Cos'è la legge di Moore e perché la gente dice che è morta?

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La “legge” di Moore è un'osservazione del fondatore di Intel Gordon Moore secondo cui la densità dei transistor raddoppia a intervalli pur mantenendo lo stesso prezzo. Alcuni nel settore pensano che quei giorni siano finiti.

Gordon Moore, il co-fondatore di Intel, è l'uomo responsabile della Legge di Moore. È un'osservazione fatta da Moore che la densità dei transistor dei circuiti integrati raddoppia ogni due anni. Alcuni dicono che la legge di Moore sia ormai morta, ma perché?

Cosa dice la legge di Moore

Gordon Moore fece la sua osservazione originale nel 1965:

“La complessità dei costi minimi dei componenti è aumentata a un ritmo di circa un fattore due all'anno. Certamente nel breve periodo ci si può aspettare che questo tasso continui, se non che aumenti. A lungo termine, il tasso di aumento è un po' più incerto, anche se non c'è motivo di credere che non rimarrà pressoché costante per almeno 10 anni.” – Gordon Moore in Cramming più componenti su circuiti integrati.

Questo può essere interpretato in diversi modi, ma implica due cose. In primo luogo, (all'epoca) il circuito integrato (IC) più semplice raddoppiava la densità dei transistor ogni anno. In secondo luogo, ciò sarebbe vero anche al livello di costo più basso. Quindi, se il costo di produzione di un circuito integrato di una data dimensione rimane stabile nel tempo (tenendo conto dell'inflazione), ciò significherebbe effettivamente che il costo per transistor si dimezzerebbe ogni due anni.

Ascannio/Shutterstock.com

Questo è un sorprendente livello di crescita esponenziale dimostrato dal “problema del grano e della scacchiera” dove se metti un chicco di grano (o riso) sul primo quadrato e poi raddoppi la quantità per ogni quadrato successivo, saresti fino a ben oltre 18 quintilioni di chicchi per quadrato 64!

Moore in seguito ha rivisto la sua osservazione per estendere il tempo a una volta ogni diciotto mesi, e poi eventualmente una volta ogni due anni. Quindi, mentre la densità dei transistor sta ancora raddoppiando, il ritmo sembra rallentare.

In realtà non è una legge

Anche se è stato soprannominato la “legge di Moore,” non è una legge nel vero senso della parola. In altre parole, non è come una legge naturale che descrive come funzionano cose come la gravità. È un'osservazione e una proiezione delle tendenze storiche nel futuro.

In media, la legge di Moore ha retto dal 1965 e, per certi versi, è un punto di riferimento per l'industria dei semiconduttori dire approssimativamente se è sulla buona strada, ma non c'è motivo per cui debba essere vero o rimanere vero indefinitamente.

Le prestazioni vanno oltre la densità dei transistor

Il transistor è il componente fondamentale di un dispositivo a semiconduttore, come una CPU. È dai transistor che vengono costruiti dispositivi come le porte logiche, consentendo l'elaborazione strutturata dei dati in codice binario.

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In teoria, se raddoppi il numero di transistor che puoi inserire in una data quantità di spazio, raddoppi la quantità di elaborazione che può verificarsi. Tuttavia, non conta solo quanti transistor hai, ma quello che fai con loro. I microprocessori hanno ricevuto molti progressi in termini di efficienza, con progetti specializzati per accelerare specifici tipi di elaborazione, come la decodifica di video o l'esecuzione di operazioni matematiche specializzate necessarie per l'apprendimento automatico.

Ridurre i transistor generalmente significa anche raggiungere frequenze operative più elevate utilizzando meno energia per la stessa quantità di potenza di elaborazione di una generazione precedente. La legge di Moore è limitata alla densità dei transistor, ma la relazione tra densità dei transistor e prestazioni non è lineare.

Cosa intendi “It’s Dead”?

Nel corso degli anni, la frase “La legge di Moore è morta” è stato pronunciato diverse volte e se è vero dipende dalla tua prospettiva. Le densità dei transistor stanno ancora raddoppiando, ma a un ritmo più lento poiché Moore ha rivisto l'intervallo di tempo più volte.

Il motivo per cui alcuni sostengono che la legge sia morta non è che la densità dei transistor non stia ancora raddoppiando, ma che il costo dei transistor non si stia dimezzando. In altre parole, non puoi più ottenere il doppio del numero di transistor per gli stessi soldi dopo un ciclo di raddoppio.

Una parte importante del motivo per cui questo sta accadendo è perché ci stiamo avvicinando ai limiti di quanto piccoli possiamo realizzare transistor. Al momento della scrittura, i processi di produzione a 5 nm e 3 nm sono l'attuale e la prossima generazione di tecnologia. Mentre ci spingiamo verso il limite ultimo di ciò che è possibile, è probabile che il numero di problemi e il costo per superarli aumentino entrambi.

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Tuttavia, solo perché i transistor potrebbero non dimezzare il prezzo come prima non significa che le prestazioni non stiano raddoppiando o dimezzando il prezzo. Ricorda, il conteggio dei transistor è solo una parte delle prestazioni. Stiamo raggiungendo velocità di clock più elevate, inserendo più core in una singola unità di processore, facendo di più con i nostri transistor e creando un nuovo silicio in grado di accelerare lavori specifici come l'apprendimento automatico. In questo senso esteso, la Legge di Moore è ancora viva, ma nella sua forma originale è in supporto vitale.

La legge di Moore deve morire prima o poi

Nessuno ha mai creduto che l'osservazione di Moore sulla densità e il costo dei transistor sarebbe rimasta vera per sempre. Dopotutto, la trama esponenziale alla fine tenderebbe verso una densità di transistor infinita e prestazioni di calcolo. Per quanto si sa, ciò non è effettivamente possibile, ed è particolarmente improbabile che sia possibile utilizzando l'elettronica a semiconduttore come la conosciamo oggi.

Esistono già numerose sfide con i minuscoli componenti dei processori moderni alle prese con effetti quantistici indesiderati. Ad un certo punto, non puoi più tenere gli elettroni all'interno dei tuoi minuscoli circuiti, quindi provare a rendere le cose più piccole colpisce un muro di mattoni.

A quel punto, potrebbe essere il momento di passare a un altro tipo di substrato informatico, come la fotonica, ma ci sono probabilmente una miriade di modi per ottenere maggiori prestazioni dai semiconduttori che non comportano la riduzione dei transistor.

Stiamo già vedendo modi convenienti per costruire processori di grandi dimensioni da più processori più piccoli, come i progetti di chiplet di AMD o la strategia di Apple di incollare insieme i loro chip di base per creare mega CPU che funzionano come se erano un unico sistema. C'è del potenziale nell'idea di costruire CPU con circuiti 3D, con strati di componenti microchip che comunicano verticalmente e orizzontalmente.

Mentre il limite ultimo della densità dei transistor sembra avvicinarsi ogni giorno di più, il vero limite della potenza di calcolo ottenibile è ancora una questione aperta.

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