Ley de Moore

Ley de Moore: en el período que se examina, el número de transistores se duplica aproximadamente cada dos años.

La Ley de Moore ( Inglés ley de Moore , "ley" de Alemania en el sentido de la "ley") expone la complejidad de los circuitos integrados con dobles mínimos costes componente regularmente; Dependiendo de la fuente, se dan 12, 18 o 24 meses como período.

Gordon Moore , quien formuló la ley en 1965, entendió que la complejidad significaba el número de componentes de un circuito en un circuito integrado . Ocasionalmente también se habla de duplicar la densidad de integración , es decir, el número de transistores por unidad de área. Este desarrollo técnico constituye una base esencial de la " revolución digital ".

historia

Representación pictórica de la ley de Moore a lo largo de toda la historia de las máquinas calculadoras.

Gordon Moore hizo su observación en un artículo de la revista Electronics el 19 de abril de 1965 , pocos años después de la invención del circuito integrado . La designación "Ley de Moore" fue acuñada alrededor de 1970 por Carver Mead . Moore originalmente predijo una duplicación anual, pero corrigió esta afirmación en 1975 en un discurso ante la Sociedad de Ingenieros de Instrumentación Fotoóptica (SPIE) a una duplicación cada dos años (ver también la ley económica ). El detonante de esto fue que el rápido desarrollo de la tecnología de semiconductores se había ralentizado en los primeros años. Además de la reducción del tamaño de los elementos y la ampliación de las obleas, lo que Moore llamó " inteligencia " jugó un papel en los primeros años , es decir, el arte de integrar componentes de forma inteligente en el chip. Los límites de esta inteligencia se agotaron en gran medida en la década de 1970. El entonces colega de Moore en Intel , David House, puso en juego una estimación de 18 meses, que es la variante más extendida de la ley de Moore en la actualidad y también forma el marco en el que la industria de los semiconductores basa sus planes de desarrollo durante varios años. En términos reales, el rendimiento de los nuevos chips de computadora se duplica en promedio cada 20 meses. En los medios todavía se habla de duplicar la densidad de integración cada 18 meses.

Sin embargo, este valor se refiere a los datos de la producción en masa de una generación de tecnología que estaba vigente en ese momento. En 2005, por ejemplo, se fabricaron chips de forma competitiva para el mercado mundial con estructuras entre 130 y 90  nm . La tecnología de 65 nm se estaba preparando para la producción en masa (longitud de puerta de aproximadamente 30 a 50 nm, dependiendo de la tecnología), y en ese momento el laboratorio ya se estaba ocupando de tamaños de estructura más pequeños. Ya se han fabricado los primeros transistores prototipo con una longitud de puerta de 10 nm.

En el Foro de Desarrolladores de Intel ( IDF ) en el otoño de 2007, Moore predijo el fin de su ley: probablemente pasará de 10 a 15 años antes de que se alcance un límite fundamental. Sin embargo, solo seis meses después, Pat Gelsinger , jefe de la división empresarial digital de Intel , predijo que la ley de Moore permanecería en vigor hasta 2029. En octubre de 2009, Martin Strobel, en su función de portavoz de prensa de Intel Alemania, explicó en detalle por qué la empresa confiaba en que “la ley de Moore se cumplirá durante mucho tiempo”.

Aparte de todas estas cuestiones técnicas, sin embargo, al leer el artículo original de 1965 más de cerca, se hace evidente que Moore en realidad no proporciona ninguna razón real de por qué el desarrollo debe avanzar a esta velocidad y en esta forma. En ese momento, el desarrollo de la tecnología de semiconductores era todavía tan nuevo que una extrapolación (por ejemplo, lineal) del curso anterior hacia el futuro difícilmente podría considerarse seria. En cambio, Moore describe en detalle, y con evidente entusiasmo, un escenario muy amplio de posibles aplicaciones futuras en los negocios, la administración (y el ejército), que en ese momento, si es que existía, en realidad existía como un plan o como una idea aproximada. Afirma desde el principio de su artículo que "para 1975, la presión económica conduciría a la compresión de hasta 65.000 componentes en un solo chip" ( ... para 1975, la economía puede dictar la compresión de hasta 65.000 componentes en un solo chip de silicio). ... ), pero no proporciona más información sobre de dónde, de qué forma o quién debería ejercer dicha presión económica. En retrospectiva, y después de que la tecnología de la información se haya desarrollado tan rápidamente durante varias décadas, es casi imposible evaluar adecuadamente el poder visionario que Gordon Moore tuvo que reunir para este pronóstico en ese momento.

interpretación

Ley de Moore: El óptimo de los costos dependiendo del tamaño de la estructura cambia con el tiempo a valores más bajos y tamaños de estructura más pequeños. Las curvas individuales representan diferentes niveles de tecnología a intervalos de dos a tres años, para cada uno de estos períodos de tiempo se intenta ubicarse en el mínimo de la curva correspondiente. En principio, se podrían producir patrones con un tamaño de estructura significativamente más pequeño, pero luego a costos exorbitantemente altos.

La ley de Moore no es una ley científica de la naturaleza , sino una regla empírica basada en la observación empírica . Al mismo tiempo, se puede hablar de una “ profecía autocumplida ”, ya que varias ramas de la industria están involucradas en el desarrollo de mejores microchips. Debe acordar hitos comunes (por ejemplo, industria óptica con métodos litográficos mejorados ) para poder trabajar de manera económica. La formulación de la ley de Moore ha cambiado significativamente con el tiempo. Aunque Moore todavía hablaba del número de componentes en un circuito integrado, hoy hablamos del número de transistores en un circuito integrado, a veces incluso del número de transistores por unidad de área.

Moore descubrió que el costo de un componente de circuito aumentaba debido al proceso, tanto al disminuir como al aumentar el número de componentes. Si el número de componentes era bajo, el material disponible no se utilizaba por completo; para un mayor número de componentes, se debían utilizar métodos experimentales que aún no eran económicamente viables. Por lo tanto, relacionó su observación exclusivamente con el costo óptimo respectivo, es decir, el proceso de producción y el número de componentes por circuito para los cuales los costos por componente de circuito eran más bajos. En teoría, esto especifica claramente qué proceso de fabricación y qué chip de computadora deberían considerarse para verificar la ley de Moore cada año.

Las diferentes formulaciones a veces distorsionan la observación original de Moore más allá del reconocimiento. Incluso la interpretación variable del período de duplicación de 12, 18 o 24 meses provoca diferencias considerables. Dado que los chips de computadora varían mucho en tamaño, tampoco es lo mismo si se mira el número de transistores por chip o por unidad de área. Dejar de lado el costo óptimo conduce en última instancia a la alienación completa. Se puede utilizar cualquier proceso de producción y cualquier circuito para confirmar la ley de Moore sin optimización de costos; Si se trata de un procesador disponible comercialmente, alta tecnología extremadamente costosa o circuitos experimentales que aún no están en el mercado, es irrelevante en este diseño laxo. Debido a las diferentes versiones en circulación, la ley de Moore ha perdido gran parte de su valor informativo objetivo.

Notación

La complejidad en relación al tiempo de la ley de Moore sigue una función exponencial : ${\ Displaystyle K}$${\ Displaystyle t}$

${\ Displaystyle K (t) = K_ {0} \ cdot e ^ {\ lambda \ cdot t}}$

La tasa de aumento es el recíproco del tiempo de duplicación , multiplicado por la constante : ${\ Displaystyle \ lambda}$ ${\ Displaystyle T_ {2}}$${\ Displaystyle \ ln (2)}$

${\ Displaystyle \ lambda = \ ln (2) \ cdot {\ frac {1} {T_ {2}}}}$

Esta conexión también se puede utilizar en forma abreviada

${\ Displaystyle K (t) = K_ {0} \ cdot 2 ^ {\ frac {t} {T_ {2}}}}$

estar representado.

Se utilizan varios supuestos para el tiempo de duplicación . A menudo se utiliza 0,35 por año en este caso. ${\ Displaystyle T_ {2}}$${\ Displaystyle T_ {2} = 2a}$${\ Displaystyle \ lambda}$

Poder computacional

La ley de Moore no puede inferir que la potencia de cálculo de la computadora aumente linealmente con el número de transistores en un chip de computadora . En los procesadores modernos , se utilizan cada vez más transistores para una memoria integrada ( caché ), que solo contribuye pasivamente a la potencia informática al acelerar el acceso a los datos que se requieren con frecuencia . A modo de ejemplo, aquí se ofrece la comparación de dos procesadores de la serie Pentium III . Por un lado, hay un "Katmai" con una frecuencia de reloj de 500 MHz y un caché L2 externo, y por otro lado un "Coppermine" en la versión de 1 GHz con un caché L2 integrado. La frecuencia de reloj del Coppermine de 1 GHz se ha duplicado en comparación con el Katmai de 500 MHz y el número de transistores incluso se triplicó, pero estos procesadores comparativamente similares muestran un aumento en el rendimiento en un factor de 2.2 a 2.3.

En los procesadores de varios núcleos , varios núcleos de procesador se unen en un chip, que funcionan en paralelo y, por lo tanto, proporcionan más rendimiento. Aquí, la duplicación del número de transistores se logra principalmente duplicando el número de núcleos de procesador. Aquí tampoco se duplica la potencia de cálculo, porque cuando los núcleos del procesador se operan en paralelo, se requiere un trabajo de coordinación adicional, lo que nuevamente reduce el rendimiento (ver escalabilidad ). Además, no todas las partes del programa en el sistema operativo y en las aplicaciones se pueden paralelizar, por lo que es difícil utilizar completamente todos los núcleos al mismo tiempo. La ley de Amdahl proporciona una descripción general introductoria de este tema .

Limites

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Además de las críticas a la interpretación incorrecta de la propia ley, siempre hubo dudas de que la tendencia continuaría por mucho tiempo, que aún no se han confirmado. Más bien, la Ley de Moore comenzó a funcionar en la década de 1990 como una profecía autocumplida , ya que en ella se basaban los planes para coordinar las actividades de desarrollo de cientos de proveedores. Los obstáculos tecnológicos se superaron justo a tiempo con el aumento del gasto de capital , consulte los nodos de tecnología . Si el desembolso financiero para desarrollar y fabricar circuitos integrados crece más rápido que la densidad de integración, es posible que las inversiones pronto ya no valgan la pena. Esto es probable cuando se acerca a los límites físicos, que son de 2 a 3 nm debido a la corriente de túnel de la mecánica cuántica . Actualmente (2016) Intel fabrica procesadores de 14 nm. El fabricante asumió que podría llevar la tecnología de 10 nm al mercado a finales de 2015. Sin embargo, su entrega probablemente se retrasará dos años. La hoja de ruta publicada en 2016 ya no sigue la ley de Moore.

Actualmente se están probando numerosos enfoques para reemplazar la tecnología clásica de semiconductores. Los candidatos para tecnologías fundamentalmente nuevas son la investigación de nanomateriales como el grafeno , los circuitos integrados tridimensionales (y, por lo tanto, el aumento del número de transistores por volumen y ya no solo por área), la espintrónica y otras formas de lógica multivalor , así como la de baja temperatura. y ordenadores superconductores , ópticos y cuánticos . Con todas estas tecnologías, la potencia de cálculo o la densidad de almacenamiento se incrementaría sin incrementar la densidad de transistores en el sentido convencional, por lo que la ley de Moore perdería formalmente su validez, pero no necesariamente en términos de sus efectos.

En el lado de la aplicación, a medida que aumenta la densidad de integración, los cuellos de botella se hacen evidentes en otros lugares que no pueden resolverse mediante una mayor integración. Sin embargo, en el área de los requisitos informáticos más altos (especialmente: simulación de flujo numérico en computadoras con numerosos núcleos), se ha observado una clara violación de la ley de Moore desde alrededor de 2003, ver Speedup . El tiempo que se requiere por volumen finito ( celular ) y por iteración de la solucionador no ha disminuido en absoluto o sólo marginalmente desde entonces. La razón es el cuello de botella de Von Neumann . De hecho, muchos circuitos integrados ni siquiera funcionan en este límite, y una mayor potencia de cálculo no se reflejaría inmediatamente como un beneficio para el usuario.

Recepción adicional

Sherry "Let" Lassiter, CEO de Fab Foundation , presentó en 2016 en línea con Moore la Ley lasssche ( Let Law ), después de lo cual el número de FabLabs y hardware de código abierto Criteria creó máquinas de producción de manera similar cada año se duplicará. Neil Gershenfeld ve el fenómeno como el siguiente paso en la creación de productos virtuales y distributivos .

literatura

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enlaces web

Wikcionario: Ley de Moore  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones

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Evidencia individual

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