قانون مور، قسمت اول: آشنایی اولیه
قانون مور، قسمت اول: آشنایی اولیه
منبع : نارنجی
چند سال پیش زمانی که اولین هاردهای گیگابایتی به بازار 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.
قصد داریم در یک مقاله ۵ قسمتی به درک عمیقی از این قانون که ۵۰ سال است پابرجا مانده، برسیم. بیایید ببینیم قانونی که در ابتدا برای ترانزیستورها گفته شده بود، اکنون چگونه برای پیش بینی آینده بکار می رود. پس در ادامه با نارنجی باشید.
قانون مور نظریه ای راجع به رشد سخت افزارهای کامپیوتری است و می گوید تعداد ترانزیستورها در واحد سطح هر دو سال، دو برابر می شود. مدت این دو برابر شدن در بسیاری موارد ۱۸ ماه ذکر شده که بعلت اظهار نظر دیوید هاووس مدیر اجرایی شرکت اینتل است. وی گفته بود هر ۱۸ ماه یک بار کارایی (performance = بازده) چیپ های پردازنده دو برابر می شود (افزایش کارایی از دو طریق قابل انجام است: تعداد بیشتر ترانزیستور در واحد سطح و سرعت بیشتر خود ترانزیستورها).
قانون مور پس از توضیح داده شدن در مقاله ای که در سال ۱۹۶۵ توسط یکی از بنیان گذاران شرکت اینتل به نام گوردون مور (Gordon Earle Moore) منتشر شد، به نام او مشهور شد. مقاله به بررسی افزایش مداوم، پیوسته و منظم تعداد ترانزیستورها روی یک مدار مجتمع (transistors on integrated circuit) (مدار مجمتع یا IC) در هر سال از زمان اختراع اولین مدار مجتمع در سال ۱۹۵۸ تا ۱۹۶۵ پرداخته بود و پیش بینی کرده بود که این روند حداقل تا ۱۰ سال دیگر ادامه یابد. پیش بینی آقای مور به طرز غیرقابل باوری درست و دقیق از آب در آمد، به طوری که شرکت های نیمه رسانا شروع به استفاده از این قانون برای برنامه ریزی های آینده و درازمدت خود در قسمت
تحقیق و توسعه (research and development = R&D) کردند.
اما قانون مور محدود به پیش بینی تعداد ترانزیستورها باقی نماند. بسیاری از قابلیت های ابزارهای الکترونیکی قویا به این قانون وابسته هستند، از جمله: سرعت پردازنده ها، گنجایش حافظه، حساسیت حسگرها و حتی تعداد پیکسل ها در دروبین های دیجیتال. همه این موارد با رشدی تصاعدی (exponential) افزایش می یابند. (رشد حسابی مانند ۲ - ۴ - ۶ - ۸ - ۱۰ - … و رشد تصاعدی مانند ۲ - ۴ - ۸ - ۱۶ - ۳۲ - ۶۴ - …) این رشد تصاعدی، باعث پیشرفت های زیادی در صنعت الکترونیک، در دوره های زمانی مختلف اقتصاد جهانی شده است. قانون مور سرعت بالای رشد تکنولوژیک و تغییرات وسیع اجتماعی اواخر قرن ۲۰ و اوایل ۲۱ را به خوبی توضیح می دهد.
بیش از نیم قرن از عمر این قانون می گذرد و همچنان پیشرفت ها طبق آن ادامه دارند. تحلیل گران حدس می زنند که این قانون حداقل تا ۲۰۱۵ یا ۲۰۲۰ نیز ادامه یابد (دو برابر شدن پیشرفت های تکنولوژیک به صورت دوره ای ادامه یابد). البته مقایسه تکنولوژی های سال ۲۰۱۰ ثبت شده در نقشه راه تکنولوژی بین المللی نیمه رساناها (
International Technology Roadmap for Semiconductors) با تکنولوژی های پایان سال ۲۰۱۳ نشان داد که سرعت افزایش تعداد و فشردگی ترانزیستورها به نسبت «هر ۳ سال ۲ برابر» رسیده است (هر ۳ سال تعداد ترانزیستورها در واحد سطح دو برابر می شود، به عبارت دیگر فشردگی آنها دو برابر می شود).
تصویر بالا، طرحی از تعداد ترانزیستورهای پردازنده ها بر حسب تاریخ عرضه است. توجه کنید که مقیاس در خط عمودی (تعداد ترانزیستورها) به صورت تصاعدی افزایش می یابد. این طرح به خوبی نشان می دهد که تعداد ترانزیستورها در واحد سطح هر دو سال یک بار دو برابر می شود.
یک کامپیوتر پرتابل Osborne Executive سال ۱۹۸۲ با یک پردازنده ۴مگاهرتزی Zilog Z80 و یک آیفون ۲۰۰۷ شرکت اپل با پردازنده ۴۱۲ مگاهرتزی ARM11. وزن کامپیوتر ۱۰۰ برابر و اندازه آن نزدیک به ۵۰۰ برابر و قیمت آن حدود ۱۰ برابر بیشتر و سرعت کلاک پردازنده آن نیز یک صدم آیفون است.
تاریخچه
گوردون مور در سال ۲۰۰۶
واژه «قانون مور» در سال های ۱۹۷۰ توسط Carver Mead پروفسور انستیتو تکنولوژی کالیفورنیا (Caltech)، پیشگام
VLSI، برای استناد به مقاله گوردون مور گفته شد. پیش بینی برای افزایش قدرت کامپیوترها در قبل از آن سال ها نیز توسط سایرین انجام شده بود. برای مثال آلن تورنیگ در مقاله سال ۱۹۵۰ اش «هوش مصنوعی و ماشینی شدن محاسبات»، پیش بینی کرده که با تغییر هزاره (سال ۲۰۰۰) گنجایش ذخیره ای کامپیوترها حدود ۱۰ به توان ۹ خواهد بود (که ما به آن ۱۲۸ مگابایت می گوییم). از طرف دیگر، مور ممکن است سخن رانی ۱۹۶۰ Douglas Engelbart، یکی از بنیانگذاران موس های مکانیکی امروزی، راجع به روند رو به رشد کاهش اندازه مدارات مجتمع را شنیده باشد (و از آن ایده گرفته باشد). یک مقاله نیویورک تایمز در ۳۱ اگوست ۲۰۰۹ منتشر کرد که Engelbart این پیش بینی (بهبود روز افزون تکنولوژی) را در سال ۱۹۵۹ انجام داده است (مقاله مور سال ۱۹۶۵ منتشر شد).
در ۱۹ آوریل ۱۹۶۵ مقاله اولیه مور در Electronics Magazine منتشر شد. در این مقاله ذکر شدن بود که تعداد ترانزیستورها هر سال دو برابر می شود. بخشی از متن آن در زیر آمده است:
پیچیدگی (فشردگی ترانزیستورها) برای حداقل نگه داشتن هزینه ها، با یک نسبت خاص، هر سال دو برابر می شود… در کوتاه مدت انتظار داریم که این رشد به همین نسبت ادامه یابد، اما در درازمدت، نسبت رشد کمی نامعلوم است، البته اعتقاد دارم که این روند تا ۱۰ سال دیگر ادامه خواهد یافت. به این معنی که در سال ۱۹۷۵ (ده سال بعد) تعداد اجزا در هر مدار مجتمع (با کمترین هزینه تولید) ۶۵۰۰۰ خواهد بود. من معتقدم که چنین تعداد زیادی را می توان روی یک ویفر (wafer = سطح نازک مغناطیسی رسانا) جا داد.
مور به آرامی و به مرور زمان با توجه به پیش بینی ها و پیشرفت ها، قانون خود را تغییر داد. در سال ۱۹۷۵، مور مدت زمان لازم برای دو برابر شدن را به دو سال تغییر داد. بر خلاف تصور عامه مور هیچ گاه مدت زمان ۱۸ ماه برای دو برابر شدن را پیش بینی نکرد. بلکه دیوید هاووس یکی از کارمندان اینتل دو برابر شدن کارایی (performance) مدارات مجتمع را در هر ۱۸ ماه پیش بینی کرد.
در آوریل ۲۰۰۵، اینتل یک جایزه ۱۰ هزار دلاری برای کسی که یک کپی از مقاله اولیه مور در Electronics Magazine را به این شرکت بدهد، تعیین کرد. یک مهندس در انگلیس اولین کسی بود که یک کپی پیدا و به اینتل تحویل داد.
در قسمت آینده ضمن توضیح بیشتر راجع به این قانون، به سایر فرمول ها و قوانین مشابه در تکنولوژی های دیگر (مانند حافظه ها، پیکسل ها و …) خواهیم پرداخت.
