Για πόσο ακόµη θα ισχύει ο Νόµος του Moore;Ο Gordon Earle Moore γεννήθηκε στις 3 Ιανουαρίου του 1929 στο San Francisco στη California. Ίδρυσε, µαζί µε τον Robert Noyce, την εταιρεία της Intel Corporation, της οποίας είναι και Επίτιµος Πρόεδρος. Επιπλέον είναι φηµισµένος για τη διατύπωση του περίφηµου νόµου Moore (Moore's Law), ο οποίος νόµος δηµοσιεύτηκε σε ένα άρθρο στις 19 Απριλίου 1965 στο περιοδικό Electronics Magazine. Ο Gordon Moore σπούδασε Χηµεία στο University of California στο Berkeley (BS, 1950), και το 1954 πήρε PhD στη Φυσική και την Χηµεία από το California Institute of Technology (Caltech), Pasadena. Μετά την αποφοίτησή του ο Moore εργάσθηκε στο Εργαστήριο Εφαρµοσµένης Φυσικής στο Johns Hopkins University στη Laurel, Maryland, µε αντικείµενο την έρευνα των φυσικοχηµικών ιδιοτήτων στερεών υλικών χρησιµοποιουµένων στα οπλικά συστήµατα του Ναυτικό των ΗΠΑ. Σύντοµα ο Moore εγκατέλειψε την θέση αυτή και στράφηκε προς την βιοµηχανία, η οποία παρείχε καλύτερες δυνατότητες στον ερευνητικό τοµέα, αλλά και υψηλότερες αµοιβές. Ο Moore θεωρούσε πολύ σηµαντικές τις δυνατότητες που παρείχε το transistor, µια πρόσφατη εφεύρεση που ανέµενε τότε την εξέλιξη τεχνολογιών µαζικής παραγωγής. Το 1956 επέστρεψε στην Καλιφόρνια και προσχώρησε στην εταιρεία Shockley Semiconductor Laboratory (SSL) που είχε ιδρύσει στο Palo Alto ο William Shockley, ο οποίος κέρδισε και το Νόµπελ Φυσικής. Στο εργαστήριο αυτό γινόταν έρευνες για την παραγωγή τρανζίστορς βασιζοµένων στο πυρίτιο. Σύντοµα όµως ο Moore και επτά συναδέλφοί του παραιτήθηκαν από την SSL και σε συνεργασία µε την Fairchild Camera & Instruments Corporation ίδρυσαν την εταιρεία Fairchild Semiconductor, στη Santa Clara. Το 1957 η Fairchild επιδίωκε να εισέλθει στην αγορά των τρανζίστορς, και οι "προδοτικοί οκτώ", όπως τους χαρακτήρισε ο Shockley, αποτέλεσαν την λύση. Σύντοµα η Fairchild αναδείχθηκε ως ένας µεγάλος κατασκευαστής τρανζίστορw. Ο Moore έγινε διευθυντής έρευνας και ανάπτυξης της εταιρείας το 1959, µετά από την προαγωγή του Robert Noyce (συν-εφευρέτης του ολοκληρωµένου κυκλώµατος) στην θέση του γενικού διευθυντή. Ο Moore και ο Noyce έφυγαν από τη Fairchild το 1968 και δηµιούργησαν την Intel Corporation (που επίσης εδρεύει στη Santa Clara ), η οποία έδωσε έµφαση στην ανάπτυξη και παραγωγή τσιπς, και κατά κύριο λόγο των τσιπς µνηµών από ηµιαγωγούς µαγνητικών οξειδίων (magnetic oxide semiconductor memory chips). Τα τσιπς αυτά υπήρξαν η πρώτη µεγάλη εµπορική επιτυχία της Intel.1 / 11Κατά τον Νόµο του Moore η µακροπρόθεσµη τάση στην εξέλιξη των υπολογιστών θα είναι ο διπλασιασµός ανά δύο έτη του αριθµού των τρανζίστορ που θα µπορούν να τοποθετηθούν χωρίς υπερβολικό κόστος σε ένα ολοκληρωµένο κύκλωµα (integrated circuit). Προφανώς δεν πρόκειται για κάποιον φυσικό, αλλά έχει οριοθετήσει τις προσπάθειες των εταιρειών των εταιρειών παραγωγής µικροτσίπς να εξελίσσουν συνεχώς τα προϊόντα τους. Η πρόβλεψη αυτή έχει διατυπωθεί σε άρθρο του Gordon Moore, το οποίο είχε δηµοσιευθεί τον Απρίλιο 1965 στο περιοδικό Electronics. To 1975 στο συνέδριο IEEE International Electron Devices Meeting ο Moore, επεσήµανε τα πολλά πλεονεκτήµατα της φωτολιθογραφίας (photolithography), το µέγεθος των πλακιδίων (wafer), την εξέλιξη της τεχνολογίας και την "εξυπνάδα των κυκλωµάτων και συσκευών", τα οποία µε τη σειρά τους επαλήθευαν την πρόβλεψη που είχε κάνει ο Moore πριν από δέκα χρόνια (Νόµος Moore). Προσθέτοντας και πιο πρόσφατα στοιχεία, ο Moore είπε ότι ο µελλοντικός ρυθµός αύξησης της πολυπλοκότητας θα επιβραδυνθεί. Έτσι η πολυπλοκότητα θα διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια, αντί κάθε ένα χρόνο. Η αύξηση των δυνατοτήτων πολλών ψηφιακών ηλεκτρονικών συσκευών, στοιχείων µνήµης κτλ έχει µέχρι σήµερα ακολουθήσει στενά µε το νόµο του Moore. Γενικά αυτή η πρόβλεψη έχει λειτουργήσει ως µία από τις κινητήριες αρχές της βιοµηχανίας ηµιαγωγών. Αξιολογώντας την τεχνολογική στάθµη των ηµιαγωγών το 1995 -είχαν µόλις παραχθεί οι πρώτοι µικροεπεξεργαστές Intel Pentium µε σχεδόν 5 εκατοµµύρια τρανζίστορ- ο ίδιος ο Moore κατέληξε στο συµπέρασµα ότι "ο νόµος του Moore δεν πρόκειται να καταρριφθεί σύντοµα" Ο νόµος του Moore έχει επαληθευτεί για πολλές δεκαετίες καθιστώντας τον ορόσηµο στον χώρο της πληροφορικής. Η βάσει του νόµου του Moore εξέλιξη της τεχνολογίας των µικροεπεξεργαστών είναι αυτή που οδήγησε στην σύγχρονη ψηφιακή επανάσταση, την "µεταµόρφωση" του computing από µια εξεζητηµένη και δαπανηρή δραστηριότητα σε µια καθολική και προσιτή αναγκαιότητα.2 / 11Ωστόσο, το 2007 σε συνέντευξή του ο Moore ανέφερε ότι ο "νόµος" του δεν θα διαρκέσει για πάντα: ∆εν είµαστε µακριά από αυτό. Πριν την επανάσταση που έφερε η χρήση του στοιχείου Άφνιον (Hafnium breakthrough) είχαµε φτάσει στα 5 µοριακά στρώµατα στην δοµική πύλη των τρανζίστορς. Έτσι, αν συνεχίζαµε την προσπάθεια περαιτέρω σµίκρυνσης, θα είχαµε σοβαρότερα προβλήµατα να αντιµετωπίσουµε. Σηµείωση:To Άφνιο (Hf) χρησιµοποιείται από την Intel για τις µονώσεις διηλεκτρικών πυλών των ολοκληρωµένων κυκλωµάτων (της γενιάς των 45 nm). Πριν από το Αφνιο, η εταιρεία βασίζονταν σε µονωτές πυριτίου. Σύµφωνα µε την Intel η χρήση του Αφνίου επιτρέπει την παραγωγή τσιπς µε µεγαλύτερες ταχύτητες και µικρότερη κατανάλωση ενέργειας, επιτρέποντας την µείωση του µεγέθους του κυκλώµατος κάτω από τα 45nm. O Moore τόνισε ότι υπάρχουν θεµελιώδεις όρια στο νόµο του, ανεξαρτήτως από τα υλικά. Ανέφερε πως εκπλήσσεται συνεχώς στο ότι οι ερευνητές "πιέζουν" αυτά τα όρια και ξεκαθάρισε ότι το τέλος είναι κοντά. Όταν ρωτήθηκε για πόσο καιρό ακόµα θα ισχύει ο "νόµος" του, η απάντησή του ήταν γύρω στα 10 µε 15 χρόνια.3 / 11Στις 19 Απριλίου, συµπληρώθηκαν τα 50 χρόνια του νόµου του Moore, ένα είδος άγραφης συµφωνίας µεταξύ του κλάδου της τεχνολογίας και της παγκόσµιας οικονοµίας που εµπνέει µηχανικούς, εφευρέτες και επιχειρηµατίες να σκεφθούν τα όρια του εφικτού. Ο νόµος του Moore καθιστά εφικτές τις περισσότερες από τις σύγχρονες καινοτοµίας – την τεχνολογία wearable, την ανάλυση γονιδιώµατος, τις έξυπνες πόλεις – και βοηθάει την βιοµηχανία να αντιµετωπίσει τα πιο δύσκολα προβλήµατα και να µετασχηµατίσει εντυπωσιακές ιδέες σε κερδοφόρα επιχειρηµατικά σχήµατα. Οι επιδόσεις και το κόστος είναι οι δύο κινητήριοι µοχλοί της τεχνολογικής ανάπτυξης. Καθώς ολοένα και περισσότερα τρανζίστορ χωρούσαν σε µικρότερο χώρο, η υπολογιστική ισχύς αυξανόταν και η ενεργειακή αποδοτικότητα βελτιωνόταν, µε µικρότερο κόστος για τον τελικό χρήστη. Αυτή η εξέλιξη, όχι µόνο προήγαγε τις υφιστάµενες βιοµηχανίες και αύξησε την παραγωγικότητα, αλλά έχει αναδείξει εντελώς νέους κλάδους, τροφοδοτούµενους από το ισχυρό και οικονοµικά προσιτό computing. Ο «θάνατος» του νόµου του Moore Ο αναδιατυπωµένος Νόµος του Moore ίσχυσε σε µεγάλο βαθµό για τις 5 δεκατίες που πέρασαν, ωστόσω έχουν ήδη αρχίσει να εµφανίζονται οι πρώτοι περιορισµοί, καθώς η λιθογραφική µέθοδος που χρησιµοποιείται πλέον στους επεξεργαστές είναι στα 14 nm, µε την Intel να έχει ως στόχο το 2016 τα 10 nm, και όπως φαίνεται, κάπου αυτό θα τελειώσει. Η βιοµηχανία αγγίζει πλέον τα φυσικά όρια των υλικών. Για να µπορέσουν να τηρήσουν τον Νόµο του Moore, θα πρέπει οι εταιρείες να στραφούν σε διαφορετικά υλικά, αφήνοντας το πυρίτιο, κάτι που σε πρώτη φάση, µοιάζει αρκετά δύσκολο και δαπανηρό, παρά τις διάφορες προσπάθειες που έχουν γίνει, κυρίως µε τη χρήση γραφενίου.4 / 11Σε πρόσφατο άρθρο του στο περιοδικό Forbes, ο αντιπρόεδρος της nVidia Bill Dally, εξήγησε ότι ο νόµος του Moore είναι “νεκρός” καθώς -όπως υποστηρίζει- το µέλλον των υπολογιστών βρίσκεται στην παράλληλη επεξεργασία δεδοµένων. Ο νόµος του Moore, προβλέπει διπλασιασµό της χωρητικότητας των τρανζίστορς σε ένα µικροεπεξεργαστή κάθε δύο χρόνια. Ο Dally αναφέρει ότι οι λύσεις µε πολλούς πυρήνες που λειτουργούν σειριακά, είναι αναποτελεσµατικές και τις παροµοίωσε σαν “µια προσπάθεια να τοποθετηθούν φτερά αεροπλάνου σε ένα τραίνο”. ∆ίνει έµφαση στα συστήµατα παράλληλης επεξεργασίας (parallel computing) τα οποία χαρακτηρίζει ως τα πλέον αποδοτικά σε επιδόσεις αλλά και λιγότερο ενεργοβόρα. Στην συνέχεια του δηµοσιεύµατός του, o Dally τονίζει την αναγκαιότητα αντικατάστασης της σειριακής φιλοσοφίας στα πολυπύρηνα συστήµατα µε την παράλληλη επεξεργασία δεδοµένων και επισηµαίνει ότι η συνεργασία πολλών πυρήνων για την επεξεργασία µιας οµάδας δεδοµένων οδηγεί σε αύξηση της αποδοτικότητας και χαµηλότερη κατανάλωση ενέργειας, όµως η µετάβαση από την σειριακή λογική στην παράλληλη είναι αρκετά δύσκολη, αν και τελευταία ολοένα και περισσότερες εταιρείες στρέφονται σε αυτή. Η nVidia έχει αναπτύξει την δική της αρχιτεκτονική παράλληλης επεξεργασίας στις κάρτες γραφικών µε την ονοµασία CUDA.Αλλά και ο Ιάπωνας φυσικός Michio Kaku εξηγεί ότι ο νόµος αυτός θα πάψει να ισχύει σε περίπου δέκα χρόνια. Γιατί; Πολύ απλά η υπολογιστική ισχύ δεν µπορεί να αυξάνεται µε αυτόν τον ρυθµό για πάντα. Ουσιαστικά το πρόβληµα έγκειται στο υλικό που χρησιµοποιείται, το πυρίτιο (silicon), του οποίου οι αντοχές δεν είναι απεριόριστες. Μόλις το µέγεθος των επεξεργαστών φτάσει τα 5 nm (υπενθυµίζεται ότι η γενιά των Ivy Bridge επεξεργαστών που κυκλοφορεί αυτή τη στιγµή στην αγορά κατασκευάζεται µε τεχνολογία 22 nm) το πυρίτιο θα υπερθερµαίνεται πολύ γρήγορα, καθιστάµενο άχρηστο.5 / 11Λύσεις για περαιτέρω βελτιώσεις θα πρέπει να αναζητηθούν στο µέλλον µε την χρησιµοποίηση άλλων υλικών, υπολογιστών που λειτουργούν µε DNA, µοριακών υπολογιστών, κβαντικών υπολογιστών, τσιπς τριών διαστάσεων κτλπ. Ευτυχώς έχουµε µπροστά µας ακόµα δέκα χρόνια και µάλλον τα λαµπρά µυαλά στα εργαστήρια της Intel, της AMD, της nVidia, της ΙΒΜ κλπ θα βρουν λύσεις. Κανείς δε µπορεί να εγγυηθεί ότι τα τσιπ των υπολογιστών θα γίνονται όλο και πιο µικρά σε µέγεθος και όλο και πιο ισχυρά σε ισχύ χρόνο µε το χρόνο. Φαίνεται ότι πλησιάζουµε στα όρια των δυνατοτήτων τους. Άλλωστε ίσως η πιο ισχυρή υπολογιστική µηχανή του κόσµου είναι και η πιο προφανής: ο ανθρώπινος εγκέφαλος. Μπορεί να εκτελεί υπολογισµούς που ακόµη και οι πιο προηγµένοι υπερυπολογιστές δεν µπορούν. Ωστόσο, τα "κυκλώµατα" που τον υποστηρίζουν είναι πρόχειρα και αργά. Οι νευρώνες λειτουργούν σε κλίµακες χιλιοστών του δευτερολέπτου και συγκριτικά µε τους ταχύτερους υπολογιστές είναι πολύ αργοί, ενώ µπορεί να µην ενεργοποιηθούν καν. Αυτό που επιτρέπει όµως στον εγκέφαλο να λειτουργεί τόσο αξιοθαύµαστα, είναι η ικανότητά του να λύνει προβλήµατα ταυτόχρονα, χρησιµοποιώντας διαφορετικά τµήµατα (παράλληλοι υπολογισµοί). Η πρόκληση να βρεθεί η υπολογιστική εκείνη δύναµη, που θα µπορεί να λειτουργεί όπως ο ανθρώπινος εγκέφαλος (παράλληλοι υπολογισµοί), θα αποτελέσει και τη «σωτηρία» στον τοµέα αυτό από το «θάνατο» που προβλέπει ένας από τους πιο σηµαντικούς νόµους στη σύχρονη ιστορία. Ο καθηγητής Doyne Farmer του Πανεπιστηµίου της Οξφόρδης, επισηµαίνει τα ακόλουθα: Όσο τα συρρικνώνει κανείς τα τρανζίστορς για να χωρέσουν όλο και περισσότερα σε ένα τσιπ, φτάνει σε ένα σηµείο που ξεµένει από άτοµα! Και πριν φτάσει σε αυτό το έσχατο σηµείο, η αξιοπιστία των µικρότερων τρανζίστορ θα έχει πέσει ενώ το κόστος θα έχει αυξηθεί εξαιτίας της πολυπλοκότητας και της δυσκολίας κατασκευής τους. «Το πρόβληµα που αντιµετωπίζουµε είναι πιο θεµελιώδες» υποστηρίζει ο Farmer. Κι ενώ οι πρόσφατες καινοτοµίες της Intel (3D transistors) επιτρέπουν περισσότερες δυνατότητες σε ό,τι αφορά τη χωρητικότητα, κανείς πρέπει να αρχίσει να εστιάσει αλλού και όχι στην αύξηση της πυκνότητας. Ο νόµος του Μουρ για την πυκνότητα των τρανζίστορ µπορεί να «αργοπεθαίνει», όµως αν «φανούµε έξυπνοι µπορεί να εξακολουθήσει να ισχύει µε έναν ευρύτερο ορισµό της εκθετικής αύξηση της υπολογιστικής ισχύος» ανέφερε ο Farmer. Οι παράλληλοι υπολογισµοί, και η δηµιουργία τσιπ που θα λειτουργούν σαν τον ανθρώπινο εγκέφαλο είναι ένας από αυτούς τους «έξυπνους τρόπους» υποστηρίζει ο ίδιος. «Μιµούµενοι τον ανθρώπινο εγκέφαλο και την ικανότητά του να διανέµει καθήκοντα, µπορούµε να πετύχουµε πολύ περισσότερα» σηµείωσε ο Furber. Ο ίδιος έχει βάλει ως στόχο να δηµιουργήση προσοµοίωµα του ανθρώπινου εγκεφάλου. µε το πρόγραµµα SpiNNaker, στο πλαίσιο του οποίου θα επιχειρήσει να χρησιµοποιήσει ένα εκατοµµύριο επεξεργαστές ARM, για να δηµιουργήσει το σύνθετο, δικτυωµένο "µηχάνηµα" ενός εγκεφάλου.6 / 11Αλλοι ερευνητές ακολουθούν άλλες πειραµατικές προσεγγίσεις µε στόχο να ανοίξουν τον δρόµο, ώστε να συνεχίσουν να κατασκευάζονται ηλεκτρονικές συσκευές µε ολοένα µεγαλύτερη ισχύ, όπως ο πρώτος υπολογιστής από νανοσωλήνες άνθρακα (Πανεπιστήµιο του Στάνφορντ), οι κβαντικοί υπολογιστές κλπ.. Τελικά ο νόµος του Μουρ µπορεί να συνεχίσει να ισχύει για πολλά χρόνια ακόµη και το «κλειδί» βρίσκεται στον ανθρώπινο εγκέφαλο.Τελικά, τί είδους πράγµα είναι ο Νόµος του Moore; Η διατύπωση ενός ενιαίου σαφή ορισµού έχει αποδειχθεί ότι είναι αρκετά δύσκολη. Σε όλη την ιστορία του, ο Νόµος του Moore έχει συνεχώς αναδιατυπωθεί, ώστε να διατηρήσει την ακρίβειά του. Ταυτόχρονα, επαναλαµβάνεται από µελλοντολόγους και οικονοµολόγους για ειδικότητες που δεν έχουν σχέση µε την ολοκληρωµένη κατασκευή κυκλωµάτων, όπως για παράδειγµα η ηλιακή ενέργεια και τα ξυραφάκια. Στην πραγµατικότητα, δεν θα γιορτάζαµε την ηµι εκατονταετηρίδα του νόµου του Moore, αν δεν ήταν τόσο δεκτικός σε συνεχή επανερµηνεία. Είναι σαφές ότι ο νόµος του Moore δεν είναι ένας νόµος της φύσης σε οποιαδήποτε κοινώς αποδεκτή έννοια. Ως ιστορικός ο David Brock το έθεσε σε ένα βιβλίο για τον εορτασµό της 40ης επετείου, "Ο Νόµος του Moore δεν έχει και δεν πρόκειται να συµβεί από µόνος του." Αν, για παράδειγµα, η παγκόσµια οικονοµία είχε "χαλάσει" ή η αγορά µικροεπεξεργαστών είχε "εξατµισθεί", τα κεφάλαια και τα κίνητρα θα ήταν ανεπαρκή για τις επιχειρήσεις να συνεχίσουν το Νόµο του Moore. Υπάρχει, βέβαια, σχέση µεταξύ του νόµου του Moore και των νόµων της φύσης. Η φυσική συµπεριφορά όλων των στοιχείων που έχουν συµβάλει στη δηµιουργία τσιπς - το πυρίτιο, το διοξείδιο του πυριτίου, το αλουµίνιο, ο χαλκός, οι φωτοχηµικές αντιστάσεις, το πλάσµα, οι φωτολιθογραφικές µάσκες - διαδραµάτισαν κάποιο ρόλο στην ικανότητα των µηχανικών να κρατήσουν το Νόµο του Moore ζωντανό. Μερικοί συγγραφείς ισχυρίζονται ότι ο νόµος του Moore είναι πραγµατικά έµφυτος στα υλικά της µικροηλεκτρονικής και ως εκ τούτου δεν υπάρχουν πολλά που µπορούν να κάνουν τους ανθρώπους να τον επιταχύνουν και ίσως δεν έχουµε και πολλά που µπορούµε να κάνουµε για να τον επιβραδύνουµε. Ο Brock έχει την αντίθετη άποψη, ότι ο νόµος του Moore είναι περισσότερο ένας νόµος που ψηφίστηκε από το Κογκρέσο των ΗΠΑ. Με αυτό εννοεί, χονδρικά, ότι οι κορυφαίες εταιρείες της βιοµηχανίας των ηµιαγωγών έχουν συµφωνήσει, ή "νοµοθετήσει," να διατηρήσουν το νόµο του Moore, διότι είναι ένας χρήσιµος µηχανισµός συντονισµού. Οι διευθύνοντες σύµβουλοι των εταιρειών κατασκευής ηµιαγωγών είναι σε µεγάλο βαθµό δεσµευµένοι στον νόµο του Moore, επειδή πιστεύουν ότι οι συνεργάτες και οι ανταγωνιστές τους είναι κι αυτοί κλειδωµένοι σε αυτόν. Σήµερα, ο Νόµος του Moore έχει δηµιουργήσει σηµεία αναφοράς για σχεδόν κάθε πιθανή διαδικασία παραγωγής, σε σηµείο που η κάθε επιχείρηση, οργανισµός, ή πανεπιστήµιο µπορούν να λειτουργήσουν προς µια και µόνο κατεύθυνση, την διατήρηση του νόµου. Το παρακάτω ινφογράφηµα απεικονίζει το πώς θα ήταν τα πράγµατα αν ο Νόµος του Moore µπορούσε να επεκταθεί και σε άλλους τοµείς, πέρα από την τεχνολογία.7 / 118 / 119 / 11Ο φορητός υπολογιστής Osborne Executive του 1982 διέθετε CPU Zilog Z80 στα 4MHz, όταν το iPhone της Apple το 2007 διέθετε CPU ARM11 στα 412MHz. Το Executive ζύγιζε x100 (13 kg), είχε όγκο x500 και κόστιζε x10 (σε αποπληθωρισµένες τιµές). Η υπολογιστική ισχύς ενός iPhone του 2007 ήταν πάνω από x1000 αυτής Executive, ενώ από το 2007 µέχρι σήµερα η υπολογιστική ισχύς έχει πραγµατοποιήσει πρόσθετα άλµατα!Αν τα τρανζίστορς ήταν ... άνθρωποι: Ο µικροεπεξεργαστης Intel 4004 περιείχε 2.300 τρανζίστορς, όσοι οι θετές µιας µεγάλης αίθουσας συναυλιών, ενώ το µεγαλύτερο µοντέλο της σειράς Core i7 περιλαµβάνει 1,3 dis. τρανζίστορς, όσος είναι και ο πληθυσµός της Κίνας!Εάν τα σηµερινά smartphones κατασκευαζόταν µε την διαθέσιµη το 1971 τεχνολογία, µόνον η CPU τους θα καταλάµβανε χώρο, όσο µια θέση στάθµευσης!10 / 1111 / 11