Almas Parsi
18th July 2013, 12:46 PM
http://narenji.ir/sites/default/files/articleimage/1/13/910628-www-narenji-ir-moore-s-law_11_2.jpg
قانون مور، قسمت سوم: یک هدف در صنعت و پیش بینی آینده بازار (http://narenji.ir/8656-%D9%82%D8%A7%D9%86%D9%88%D9%86-%D9%85%D9%88%D8%B1-%D9%87%D8%AF%D9%81-%D8%B5%D9%86%D8%B9%D8%AA-%D9%BE%DB%8C%D8%B4-%D8%A8%DB%8C%D9%86%DB%8C-%D8%A2%DB%8C%D9%86%D8%AF%D9%87-%D8%A8%D8%A7%D8%B2%D8%A7%D8%B1)
منبع : نارنجی
همین چند سال پیش زمانی که اولین هاردهای اکسترنال ۶۰ گیگابایتی به بازار ایران آمدند، آیا فکر می کردید ظرف چند سال گنجایش آنها به یک ترا بایت برسد و روز به روز نیز افزایش یابد؟ آیا می توانستید چنین سرعت پیشرفتی را پیش بینی کنید؟ آیا می توانید پیش بینی کنید، تا چند سال آینده گنجایش آنها چقدر می شود؟ برای جواب به این سوالات کافی است «قانون مور» را بدانید.
قانون مور، قانونی برای پیش بینی میزان پیشرفت در تکنولوژی است. بر اساس این قانون در بازه های زمانی مشخص (مثلا هر ۱۸ ماه) میزان پردازش پردازنده ها، گنجایش حافظه ها، حساسیت حسگرها، پیکسل های دوربین ها و هر تکنولوژی دیگری دو برابر می شود.
در قسمت سوم این مقاله به قانون دوم مور به عنوان یک مانع برای پیشرفت می پردازیم. در ادامه نیز راجع به اختراعات بزرگی که موجب ادامه یافتن قانون مور پس از ۵۰ سال شده اند، توضیح می دهیم.
قانون دوم مور
گرچه هزینه های سخت افزار کامپیوترها برای خریداران کاهش می یابد، اما از طرف دیگر هزینه برای تولید کنندگانی که می خواهند مطابق با قانون مور پیشرفت کنند، افزایش خواهد یافت. زیرا هزینه های قسمت های تحقیق و توسعه (R&D = Research And Development)، تولید و تست، به طور ثابت در هر نسخه جدیدتر، افزایش می یابد. افزایش هزینه های تولید یکی از نکات مهم در قانون مور است و عدم توجه به آن ممکن است سرعت رشد را کاهش دهد. به دلیل اهمیت این موضوع، «افزایش هزینه های تولید به مرور زمان» را به نام «قانون دوم مور» مشهور به قانون راک نام گذاری کرده اند. این قانون می گوید هزینه تولید محصولات نیمه رسانا نیز به صورت تصاعدی افزایش می یابد.
توجه کنید که قیمت همه چیز طبق قانون مور به مرور زمان کاهش نمی یابد. مواد لازم برای تکنولوژی های رو به رشد (مانند photoresists و پلیمرها و مواد شیمیایی صنعتی) از منابع طبیعی مانند پترولیوم (نفت خام) استخراج می شوند و قیمت این مواد اولیه، به مرور زمان پایین نمی آید. البته قیمت photoresists (ماده ای حساس به نور که در صنعت فوتولیتوگرافی استفاده می شود) با آسان و ارزان شدن تدریجی حمل و نقل به آرامی در حال کاهش است، اما در کوتاه مدت همچنان خطر افزایش قیمت وجود دارد.
اختراعات بزرگ در تکنولوژی مدارات مجتمع
نوآوری های بیشمار دانشمندان و مهندسان باعث پابرجا ماندن قانون مور از ابتدا تاکنون شده است. حتما دوست دارید که لیست مفصل این اختراعات را ببینید. در زیر چند مورد از مهمترین آنها را که با ایجاد یک پیشرفت وسیع نقش مهمی در بهبود تکنولوژی مدارات مجتمع داشته اند را آورده ایم. پیشرفتی بیش از ۱۰ میلیون برابر در کمتر از ۵ دهه.
اختراع خود مدار مجتمع
مهمترین پیشرفت و دلیل وجودی قانون مور، اختراع خود مدار مجتمع (integrated circuit) بود که توسط Jack Kilby از Texas Instruments و Robert Noyce از شرکت اینتل انجام گردید.
CMOS
اختراع نیمه رساناهای متال اکساید (metal–oxide–semiconductor = CMOS) توسط Frank Wanlass در سال ۱۹۶۳. پس از اختراع اولیه بهبودهای کوچک فراوانی توسط کسانی که روی نیمه رساناها کار می کردند روی CMOS داده شد، اشخاصی از جمله خود Wanlass که در نهایت باعث شدند، امروزه مدارات مجتمعی بی نهایت فشرده و با کارایی بالا داشته باشیم.
DRAM
اختراع تکنولوژی DRAM بوسیله Robert Dennard از آی بی ام به سال ۱۹۶۷.
توضیح: DRAM یا dynamic random access memory، همان رم های معمولی هستند که در کامپیوترها، workstations و کنسول های پلی استیشن و ایکس باکس بکار برده می شوند. در مقابل SRAM یا static random access memory است که گرچه سرعت آن بیشتر از DRAM می باشد، اما بعلت اینکه فشردگی مدارات مجتمع در آن کمتر از DRAM است، قیمت تمام شده آن بیشتر می شود و فقط برای بعضی قسمت های خاص کامپیوتر مانند حافظه کش و بافر هارد دیسک استفاده می شوند.
کشف DRAM باعث شد سلول های حافظه تک ترانزیستوری تولید شوند. بعد از این کشف اولیه، بار دیگر محققان مطرح جهانی روی آن کار کردند و بهبودهای زیادی در آن ایجاد کردند (آن را بسیار بهینه کردند). با پیشرفت فشرده سازی، هزینه تولید کاهش یافت و مموری هایی با گنجایش های عظیم تولید شد.
توضیح: گفتیم که هر چه فشرده سازی بیشتر شود، قیمت تمام شده کاهش می یابد. برای توضیح بهتر یک مثال ساده می زنیم که شاید چندان علمی نباشد:
فرض کنید قبلا برای تولید یک مموری یک گیگابایتی به ۲۰ سانتی متر مواد اولیه نیاز بود، با پیشرفت فشردگی و تولید یک گیگابایت روی ۱۰ سانتی متر مواد اولیه، هزینه مواد اولیه نصف و در نهایت قیمت نهایی کالا نیز کاهش می یابد.
اختراع لیزر excimer ماورای بنفش عمیق
اختراع لیزر فوتولیتوگرافی ماورای بنفش عمیق، توسط Kanti Jain در آی بی ام به سال ۱۹۸۲، که تولیدکنندگان را قادر ساخت، اندازه مدارات مجتمع را، از ۵۰۰ نانومتر در سال ۱۹۹۰ به ۳۲ نانومتر در سال ۲۰۱۱ کاهش دهند.
پس از کشف اولیه، ادامه روند پیشرفت در ابزارهای ساخته شده توسط لیزر فوتولیتوگرافی اکسکلیمر (excimer) بوسیله محققان و شرکت ها ادامه خواهد یافت و انتظار داریم که در این دهه چیپ های باز هم فشرده تر تا ۱۰ نانومتر ساخته شوند. اگر از کمی دورتر به قضایا نگاه کنیم، می بینیم که از زمان اختراع لیزر در سال ۱۹۶۰، انجام لیتوگرافی با لیزر اکسکلیمر یکی از مهمترین دستاوردها در تاریخ ۵۰ ساله لیزر به شمار می رود.
نقشه راه تکنولوژی صنعت کامپیوترها (سال ۲۰۰۱) پیش بینی کرد که قانون مور برای چیپ ها در چندین نسل آینده نیز ادامه خواهد یافت. به این ترتیب، کارایی در چیپ ها هر ۱۸ ماه یک بار ۲ برابر خواهد شد. در این صورت، کارایی در یک دهه ۱۰۰ برابر خواهد شد.
نقشه راه تکنولوژی صنعت نیمه رساناها، از فرمول دو برابر شدن به ازای هر ۳ سال در میکروپردازنده ها استفاده می کند. بر این اساس نیز ده برابر افزایش تا دهه آینده خواهیم داشت (هر سه سال ۲ برابر. ۹ سال به ۳ بازه سه ساله تقسیم می شود. پس میزان پیشرفت = ۲ به توان ۳ = ۸ برابر است). شرکت اینتل در سال ۲۰۰۵ اعلام کرد که کاهش اندازه چیپ های سیلیکونی به صورت مقرون به صرفه تا دهه آینده همچنان ادامه خواهد یافت و در سال ۲۰۰۸ این شرکت پیش بینی خود را تا سال ۲۰۲۹ افزایش داد.
در قسمت چهارم ضمن نگاه به آینده صنعت نیمه رساناها، به سیاست «تیک تاک» در پیشرفت تکنولوژی می پردازیم.
قانون مور، قسمت سوم: یک هدف در صنعت و پیش بینی آینده بازار (http://narenji.ir/8656-%D9%82%D8%A7%D9%86%D9%88%D9%86-%D9%85%D9%88%D8%B1-%D9%87%D8%AF%D9%81-%D8%B5%D9%86%D8%B9%D8%AA-%D9%BE%DB%8C%D8%B4-%D8%A8%DB%8C%D9%86%DB%8C-%D8%A2%DB%8C%D9%86%D8%AF%D9%87-%D8%A8%D8%A7%D8%B2%D8%A7%D8%B1)
منبع : نارنجی
همین چند سال پیش زمانی که اولین هاردهای اکسترنال ۶۰ گیگابایتی به بازار ایران آمدند، آیا فکر می کردید ظرف چند سال گنجایش آنها به یک ترا بایت برسد و روز به روز نیز افزایش یابد؟ آیا می توانستید چنین سرعت پیشرفتی را پیش بینی کنید؟ آیا می توانید پیش بینی کنید، تا چند سال آینده گنجایش آنها چقدر می شود؟ برای جواب به این سوالات کافی است «قانون مور» را بدانید.
قانون مور، قانونی برای پیش بینی میزان پیشرفت در تکنولوژی است. بر اساس این قانون در بازه های زمانی مشخص (مثلا هر ۱۸ ماه) میزان پردازش پردازنده ها، گنجایش حافظه ها، حساسیت حسگرها، پیکسل های دوربین ها و هر تکنولوژی دیگری دو برابر می شود.
در قسمت سوم این مقاله به قانون دوم مور به عنوان یک مانع برای پیشرفت می پردازیم. در ادامه نیز راجع به اختراعات بزرگی که موجب ادامه یافتن قانون مور پس از ۵۰ سال شده اند، توضیح می دهیم.
قانون دوم مور
گرچه هزینه های سخت افزار کامپیوترها برای خریداران کاهش می یابد، اما از طرف دیگر هزینه برای تولید کنندگانی که می خواهند مطابق با قانون مور پیشرفت کنند، افزایش خواهد یافت. زیرا هزینه های قسمت های تحقیق و توسعه (R&D = Research And Development)، تولید و تست، به طور ثابت در هر نسخه جدیدتر، افزایش می یابد. افزایش هزینه های تولید یکی از نکات مهم در قانون مور است و عدم توجه به آن ممکن است سرعت رشد را کاهش دهد. به دلیل اهمیت این موضوع، «افزایش هزینه های تولید به مرور زمان» را به نام «قانون دوم مور» مشهور به قانون راک نام گذاری کرده اند. این قانون می گوید هزینه تولید محصولات نیمه رسانا نیز به صورت تصاعدی افزایش می یابد.
توجه کنید که قیمت همه چیز طبق قانون مور به مرور زمان کاهش نمی یابد. مواد لازم برای تکنولوژی های رو به رشد (مانند photoresists و پلیمرها و مواد شیمیایی صنعتی) از منابع طبیعی مانند پترولیوم (نفت خام) استخراج می شوند و قیمت این مواد اولیه، به مرور زمان پایین نمی آید. البته قیمت photoresists (ماده ای حساس به نور که در صنعت فوتولیتوگرافی استفاده می شود) با آسان و ارزان شدن تدریجی حمل و نقل به آرامی در حال کاهش است، اما در کوتاه مدت همچنان خطر افزایش قیمت وجود دارد.
اختراعات بزرگ در تکنولوژی مدارات مجتمع
نوآوری های بیشمار دانشمندان و مهندسان باعث پابرجا ماندن قانون مور از ابتدا تاکنون شده است. حتما دوست دارید که لیست مفصل این اختراعات را ببینید. در زیر چند مورد از مهمترین آنها را که با ایجاد یک پیشرفت وسیع نقش مهمی در بهبود تکنولوژی مدارات مجتمع داشته اند را آورده ایم. پیشرفتی بیش از ۱۰ میلیون برابر در کمتر از ۵ دهه.
اختراع خود مدار مجتمع
مهمترین پیشرفت و دلیل وجودی قانون مور، اختراع خود مدار مجتمع (integrated circuit) بود که توسط Jack Kilby از Texas Instruments و Robert Noyce از شرکت اینتل انجام گردید.
CMOS
اختراع نیمه رساناهای متال اکساید (metal–oxide–semiconductor = CMOS) توسط Frank Wanlass در سال ۱۹۶۳. پس از اختراع اولیه بهبودهای کوچک فراوانی توسط کسانی که روی نیمه رساناها کار می کردند روی CMOS داده شد، اشخاصی از جمله خود Wanlass که در نهایت باعث شدند، امروزه مدارات مجتمعی بی نهایت فشرده و با کارایی بالا داشته باشیم.
DRAM
اختراع تکنولوژی DRAM بوسیله Robert Dennard از آی بی ام به سال ۱۹۶۷.
توضیح: DRAM یا dynamic random access memory، همان رم های معمولی هستند که در کامپیوترها، workstations و کنسول های پلی استیشن و ایکس باکس بکار برده می شوند. در مقابل SRAM یا static random access memory است که گرچه سرعت آن بیشتر از DRAM می باشد، اما بعلت اینکه فشردگی مدارات مجتمع در آن کمتر از DRAM است، قیمت تمام شده آن بیشتر می شود و فقط برای بعضی قسمت های خاص کامپیوتر مانند حافظه کش و بافر هارد دیسک استفاده می شوند.
کشف DRAM باعث شد سلول های حافظه تک ترانزیستوری تولید شوند. بعد از این کشف اولیه، بار دیگر محققان مطرح جهانی روی آن کار کردند و بهبودهای زیادی در آن ایجاد کردند (آن را بسیار بهینه کردند). با پیشرفت فشرده سازی، هزینه تولید کاهش یافت و مموری هایی با گنجایش های عظیم تولید شد.
توضیح: گفتیم که هر چه فشرده سازی بیشتر شود، قیمت تمام شده کاهش می یابد. برای توضیح بهتر یک مثال ساده می زنیم که شاید چندان علمی نباشد:
فرض کنید قبلا برای تولید یک مموری یک گیگابایتی به ۲۰ سانتی متر مواد اولیه نیاز بود، با پیشرفت فشردگی و تولید یک گیگابایت روی ۱۰ سانتی متر مواد اولیه، هزینه مواد اولیه نصف و در نهایت قیمت نهایی کالا نیز کاهش می یابد.
اختراع لیزر excimer ماورای بنفش عمیق
اختراع لیزر فوتولیتوگرافی ماورای بنفش عمیق، توسط Kanti Jain در آی بی ام به سال ۱۹۸۲، که تولیدکنندگان را قادر ساخت، اندازه مدارات مجتمع را، از ۵۰۰ نانومتر در سال ۱۹۹۰ به ۳۲ نانومتر در سال ۲۰۱۱ کاهش دهند.
پس از کشف اولیه، ادامه روند پیشرفت در ابزارهای ساخته شده توسط لیزر فوتولیتوگرافی اکسکلیمر (excimer) بوسیله محققان و شرکت ها ادامه خواهد یافت و انتظار داریم که در این دهه چیپ های باز هم فشرده تر تا ۱۰ نانومتر ساخته شوند. اگر از کمی دورتر به قضایا نگاه کنیم، می بینیم که از زمان اختراع لیزر در سال ۱۹۶۰، انجام لیتوگرافی با لیزر اکسکلیمر یکی از مهمترین دستاوردها در تاریخ ۵۰ ساله لیزر به شمار می رود.
نقشه راه تکنولوژی صنعت کامپیوترها (سال ۲۰۰۱) پیش بینی کرد که قانون مور برای چیپ ها در چندین نسل آینده نیز ادامه خواهد یافت. به این ترتیب، کارایی در چیپ ها هر ۱۸ ماه یک بار ۲ برابر خواهد شد. در این صورت، کارایی در یک دهه ۱۰۰ برابر خواهد شد.
نقشه راه تکنولوژی صنعت نیمه رساناها، از فرمول دو برابر شدن به ازای هر ۳ سال در میکروپردازنده ها استفاده می کند. بر این اساس نیز ده برابر افزایش تا دهه آینده خواهیم داشت (هر سه سال ۲ برابر. ۹ سال به ۳ بازه سه ساله تقسیم می شود. پس میزان پیشرفت = ۲ به توان ۳ = ۸ برابر است). شرکت اینتل در سال ۲۰۰۵ اعلام کرد که کاهش اندازه چیپ های سیلیکونی به صورت مقرون به صرفه تا دهه آینده همچنان ادامه خواهد یافت و در سال ۲۰۰۸ این شرکت پیش بینی خود را تا سال ۲۰۲۹ افزایش داد.
در قسمت چهارم ضمن نگاه به آینده صنعت نیمه رساناها، به سیاست «تیک تاک» در پیشرفت تکنولوژی می پردازیم.