Закон Мура - фундаментальное правило развития вычислительной техники. Оно позволило предсказать темпы роста мощности компьютеров и масштабы цифровой революции. Но сегодня актуальность закона под вопросом. Давайте разберемся в его сути, формулировках, трактовках и возможностях практического применения.
История открытия закона Мура (1965 год)
В 1965 году один из основателей корпорации Intel Гордон Мур сделал важное наблюдение. Анализируя тенденции в производстве интегральных схем, он заметил, что количество транзисторов на кристалле удваивается каждый год. Это эмпирическое правило вошло в историю как закон Мура.
Первоначально Мур предсказал, что к 1975 году количество транзисторов вырастет до 65 тысяч с 64 в 1965 году. Однако в 1975 году на конференции IEDM он скорректировал свой прогноз - теперь речь шла об удвоении раз в два года. Эту формулировку и закрепил термин "закон Мура", предложенный профессором Карвером Мидом.
Суть закона Мура
В общем виде закон Мура гласит, что количество транзисторов в интегральных схемах удваивается примерно каждые два года. Это приводит к экспоненциальному росту вычислительных мощностей компьютеров при одновременном снижении их стоимости.
За счет миниатюризации транзисторов их можно размещать на кристалле все больше и больше. А чем их больше, тем выше производительность чипа. При этом себестоимость производства одного транзистора снижается. В итоге новые поколения вычислительной техники становятся дешевле и доступнее.
Как работал закон Мура (примеры)
На практике закон Мура блестяще подтверждался на протяжении десятилетий. Давайте посмотрим на динамику роста числа транзисторов в процессорах Intel:
- 1971 год - 2 300 транзисторов в Intel 4004
- 1978 год - 29 000 транзисторов в Intel 8086
- 1982 год - 120 000 транзисторов
- 1985 год - 275 000 транзисторов
- 1993 год - 3 млн транзисторов в Pentium
- 2002 год - 1,72 млрд транзисторов в Itanium Montecito
Видно, что рост в целом соответствовал удвоению примерно каждые 2 года. А размеры самих транзисторов сокращались с 20 микрон до единиц нанометров.
Благодаря этому росла не только плотность размещения, но и тактовая частота процессоров. А это напрямую влияло на быстродействие компьютеров.
Формулировка закона Мура
Изначально в 1965 году закон Мура гласил, что количество транзисторов в чипах удваивается каждый год. Но в 1975-м автор скорректировал прогноз до удвоения раз в два года.
В более общем виде закон Мура формулируется так:
Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается примерно каждые 24 месяца.
Это эмпирическое наблюдение, которое со временем обросло множеством трактовок и интерпретаций.
Например, закон стали применять не только к транзисторам, но и к другим характеристикам: производительности процессоров, объемам памяти, разрешению дисплеев и так далее.
Критика и сомнения в актуальности закона Мура
Несмотря на многочисленные подтверждения на практике, со временем в отношении закона Мура стали высказываться критика и сомнения. С чем это связано?
Во-первых, с развитием нанотехнологий стали все острее проявляться физические ограничения. Ведь нельзя до бесконечности уменьшать размер транзисторов.
Во-вторых, после 2000-х годов темпы роста числа транзисторов замедлились. Это не вполне соответствовало изначальной формулировке закона.
В-третьих, производители стали переходить на многоядерные процессоры. А для эффективного использования их мощности требовалось специально оптимизировать программы.
Альтернативы закону Мура
Учитывая расхождения теории и практики, стали предлагаться альтернативные формулировки, получившие общее название "антимуровский закон". Согласно им, после 2010 года темпы роста замедлились.
Чтобы сохранить рост производительности, производители чипов ищут новые подходы:
- Применение новых материалов
- Усовершенствование архитектуры чипов
- Разработка специализированных решений под конкретные задачи
Ведутся также исследования по созданию альтернатив кремниевым чипам, например, на основе графена.
Практическое значение закона Мура
Несмотря на критику, закон Мура для компьютерной техники по-прежнему имеет большое практическое значение. Он позволяет:
- Прогнозировать развитие отрасли на годы вперед при планировании
- Устанавливать разумные сроки морального устаревания продуктов
- Стимулировать постоянный поиск инновационных решений
Благодаря закону Мура компании закладывают определенные ожидания по росту производительности компьютерной техники. И стараются им соответствовать.
Будущее закона Мура
Что же ждет закон Мура в будущем? Прогнозы разнятся. По оценкам Intel, "жизнь" закона может быть продлена на 10-15 лет за счет новых технологий. Однако рано или поздно рост должен остановиться из-за физических ограничений.
В любом случае, закон Мура сыграл огромную роль в развитии IT-индустрии. И поиск новых решений для сохранения темпов роста производительности продолжается.
Примеры практического использования закона Мура
Рассмотрим конкретные примеры того, как закон Мура применяется на практике в IT-индустрии.
Планирование жизненных циклов продуктов
Компании, производящие электронику, используют закон Мура для планирования сроков вывода продуктов на рынок и их последующей замены. Например, если предполагается, что производительность чипов будет расти на 30% в год, то через 2-3 года вычислительная мощность удвоится. Значит, оптимально выводить новое поколение продуктов примерно каждые 2-3 года.
Определение целевых характеристик
Закон Мура позволяет ориентироваться на конкретные целевые показатели при разработке новых чипов и процессоров. Например, если предыдущее поколение имело 10 млрд транзисторов, то следующее логично спроектировать на 20 млрд.
Прогнозирование потребности в вычислительных мощностях
IT-компании применяют закон Мура для прогнозирования объемов необходимых вычислительных мощностей. Если требования к обработке данных растут на 50% в год, а производительность чипов удваивается каждые 2 года, то потребность в новых серверах можно рассчитать.
Бенчмаркинг конкурентов
Закон Мура используют для сравнения собственных разработок с достижениями конкурентов. Если у конкурента чип с 5 млрд транзисторов, а у нас только 2 млрд, значит отставание по техпроцессу составляет примерно 2 года.
Мотивация инженеров
Закон Мура создает определенные ожидания технического прогресса. Это мотивирует инженеров вести разработки такими темпами, чтобы соответствовать общей тенденции. В противном случае компания рискует оказаться не конкурентоспособной.
Ограничения закона Мура
Несмотря на широкое применение, у закона Мура есть и определенные ограничения, о которых важно помнить:
- Не универсальный закон, а эмпирическое наблюдение
- Работает только для цифровых технологий
- Не учитывает прорывные изобретения, которые меняют парадигму
- Имеет физические и технологические пределы
Влияние закона Мура на ценообразование в IT-индустрии
Одним из важных практических следствий закона Мура стало постоянное снижение стоимости вычислительных мощностей. Рассмотрим, как это повлияло на ценообразование в сфере информационных технологий.
Снижение стоимости комплектующих ПК
Благодаря удешевлению процессоров, оперативной памяти и накопителей, себестоимость десктопов и ноутбуков постоянно снижается. Это делает ПК более доступными для массового потребителя.
Падение цен на данные и трафик
Увеличение емкости накопителей привело к резкому снижению стоимости хранения данных. А рост пропускной способности сетей - к падению цен на интернет-трафик. Это позволило развиваться облачным сервисам.
Дешевизна вычислительных мощностей в облаке
Облачные провайдеры могут предлагать дешевый доступ к вычислительным ресурсам за счет масштаба и использования самых современных серверов. Это делает облака привлекательной альтернативой собственным дата-центрам.
Снижение стоимости ПО и приложений
Падение затрат на аппаратное обеспечение позволяет снижать цены и на программные продукты. Появляется возможность предлагать приложения по модели SaaS с невысокой ежемесячной оплатой.
Дешевеющая электроника массового спроса
Закон Мура действует не только в сфере компьютеров. Снижение стоимости микросхем, процессоров и памяти приводит к постоянному удешевлению всей бытовой электроники - от смартфонов до телевизоров.
Перспективы развития закона Мура
Несмотря на ряд ограничений, прогностический потенциал закона Мура все еще высок. Рассмотрим возможные направления его развития и совершенствования.
