten, was das exponentielle Wachstum der Rechenleistung für die nächsten 40 Jahre vorantrieb.
Warum bricht Moores Gesetz zusammen?
Es gibt drei Hauptfaktoren trägt zur Verlangsamung des Wachstums der Prozessorleistung bei und ist miteinander verbunden.
Erstens haben Sie eine elektrische Leckage. Als die Transistoren jahrzehntelang kleiner wurden, wurden sie energieeffizienter.
Jetzt sind sie jedoch so klein geworden, so klein wie 10 Nanometer dass der Kanal, der den elektrischen Strom durch den Transistor führt, ihn nicht immer enthalten kann.
Dies erzeugt Wärme, die die Transistoren schneller abnutzen und sie noch anfälliger für Leckagen machen kann.
Die Wärme ist jedoch nicht nur auf einen Transistor beschränkt.
Milliarden von undichten Transistoren können die Integrität des gesamten Chips ernsthaft gefährden. Daher muss der Prozessor die aufgenommene Spannung reduzieren oder die Anzahl der verwendeten Transistoren drosseln, um eine Überhitzung zu vermeiden und die Verarbeitungsleistung des Chips zu begrenzen.
Schließlich gibt es den dritten Streik gegen Moores Gesetz: Wirtschaft.
Wenn sich die Anzahl der Transistoren verdoppelt, erhöht sich auch die Wärmemenge, die sie erzeugen können. Die Kosten für die Kühlung sind hoch. Serverräume wird für viele Unternehmen, die die größten Käufer der fortschrittlichsten Verarbeitungs-Chips sind, immer unhaltbarer.
As Unternehmen Versuchen Sie, die Lebensdauer und Leistung ihrer aktuellen Geräte zu verlängern, um Geld zu sparen. Chiphersteller, die für die Einhaltung des Mooreschen Gesetzes verantwortlich sind, bringen weniger Einnahmen für F & E ein - was selbst immer teurer wird.
Ohne diese zusätzlichen Einnahmen wird es viel schwieriger, alle physikalischen Hindernisse für das weitere Schrumpfen der Transistoren zu überwinden.
Es sind also möglicherweise nicht die physischen Herausforderungen, die das Mooresche Gesetz beenden, sondern einfach die mangelnde Nachfrage nach kleineren Transistoren.
Fortschritt mit anderen Mitteln
Chiphersteller und Hersteller kennen diese Herausforderung für das Mooresche Gesetz seit mindestens einem Jahrzehnt.
Als solche haben sie Wege gefunden, um das Wachstum der Rechenleistung fortzusetzen, ohne sich alle zwei Jahre ausschließlich auf kleinere Transistoren verlassen zu müssen.
Es gab Fortschritte bei alternativen Modellen für Transistoren, die vielversprechend waren.
Sowohl Multigate- als auch Tri-Gate-Transistormodelle bieten Möglichkeiten, das Moore-Gesetz für einige Zeit zu erweitern, und werden bereits in vielen elektronischen Geräten verwendet.
Aber alles, was diese tun können, ist die effektive Lebensdauer von Moores Gesetz zu verlängern.
Einer der frühesten und effektivsten Ansätze für dieses Problem war die Einführung von Multiprozessor- und Multicore-Architekturen.
Wenn Sie mehr Leistung von einem Chip wünschen, der an seine Kapazitätsgrenzen gestoßen ist, verwenden Sie zwei oder mehr Chips anstelle von einem, und Sie können Ihre Verarbeitungsleistung weiter erhöhen, allerdings zu höheren Stromverbrauchskosten.
Multicore-Systeme verwenden mittlerweile ein Prozessordesign, das mehrere Ausführungskerne in einem einzigen Prozessor enthält.
Jeder Kern ist weniger leistungsstark als das Single-Core-Design der vorherigen Generation, aber mehrere kleinere Chips können gleichzeitig und effizienter verwendet werden und erhöhen die Rechenleistung effektiv.
Moores Gesetz ist tot. Es lebe Moores Gesetz!
Das Ende von Moores Gesetz, wie wir es kennen immer unvermeidlich . Es gibt eine physikalische Grenze für das, was auf einen Siliziumchip passen kann, wenn Sie anfangen, mit Nanometern zu arbeiten.
Wenn Sie kleiner werden, beginnen Sie mit subatomaren Partikeln, die Sie sofort in den Bereich des Quantencomputers versetzen, in den wir bereits unterwegs sind.
Eines Tages, nachdem der Transistor an drei Atomen und einem Elektron hängen geblieben ist, wird jemand bemerken, dass die Rechenleistung neuerer Transistorformen schnell voranschreitet.
molekular , DNA oder Spintronic Transistoren scheinen dort anzuhalten, wo Silizium aufgehört hat, und Moores Gesetz wird aus dem Ruhestand gebracht, bis das Quantencomputing Diskussionen über Grenzwerte irrelevant macht.
Letztendlich hat dies weniger mit Transistoren zu tun als mit uns als Gesellschaft. Unsere Hoffnung und Erwartungen für den Fortschritt werden nicht mit der letzten Generation von Siliziumtransistoren enden, weil wir es nicht zulassen.
Wir werden einen Weg finden, Moores Gesetz für alles, was danach kommt, zurückzubringen, nur weil wir wollen, dass es wahr ist.
Via : Zeit