Чи має закон Мура сенс?

Цей матеріал – не редакційнийЦе – особиста думка його автора. Редакція може не розділяти цю думку.

Закон Мура народився в голові Гордона Мура, співзасновника Intel, який помер у віці 94 років. Він є одним із тих термінів, про який мали чути усі, хто знає, що таке процесор і чому він складається зі шматка кремнію . Однак, що насправді являє собою весь цей «закон», чи правда, що міститься в ньому, все ще актуальна і чи має світ взагалі піклуватися про це?

Закон Мура не є законом. Нікому не доводилося слідувати цьому

Почнемо з того факту, що коли в 1965 році народився закон Мура, він був просто плодом спостереження і нічим іншим . Хоча в українській мові ми асоціюємо термін “закон” із вимогою зверху вниз, оскільки в самому визначенні цього слова можна прочитати, що це “всі права та обов’язки адресатів закону”, але ми повинні пам’ятати, що у цьому випадку йдеться про емпіричний закон, тобто такий, який нікому нічого не нав’язує, а є лише спостереженням світу навколо нас.

Інакше закон Мура був би таким самим, як будь-який із фізичних законів Ньютона. Це лише спостереження того, як працює наше середовище, яке у випадку із законом Гордона Мура безпосередньо пов’язане з технологічним прогресом у плані збільшення кількості транзисторів. Цей закон стверджує, що “економічно оптимальна кількість транзисторів на інтегральній схемі зростає експоненціально в наступні роки”.

Спочатку вказувалося, що кількість транзисторів подвоюється приблизно кожні 18 місяців, але з часом це було виправлено і вказано, що це відбувається приблизно кожні 24 місяці. Це коригування багато говорить саме по собі, оскільки воно показує, що закон не був захищений від плину часу, як, наприклад, закони фізики. В результаті з часом він просто втратив свою значимість і відрізнявся від того, що насправді відбувалося на ринку процесорів. Це не дивно, адже чим менше транзистори, тим складніше розробити їх менші варіанти, але що скаже про це сам ринок процесорів?

Звернемо увагу на порівняння кількох процесорів Ryzen із споживчого сегмента (Intel, на жаль, не розголошує інформацію про кількість транзисторів у своїх процесорах):

• AMD Ryzen 7 1800X (перше покоління, архітектура Zen, 14-нм процес, 213 мм2 SoC ) – 4,8 мільярда транзисторів у 2017 році
• AMD Ryzen 7 2800X (2-е покоління, архітектура Zen+, 12-нм процес, 213 мм2 SoC ) – 4,8 мільярда транзисторів у 2018 році
• AMD Ryzen 7 3800X (3-е покоління, архітектура Zen 2, 7-нм процес, 74 мм² (ПЗС) + 125 мм² (cIOD)) – 3,9 млрд транзисторів на чіпі ЦП + 2,09 млрд транзисторів на чіпі введення/виведення в 2019 році
• AMD Ryzen 7 5800X (4-е покоління, архітектура Zen 3, 7-нм процес, 81 мм² (CCD) + 125 мм² (cIOD)) – 4,15 мільярда транзисторів на чіпі ЦП + 2,09 мільярда транзисторів на чіпі вводу/виводу в 2020 році.

Що це нам говорить? На перший погляд може здатися, що закон Мура щодо процесорів є синусоїдальним, що також підтверджує новіший Ryzen 9 7950X 2022 року за 5-нм техпроцесом, який має аж 13,14 млн транзисторів. На тлі цих систем особливо вражає мобільний Ryzen 9 7940HS з 8 ядрами по 4-нм техпроцесу. Цей нещодавно дебютував із 25 мільйонами транзисторів. Проблема полягає в тому, що кожен процесор відрізняється архітектурою, розміром кремнієвої матриці та підходом до дизайну.

У цих процесорах діяв би закон Мура, якби кожен з них мав абсолютно однакову кремнієву матрицю, що відрізнялася б лише технологічним процесом. Тому сьогодні важко відповісти на питання, чи діє ще закон Мура. Таким чином, це скоріше наближення, що в середньому кожні два роки кількість транзисторів подвоюється, але це неможливо продемонструвати в будь-якому простому порівнянні споживчих процесорів. Тому не дивно, що початкова теорема розвинулася до того, що щороку подвоюється не кількість транзисторів, а сама обчислювальна потужність.

Чи має це сенс? Дивлячись, наприклад, на порівняння Core i9-10900K 2020 року і Core i9-13900K 2022 року, не дуже, тому що різниця в сирій продуктивності цих процесорів становить 50-60%, а не 200%.

Тому наразі важко однозначно стверджувати, чи справедливий закон Мура. Деякі з цим погодяться, а інші – ні, тому що поточний ринок технологій просто занадто складний, щоб його чітко визначити. Деякі (включаючи голову Nvidia) стверджують, що закон Мура закінчився, оскільки темпи прогресу у виробництві інтегральних схем уповільнилися і фізичні межі кремнієвих транзисторів були досягнуті. Інші стверджують, що закон Мура все ще справедливий, але він більше не застосовується до простої кількості транзисторів, а до загального ринку технологій, оскільки нові галузі, такі як квантові обчислення, нанотехнології та біотехнології, можуть запропонувати нові шляхи підвищення обчислювальної потужності та ефективності.

Окремі технологічні процеси TSMC також суперечать закону Мура про щільність транзисторів на квадратний міліметр, який на даний момент є, ймовірно, найкращим показником того, як працює цей закон, якщо ми прив’яжемо цю щільність до року масового виробництва процесу:

• 2 нм з планом масового виробництва в 2024/2025 рр.: (імовірно) 400 МТр/ мм²
• 3 нм з 2022: 220 МТр/ мм²
• 5 нм з 2020 р. 138,2 Мтр/ мм²
• 7 нм 2018: 91,2 MTР/ мм²
• 10 нм з 2016: 52,51 MТр/ мм²
• 14 нм з 2013/2014: 28,88 Mtr/ мм².

А що далі?

Таким чином, закон Мура — це майже півстолітнє спостереження того, як швидко кількість транзисторів у процесорах подвоюється. У зв’язку з розвитком технологій і виробничих процесів цей закон більше не діє у своїй початковій редакції, але сам по собі він все ще був точним прогнозом на початку 21 століття, який сформував розвиток цифрової електроніки протягом добрих чотирьох десятиліть. .

Що дійсно необхідно сьогодні, так це встановити нову структуру та спробувати отримати нові спостереження, щоб дати світові подібне право на розвиток технологій. В епоху штучного інтелекту, зростаючої важливості графічних процесорів, зростаючої важливості архітектури Arm, зниження важливості x86, зростаючої важливості архітектури або спеціалізованих прискорювачів, транзистори самі по собі не є найважливішими. Ось чому так важко окреслити наступника закону Мура.

Цей матеріал – не редакційнийЦе – особиста думка його автора. Редакція може не розділяти цю думку.