قانون مور، قسمت دوم: دیگر فرمول ها و قوانین مشابه
قانون مور، قسمت دوم: دیگر فرمول ها و قوانین مشابه
منبع : نارنجی
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.
با کمک رشد تصاعدی (مثلا دو برابر شدن در هر ۱۸ ماه) توضیح داده شده در قانون مور، پیش بینی تکنولوژی های دیجیتالی زیادی امکان پذیر شده است، از جمله: اندازه، قیمت، فشردگی و سرعت اجزای دیجیتالی. خود مور فقط به فشردگی اجزا (یا ترانزیستورها) با قیمت حداقلی توجه داشت.
در ادامه به فرمول هایی که بر پایه قانون مور شکل گرفته اند، می پردازیم. فرمول هایی برای پیش بینی میزان افزایش گنجایش حافظه ها، سرعت اینترنت، پیکسل های دوربین ها و … در سال های آینده.
حداکثر تعداد ترانزیستور به ازای هر مدار مجتمع
مشهورترین فرمول برگرفته شده از قانون مور، که بعضی آن را با خود قانون مور اشتباه می گیرند. (قانون مور به دو برابر شدن تعداد ترانزیستورهای روی مدار مجتمع گفته می شود، زمانی که هزینه کمترین حد ممکن باشد.) در پایان سالهای ۱۹۷۰ قانون مور برای حداکثر تعداد ترانزیستور در جدیدترین، بهترین و پیچیده ترین مدارات مجتمع موجود بکار برده شد. در نمودار زیر می بینید که این قانون همچنان پابرجا است (رشد طبق این قانون ادامه دارد).
عکس بالا، نمودار گنجایش هارد دیسک های کامپیوترهای شخصی (بر حسب گیگا بایت). خط عمودی لوگاریتمی (تصاعدی) است، رشد تصاعدی طبق قانون مور ادامه یافته است.
فشردگی با حداقل قیمت به ازای هر ترانزیستور
این همان قانونی است که در مقاله سال ۱۹۶۵ مور آمده است. این قانون درباره حداکثر تعداد ترانزیستوری که می توان در یک واحد سطح جا داد نیست، بلکه راجع به فشردگی ترانزیستورها است زمانی که قیمت به ازای هر ترانزیستور کمترین حد ممکن باقی بماند. به عبارت دیگر، هر چه بتوان تعداد ترانزیستور بیشتری در یک چیپ جا داد، قیمت به ازای هر ترانزیستور کاهش می یابد، البته شانس اینکه چیپ بعلت نقص کار نکند نیز افزایش می یابد.
در سال ۱۹۶۵، مور توضیح داد که فشردگی ترانزیستورها در زمانی که حداقل قیمت را دارند، بعلت پیشرفت در فناوری photolithography و ساخت ترانزیستورهای کوچکتر افزایش می یابد (لغت لیتوگرافی به معنای حکاکی روی سنگ است، فوتولیتوگرافی به معنای حکاکی با استفاده از نور می باشد). میزان این افزایش فشردگی در هر سال یک مقدار ثابت و معادل ۲ به ازای هر سال است (هر سال فشردگی دو برابر می شود). برترین ابزارهای فوتولیتوگرافی فعلی با استفاده از امواج ماورای بنفش عمیق (deep ultraviolet) از لیزرهای excimer با طول موج های ۲۴۸ تا ۱۹۳ نانومتر کمک می گیرند. این تکنولوژی بهترین تکنولوژی لیتوگرافی فعلی است که «لیتوگرافی لیزر excimer» نامیده می شود. این تکنیک نقش اساسی ای در ادامه یافتن قانون مور در ۲۰ سال اخیر داشته است (ادامه یافتن قانون مور = نصف شدن اندازه چیپ ها در هر دو سال). به عبارت دیگر با پیشرفت این تکنیک از سال ۱۹۹۰ که چیپ هایی با اندازه نیم میکرومتر (میکرومتر، ۱۰ به توان ۶- متر) تولید می شد تا ۲۰۱۰ اندازه به ۴۵ نانومتر (نانومتر، ۱۰ به توان ۹- متر) رسید. به نظر می رسد باز هم طبق قانون مور این فشردگی ادامه یابد و این تکنیک اندازه را تا ۱۰ نانومتر کاهش دهد.
توضیح: ماورای بنفش عمیق نوری با طول موج های کوتاه تر نسبت به ماورای بنفش معمولی و نزدیک شدن به طول موج اشعه ایکس است. عکس زیر درک عمیقی از طول موج های مختلف امواج الکترومغناطیسی را به شما می دهد:
- نوار بالای عکس میزان عبور هر یک از اشعه ها از اتمسفر زمین را نشان می دهد. Y به معنای Yes و N به معنای No است. (قبول داریم که ماورای بنفش به مقدار کم از اتمسفر عبور می کند، اما قابل اغماض است.)
- در خط بعد، امواج قرمز رنگ (خطوط سینوسی شکل) را می بینیم. آنها نشان می دهند که از سمت چپ به راست طول موج کاهش و فرکانس افزایش می یابد.
- در قسمت طول موج می بینید که طول موج یک کیلومتری در امواج رادیویی به طول موج یک پیکومتری در امواج گاما کاهش می یابد.
- در قسمت پایین تر یک مقایسه تقریبی بین طول موج و اشیا شده است. برای مثال اندازه طول موج مادون قرمز به اندازه سر سوزن است.
- در پایین تر فرکانس را می بینید. در قسمت مرئی (رنگین کمان میانی که در میانه نوار دیده می شود) می بینیم که نورهای مرئی فرکانس های متفاوتی دارند. بر این اساس نور قرمز بیشترین طول موج و کمترین فرکانس را دارد. سپس نور زرد، سبز، آبی و بنفش
- در پایین ترین قسمت وارد فیزیک اتمی می شویم. می دانیم که اشیا در دماهای مختلف نورهای مختلفی از خود ساطع می کنند. برای مثال شعله کبریت زرد رنگ است، زمانی که دما بالاتر باشد برای مثال هنگام سوختن گاز، رنگ آبی (فرکانس آبی بیشتر از زرد است) ساطع می شود، اگر دما باز هم بالاتر برود، برای مثال نوری که هنگام جوشکاری ساطع می شود، به نور ماورای بنفش می رسیم، به همین دلیل است که نگاه کردن به جوشکاری باعث چشم درد می شود.
در خورشید مسئله دیگری در جریان است. با توجه به اینکه در آن واکنش های همزمانِ فراوان با نورهای متفاوت در جریان است، نور خورشید حاوی تمام اشعه ها از رادیویی تا مرئی تا گاما است. اشعه های بالای بنفش تماما توسط اتمسفر جذب می شوند. اشعه های زیر قرمز نیز برای چشم انسان مرئی نیستند، پس تنها نورهای مرئی باقی می مانند. مخلوط نورهای مرئی نیز نور سفید را می سازد. به همین دلیل نور خورشید سفید است. البته جز زرد در نور خورشید کمی بیش از سایرین است. پس نور خورشید را سفید متمایل به زرد می بینیم.
گنجایش هارد دیسک، قیمت به ازای هر واحد ذخیره ای
یک قانون مشابه با قانون مور (که گاهی Kryder نیز خوانده می شود) که قیمت حافظه های هارد دیسک را بر حسب هر واحد ذخیره ای پیش بینی می کند. بنا به دلایل شناخته شده (error correcting codes، magnetoresistive effect و giant magnetoresistive effect) میزان پیشرفت حافظه ها در دهه های گذشته سرعت بیشتری نسبت به اکنون داشته است. اما سرعت کنونی پیشرفت گنجایش هارد درایوها مشابه میزان افزایش تعداد ترانزیستورها و مطابق قانون مور است. شواهد نشان می دهد که این نسبت - پیشرفت در گنجایش - تا ۲۰۰۷ برقرار بوده است.
گنجایش شبکه
بر اساس گفته های جری و جرالد باترز، مدیران گروه شبکه نوری لوسنت در آزمایشگاه بل، قانون دیگری به نام قانون «فوتونیکسِ باترز» وجود دارد. یک فرمول مشابه قانون مور. قانون باترز می گوید که حداکثر مقدار اطلاعات که از یک فیبر نوری عبور می کند، هر ۹ ماه یک بار دو برابر می شود. با استفاده از تکنیک wavelength-division multiplexing (ارسال طول موج های مختلف نور به صورت همزمان روی یک فیبر نوری = WDM) گنجایش جابجایی اطلاعات تا ۱۰۰ برابر افزایش یافته است. شبکه های نوری و فشرده سازی روز افزون تکنیک های قبلی (dense wavelength-division multiplexing = DWDM) مرتبا هزینه های جابجایی اطلاعات را کاهش داده است. به نظر می رسد که این روندِ رو به رشد همچنان ادامه داشته باشد. در نتیجه، هزینه ترافیک اطلاعات به مرور، در دنیای دات-کام (dot-com bubble = دنیای اینترنت یا دنیای فناوری اطلاعات) کاهش خواهد یافت. قانون Nielsen می گوید که پهنای باند در دسترس کاربران در هر سال ۵۰ درصد افزایش خواهد یافت.
(به این معنی که اگر امسال با پرداخت ۲۰ هزار تومان یک اینترنت یک مگابیت به شما بدهند، سال آینده باید با ۲۰ هزار تومان یک اینترنت ۱.۵ مگابیت داشته باشید و سال بعد ۲.۲۵ مگابیت. البته می دانید که برای هر قانونی می تواند ترمزهایی هم وجود داشته باشد!)
پیکسل به ازای دلار
مشابه قوانین بالا، بری هندی از کداک استرالیا طرح «پیکسل بر دلار» را برای ساده سازی پیش بینی کیفیت دوربین های دیجیتال ارائه کرد. در زیر این طرح را روی یک نمودار لوگاریتمی (نمودار زیر) می بینیم. با استفاده از این فرمول می توان روند قیمت دوربین های دیجیتال، صفحه نمایش های LCD و LED و رزولوشن آنها را پیش بینی کرد.
The Great Moore's Law Compensator
این قانون که به قانون Wirth نیز معروف است، عموما برای پیش بینی بلوت های نرم افزارهااستفاده می شود. (بلوت یا نفخ شکم به فرایندی گفته می شود که طی آن نرم افزارها به مرور کندتر می شوند و نیاز به سخت افزار بیشتری برای عملکرد پیدا می کنند. برای مثال ویندوز ۹۸ روی یک کامپیوتر خیلی قدیمی به سرعت کار می کند اما ویندوز ویستا در آن کامپیوتر، بسیار کند خواهد بود. در اینجا می گوییم که ویستا مقدار زیادی بلوت در کد خود دارد که آن را نسبت به ویندوز ۹۸ کندتر کرده است.) این قانون تعیین می کند، نرم افزارهای موفق که مدام نسخه های مختلف از آنها ارایه می شود، باید چه مقدار بلوت در خود داشته باشند تا بهبودهای سخت افزاری پیش بینی شده در قانون مور را پوشش دهند. در سال ۲۰۰۸ Randall C. Kennedy از شرکت اینتل، مقاله ای در InfoWorld منتشر کرد که این قانون را توضیح می داد. به این صورت که نسخه های مختلف مایکروسافت آفیس در بین سال های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۷ طی این روند تولید شده اند. علی رغم اینکه کارایی و سرعت کامپیوترها در این مدت طبق قانون مور پیشرفت کرده است، اما سرعت یک آفیس ۲۰۰۷ روی یک کامپیوتر ساخت سال ۲۰۰۷ برابر با آفیس ۲۰۰۰ روی یک کامپیوتر سال ۲۰۰۰ است.
(بر همین اساس اولین سیستم عامل iOS روی اولین آیفون همان سرعتی را دارد که آخرین نسخه iOS روی آخرین آیفون. احتمالا نیاز به سخت افزار بیشتر در نسخه های جدیدتر نرم افزارها به علت اضافه شدن امکانات جدید باشد و امیدواریم به این دلیل نباشد که کاربران را مجبور به خرید سخت افزار جدید کند.)
گسترش کتابخانه ها
قانون گسترش کتابخانه ها توسط Fremont Rider در سال ۱۹۴۵ توضیح داده شد. طبق این قانون اگر فضای کافی وجود داشته باشد، گنجایش کتابخانه ها هر ۱۶ سال یک بار دو برابر می شود. او طرفدار جایگزینی نسخه های کاغذی کتاب ها با میکروفیلم ها بود. زیرا تکثیر این میکروفیلم ها آسان بود. البته او پیش بینی نمی کرد که این میکروفیلم ها در دهه های آینده با حافظه های دیجیتالی جایگزین خواهند شد. تکنولوژی های دیجیتال برای نگهداری نوشته ها، رشد سریعی در اطلاعات در دسترس مردم ایجاد کرد به طوری که عصر فعلی را «عصر اطلاعات» (Information Age) می نامیم.
ضمن تشکر از خانم مهندس موسی زاده بابت مشاوره فنی در این مطلب، در قسمت بعد به اختراعات بزرگ در فناوری دیجیتال می پردازیم. نوآوری هایی که باعث پابرجا ماندن قانون مور از ابتدا تاکنون شده است. قسمت سوم را از دست ندهید تا با چند مورد از مهمترین این نوآوری ها که با ایجاد یک پیشرفت وسیع نقش مهمی در بهبود تکنولوژی مدارات مجتمع داشته اند، آشنا شویم. پیشرفتی بیش از ۱۰ میلیون برابر در کمتر از ۵ دهه.
