Жить по закону Мура

В 1965 году Гордон Мур, легендарный отец-основатель Intel, опубликовал статью, в которой сформулировал простое правило: «Прогресс в микроэлектронике со временем позволит помещать всё больше элементов в тело одной микросхемы». После нескольких уточнений это правило, получившее название «закон Мура», стало читаться так: «Плотность транзисторов в микросхеме будет удваиваться каждые два года».

Первый микропроцессор был выпущен в 1971 году — он назывался Intel 4004. С тех пор индустрия микропроцессоров развивается в точном соответствии с прогнозом Мура. Это значит, что мощность процессоров удваивается каждые два года. Если бы процессор уровня современного смартфона был сделан по технологии 1971 года, он занимал был столько же места, сколько отводится для парковки внедорожника. Первые полупроводниковые транзисторы были размером с ластик на конце карандаша, а сегодня их и глазом не разглядеть — более 6 миллионов современных транзисторов типа Tri-Gate можно разместить на точке в конце этого предложения.

— Закон Мура вот уже 50 лет задаёт темп развитию микроэлектроники, — подытожил выступления на вечеринке Дмитрий Конаш, директор Intel в России и странах СНГ. — Благодаря ему вычислительные устройства вошли в нашу жизнь и произвели настоящую революцию.

Именно закону Мура мы обязаны тем, что всё это время компьютеры с фантастической скоростью уменьшались и дешевели, так что теперь они окружают нас повсюду, проникают в вещи, наделяя их интеллектом, становятся столь важной частью человеческой среды, что мы просто перестаём их замечать.

С того момента, как был провозглашён этот замечательный закон, число транзисторов выросло в 5,6 миллиона раз, производительность — в 3,5 миллиона раз, эффективность использования электроэнергии повысилась в 90 тысяч раз. Примерно в миллион раз упала и цена транзистора. Точные цифры могут не до конца совпадать с теоретическим графиком закона Мура, важен сам факт экспоненциального роста — удвоение за год-два-три, а иногда и за полгода.

Удешевление микропроцессоров влечёт за собой такой же стремительный прогресс в тех областях, где они широко используются. Взять, например, анализ человеческого генома — его стоимость падает как раз в соответствии с законом Мура, и даже быстрее. Экспоненциально растёт количество накапливаемых данных, ведь это прежде всего фото- и видеоинформация, а каждая современная камера — это маленький компьютер.

Закон Мура стал символом взрывного роста отраслей, находящихся на острие технического прогресса. Если бы ему подчинялась, допустим, скорость космических перелётов, то путешествие на Луну, в 1969 году занявшее три дня, сегодня продолжалось бы одну минуту. Но, к сожалению, на Луну мы последний раз летали ещё до моего рождения, но цифровая революция случилась здесь, на Земле.

Самое удивительное во всём этом то, что закон Мура не подкреплён никакой теорией, он выведен исключительно из эмпирических наблюдений. Как сказал герой нашего интервью математик Александр Кулешов, «мы живём в эпоху, когда практика опережает теорию». Сам Гордон Мур вовсе не думал, что его закон будет работать так долго. Когда взрывной прогресс замедлится, и сейчас никто не знает. Специалисты на вечеринке только пожимали плечами, когда я допытывался, сколько ещё продержится закон Мура.

Рано или поздно всё хорошее заканчивается, тем более экспоненциальный рост. Транзисторы не могут уменьшаться до бесконечности и стать меньше атома. Критический рубеж уже совсем рядом. Сейчас производительность электроники продолжает расти за счёт  распараллеливания вычислений, создания многоядерных процессоров. Дальнейший рост потребует либо новых физических носителей, либо новых принципов вычисления. Но есть надежда, что за ними дело не станет: на подходе фотоника, спинтроника, транзисторы из углеродных нанотрубок, а там и квантовые компьютеры…

Новый год уже близок, и у меня есть тост: неплохо бы нам ещё и следующие полвека прожить с работающим законом Мура!

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №12 (14) за декабрь 2015 г.