Mooren laki

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Mooren laki on alun perin Intelin entisen toimitusjohtaja Gordon Mooren vuonna 1965 julkaisemassa artikkelissa esiintynyt ennustus komponenttimääränselvennä kaksinkertaistumisesta kustannustehokkaastiselvennä tuotetuissa mikropiireissä. Aikaväliksi Moore asetti ensiksi vuoden, mutta korjasi vuonna 1975 väliksi kaksi vuotta. Joskus aikaväliksi mainitaan kuitenkin 18 kuukautta, joka on peräisin Mooren Intel-kollegalta David Houselta ja ottaa huomioon myös transistorien tehokkuuden kasvun ennustettaessa laskentatehon kasvua (johon myös muut tekijät vaikuttavat).

Mooren ennustus on osoittautunut hyvinkin paikkansa pitäväksi sen yli 50-vuotisella taipaleella, ja sitä on käytetty puolijohdeteollisuuden pitkäaikaissuunnitelmien teossalähde?. Edistysaskeleet elektroniikassa ylipäätään ovat vahvasti seuranneet lain kuvaamaa kehitystä, aina muistinkasvusta älypuhelinten kehittymiseen. Elektroniikkateollisuudella taas on ollut merkittävä osuus maailmantalouden kasvussa aina 1900-luvun lopulta alkaen, joten laki on sitäkin kautta tärkeä kehityksen kuvaaja.

2010-luvulla lain kuvaama kehitys on alkanut osoittaa hidastumisen piirteitä. Teoreettisena rajana komponenttien koolle on pidetty atomien kokoluokkaa, mutta kvantti-ilmiöiden mukanaan tuomat haasteet alkavat jo 7/5 nm -kokoluokassa. Tällä hetkellämilloin? olemme menossa 10 nm -teknologiassa massatuotettujen mikropiirien osalta.lähde?

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ensimmäiset transistorit keksittiin jo ennen Mooren syntymää. Julius Edgar Lilienfeld otti nimiinsä ensimmäisen transistoripatentin Kanadassa vuonna 1925. Patentti ei kuitenkaan sisältänyt mitään sellaista tietoa, josta olisi käytännön hyötyä. Ensimmäiset käyttötarkoitukset löytyivät vuonna 1947, kun yhdysvaltalaiset John Bardeen ja Walter Brattain kehittivät kärkitransistorin työskennellessään Bell Telephone Laboratoryssä. He muun muassa hyödynsivät transistoria äänenvahvistimissa. Vähitellen ihmiset näkivät transistorien potentiaalin myös laskennassa. Teollisesti transistoreita alettiin valmistaa vuonna 1951.[1]

Vuonna 1965 Intelin perustaja sekä entinen toimitusjohtaja Gordon Moore sai tehtäväkseen kirjoittaa artikkelin transistorien kehityksestä sen aikaiseen elektroniikkalehteen. Artikkelissaan Moore teki useita ennustuksia. Hän ennusti esimerkiksi, että:

  • tietokoneiden tehot kasvaisivat
  • tietokoneiden tuotantohinta tulisi laskemaan
  • mikropiirejä levitettäisiin laajemmin tietokoneisiin
  • mikropiirien määrä kasvaisi tietokoneissa

Moore kokosi ennustukset yhteen ja loi lain, jonka hän nimesi itsensä mukaan, Mooren laiksi. Gordon Moore ei ollut ensimmäinen, joka sai tämänkaltaisen idean. Douglas Engelbart julkaisi artikkelin "Microelectronics, and the Art of Similitude", jossa hän teki samankaltaisia havaintoja. Vuonna 1960, mikropiirien alkuaikoina, hän esitteli ajatuksiaan luennolla. Moore oli ollut paikalla yleisössä.[2]

Gordon Moore on tehnyt merkittävän uran transistoreiden ja mikropiirien kehittämisen parissa, minkä seurauksena häntä on muistettu useilla merkittävillä palkinnoilla. Hän on saanut muun muassa IEEE:n (kansainvälinen elektroniikka- ja sähköinsinöörijärjestö) kunniamitalin sekä Yhdysvaltojen teknologia- ja innovaatiomitalin George W. Bushin myöntämänä. Moore oli vuonna 1957 mukana perustamassa transistoreiden ja mikrosirujen valmistamiseen erikoistunutta Fairchild Semiconductoria.[3]

Mooren toinen laki[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Gordon Mooren itsensä mukaan monia asioita on nimitetty "Mooren toiseksi laiksi", mutta kunnia niiden keksimisestä ei kuulu hänelle[4].

Voidaan olettaa, että mikropiirien pienentyessä niiden valmistamisen hinta tulee eksponentiaalisesti kasvamaan. Niiden valmistuskustannukset kaksinkertaistuvat joka neljäs vuosi. Tämä aiheuttaa ns. käänteisen efektin Mooren laille. Vaarana on se, että jos jokin yritys saa monopoliaseman markkinoilla, se pystyy määrittämään tähtitieteellisen hinnan komponentille. Tähän mennessä piirivalmistus on kuluttajien onneksi pysynyt useammalla yrityksellä.[5]

Mooren lain nykyhetki ja tulevaisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

2010-luvulle tultaessa useat tahot ovat alkaneet ennustaa kehityksen hidastumista ja Mooren lain päättymistä tämän tai seuraavan vuosikymmenen aikana.

Niihin kuuluu Gordon Moore itse, joka vuonna 2010 arvioi, että hänen kuvaamansa kehityksen päätepiste saavutetaan vuosien 2020–2030 välillä[4].

Puolijohdeteollisuuden asiantuntijoiden dokumenteista koostettu ITRS:n vuoden 2010 raportti ennusti kasvuvauhdin siirtyvän lähemmäksi kolmea vuotta vuoden 2013 tienoilla.[6] Prosessorivalmistaja AMD:n pääsuunnittelija John Gustafson esitti vuonna 2013, että Mooren laki kestää enää kymmenen vuotta.[7]

Vuonna 2015 Intelin silloinen toimitusjohtaja Brian Krzanich sanoi: ”Viimeisimmät kaksi teknologiasiirtymää ovat osoittaneet, että kehitysvauhti on lähempänä kahta ja puolta kuin kahta vuotta” (viitaten 22 nm:n ja 14 nm:n päivityksiin vuosilta 2012 ja 2014).[8] Useiden myöhästymisten jälkeen Intelin 10 nm -teknologiaan pohjautuvien prosessoreiden massatuotannon odotetaan alkavan vuonna 2019.[9]

Kvantti-ilmiöiden ja jännitehäviöiden yleistyminen 7/5 nm:n kokoluokassa hankaloittaa kutistumista entisestään, ja tätä pidetään merkittävänä haasteena Mooren lain jatkumisen kannalta.[10]

Koko ajan on kuitenkin kehitteillä uusia transistoriteknologioita, joissa osassa korvataan pii jollain uudella, tehokkaammalla raaka-aineella, kuten molekyyli- ja DNA-pohjaisissa transistoreissa.[11] Myös yksittäisen atomin ja jopa yksittäisen elektronin mahdollisuutta toimia transistorina tutkitaan.[12] Vuonna 2012 kehitettiin teknologia, jolla peräti vain yhden atomin kokoisia transistoreja voisi tuottaa massoittain, tosin toistaiseksi vain -200 asteen lämpötilaan.[13] IBM:n tutkijat onnistuivat vuonna 2017 databitin tallentamisessa yhteen atomiin.[14] Näiden menetelmien tutkiminen on kuitenkin alkuvaiheessa, joten on hyvin vaikea sanoa, mikä niistä kantautuu massatuotettujen prosessorien teknologiaan.

2016 Intelin teknologiajohtaja William Holt esitti, että Mooren laki on lakkaamassa, kun Intel keskittyy lähitulevaisuudessa suoritinten energiatehokkuuden parantamiseen laskentatehon asemesta uusien valmistumenetelmien kehityksessä.[15] Laskentateho saattaisi hetkellisesti jopa vähetä uusien valmistustekniikoiden myötä.[15] Wattia kohden laskentatehoa olisi kyllä enemmän kuin perinteisillä piipohjaisilla ratkaisuilla, mutta kokonaissuorituskyky olisi ainakin aluksi huomattavasti perinteisiä suorittimia heikompi.[15] Maaliskuussa 2016 Intel ilmoitti yhtiön päätöksestä hidastaa uuden mikropiiriteknologiansa julkaisutahtia.[16][17]

Vaikka Mooren lain kuvaama mikropiirien komponenttimäärän kasvu hidastuisi, on silti mahdollista, että loppukäyttäjälle tuotettu laskentateho pysyisi silti kasvussa esimerkiksi tietokoneen kokonaisarkkitehtuuria tehostamalla.[18] Vuonna 2016 ITRS esitteli niin kutsutun ”More Moore” -tulevaisuusstrategian, jossa mikropiiriteknologian kehitystyö palvelisi entistä enemmän sovellusten tarpeita, kuin keskittyisi vain komponenttimäärään kasvattamiseen.[18] Tästä hyvänä esimerkkinä moniydinprosessoinnin parempi hyödyntäminen.[18] Sovelluskirjo vaihtelee IOT-laitteista älypuhelimiin ja datakeskuksiin sekä tekoälyn tarpeisiin.[18]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. A brief history of Moore's law bigthink.com. Viitattu 11.4.2019.
  2. It's Moore's law but another had the idea first nytimes.com. Viitattu 11.4.2019.
  3. Gordon Moore's medals web.archive.org. Viitattu 11.4.2019.
  4. a b Manek Dubash: Moore's Law is dead, says Gordon Moore Computerworld. 13.4.2010. Viitattu 13.6.2020. (englanniksi)
  5. Moore's second law and software zdnet.com. Viitattu 11.4.2019.
  6. International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) Updates maltiel-consulting.com. Viitattu 11.4.2019.
  7. "Mooren laki elää enää kymmenen vuotta" T&T. Viitattu 11.4.2019.
  8. "Mooren laki elää enää kymmenen vuotta" T&T. Viitattu 11.4.2019.
  9. Intel lupaa ensimmäiset Ice Lake -prosessorit markkinoille vielä tänä vuonna io-tech.fi. Viitattu 11.4.2019.
  10. https://semiengineering.com/quantum-effects-at-7-5nm/
  11. Kosti Tapio: Itsejärjestäytyvä DNA-kultananopartikkeli-rakenne yhden elektronin transistorina. Jyu, 2012. Artikkelin verkkoversio.
  12. Spintroniikka | Nanobittejä www.nanobitteja.fi. Viitattu 11.4.2019.
  13. Atomitransistori rikkoo Mooren lain? | Tieteen stiiknafuuliaa | Blogit Yle Blogit. Viitattu 11.4.2019.
  14. IBM Stores Data on World's Smallest Magnet -- a Single Atom www-03.ibm.com. 8.3.2017. Viitattu 11.4.2019. (englanniksi)
  15. a b c Suorittimien tehonkasvu tullut tiensä päähän – Mikrobitti www.mikrobitti.fi. Viitattu 10.2.2016.
  16. http://www.iltalehti.fi/digi/2016032421319272_du.shtml
  17. https://www.technologyreview.com/s/601102/intel-puts-the-brakes-on-moores-law/
  18. a b c d https://irds.ieee.org/images/files/pdf/2016_MM.pdf

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Mooren laki.