Всё о науке за 60 минут

Начиная с первых дней развития электроники, когда Мур писал свои книги, и вплоть до расцвета индустрии персональных компьютеров в 1980-х годах количество транзисторов и, следовательно, вычислительная мощность действительно удваивались каждые два года. В 1978 году мы полагали, что достигли грандиозных высот в разработке компьютерных чипов, выпустив процессор Intel 8086, который содержал более 20 000 отдельных транзисторов. С тех пор произошло примерно 17 удвоений: как и предсказывал Мур, последние микропроцессоры[17] имеют умопомрачительное количество транзисторов – 2,5 миллиарда штук. Мы перешли от двойки с четырьмя нулями (20 000) к двойке с девятью нулями (2 000 000 000).

Просто удивительно, как быстро росли эти значения и как близки они оказались к предсказаниям Мура. Хотя кое-кто может подумать, будто это так называемое самореализующееся пророчество. С 2000 года группа отраслевых ассоциаций публикует «Международный план по развитию полупроводниковой технологии». Этот документ устанавливает цели для полупроводниковой промышленности, включая такие аспекты, как количество транзисторов в микропроцессорах. Частично при постановке целей этот документ опирается на закон Мура.

К сожалению, закон Мура рано или поздно все же перестанет быть верным. Сам автор писал в статье: «Это не может продолжаться вечно. Природа экспонент такова, что однажды вы откажетесь от них, ибо они ведут к катастрофе». Хотя я не совсем уверен, что это будет именно катастрофа, насчет экспонент основатель корпорации Intel точно прав: скорость, с которой растет экспонента, становится все выше и выше. Поскольку транзисторов, согласно закону Мура, становится все больше, их размер неуклонно уменьшается. В конце концов мы достигнем рубежа, когда транзистор должен будет стать меньше атома, что явно невозможно.

Хотя здесь не все так очевидно. Мы уже подходим к предельному уровню миниатюризации, но, похоже, есть и другие, более хитрые подходы к решению проблемы увеличения вычислительной мощности. Ведь мало просто взять нужное количество транзисторов и поместить их на кремниевый чип: необходимо также сжать все проводниковые соединения между транзисторами до минимума (время прохождения битов имеет значение!). Одним из значительных скачков вперед в разработке микропроцессоров стало изобретение новых способов соединения транзисторов. Шины теперь занимают меньше места, оставляя пространство для еще большего количества транзисторов. Исследователи также придумали способы, как выполнять больший объем вычислительной работы с помощью транзисторов, которые у них уже есть.

Как долго закон Мура будет оставаться верным, нам еще предстоит выяснить. Некоторые аналитики считают, что мы уже прошли этот рубеж и рост числа транзисторов скоро выйдет на плато. Другие, включая самого Мура, склоняются к тому, что у нас еще есть немного времени. Может быть, пройдет еще лет 20, прежде чем мы увидим, что реальность и закон Мура начинают расходиться. Ведь за всю историю вычислительной техники он не раз сталкивался со всевозможными и, казалось бы, непреодолимыми препятствиями. Но неизменно, когда это происходило, нам удавалось найти новый подход или изобрести нечто такое, что позволяло удваивать число транзисторов каждые два года. Мур однажды описал свой закон как «нарушение закона Мерфи». А вы знаете, что этот самый закон предсказывает: если что-то может пойти не так, оно точно пойдет не так? И тем не менее пока мы все еще можем придерживаться закона Мура и, как говорил он сам, «становиться все лучше и лучше».

Вибрирующие кристаллы в ваших часах

Не подскажете, сколько времени? Скорее всего, вы посмотрите на часы и, благодаря этому крошечному устройству, использующему кристалл кварца, сможете ответить на вопрос. На циферблаты многих настольных и наручных часов крошечными буквами наносят надпись quartz, чтобы вы точно знали, что перед вами кварцевые часы. Но никаких других видимых доказательств вы не найдете, пусть и разберете свои часы, – вам вряд ли удастся обнаружить даже что-то похожее на кварц.

Кварц – чрезвычайно часто встречающееся в природе вещество, второй по распространенности минерал в мире. Каждый раз, когда вы видите песчаный пляж, а точнее прогуливаетесь по нему, вы буквально идете по кварцу. Из него состоит бóльшая часть этого песка. Кварц – это соединение из атомов кремния и кислорода, связанных вместе в кристалл. Он обладает многими нужными нам свойствами: кварц очень твердый, прозрачный, его можно изготовить искусственно и он демонстрирует необычный эффект, называемый пьезоэлектричеством.