زمانی که گوردون مور در سال ۱۹۶۵ میلادی و در زمان فعالیت در کمپانی Fairchild Seminconductor برای ارائهی یک تئوری در خصوص آیندهی مدارهای مجتمع مورد سوال واقع شد، در آزمایشگاه خود در حال کار روی مدار مجتمعی بود که از ۶۴ ترازیستور تشکیل شده بود. تعداد ترانزیستورهای نمونهای که مور در حال کار روی آن بود در مقایسه با سال پیش از آن دو برابر شده بود. مور با نگاهی به سالهای نهچندان دور به این نتیجه رسید که تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده از سال ۱۹۵۹ که اولین ترانزیستور ساخته شد، هر سال دو برابر میشود.
وی با انتشار مقالهای در بهار سال ۱۹۶۵ پیشبینی کرد که این قانون حداقل برای ده سال آینده با همین روند ادامه خواهد داشت. قانون مور نهتنها برای یک دههی پس از آن، بلکه تا به امروز نیز در دنیای فناوری پابرجا مانده و امروزه از آن با عنوان قانون مور یاد میشود.
تنها چهار روز دیگر و در ۱۹ آوریل، این قانون شاهد تولد پنجاه سالگی خود خواهد بود. حال که پنجاه سال از زمان پیدایش این قانون گذشته، مجال خوبی است تا به سرنوشت آن و تغییرات اعمال شده در دنیای پردازندهها در طول پنج دههی گذشته بپردازیم. نگاهی به گذشته این امکان را در اختیارمان قرار میدهد تا به پیشبینی آیندهی صنعت پردازندهها با توجه به سرعت بالای نوآوریها در این صنعت بپردازیم.
نظریهی قانون مور
قانون مور با در نظر گرفتن دو فاکتور اصلی از مشاهدات گوردون مور در جریان نگارش مقالهی وی ارائه شده است. فاکتور اول اشاره به تعداد بهینهی کامپوننتهایی دارد که میتوان در ساخت یک تراشه از آنها استفاده کرد. استفاده از کامپوننتهای بیشتر به معنای کاهش هزینه به ازای هر کامپوننت است. البته در این بین استثنائی نیز وجود دارد که براساس آن پس از یک مقدار مشخص، با افزایش تعداد کامپوننتهای مورد استفاده عملکرد کاهش مییابد که از اینرو این نقطه را باید بهعنوان محلی که میتوان بهینهترین تعداد کامپوننتهای ممکن را در تراشه قرار داد، در نظر گرفت. گوردون مور این رابطه را در نمودار زیر به روشنی به نمایش گذاشته است.
فاکتور دومی که وی در مشاهدات خود به آن توجه کرد، افزایش تعداد کامپوننتهایی بود که در سالهای مختلف در نقطهی برگشت از عملکرد، ثبت میشد. وی به روشنی دید که تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در هر تراشه پس از تولید اولین ترانزیستور در سال ۱۹۵۹ در فاصلهی هر یک سال تا دو برابر افزایش مییابد.
مور پیشبینی کرد که روند دو برابر شدن تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در تراشهها تا ده سال به همین ترتیب ادامه خواهد داشت. با توجه به روند دو برابر شدن ترازیستورهای مورد استفاده در تراشهها، گوردون مور پس از مطرح شدن مسالهی کوچککردن کامپوننتهای مورد استفاده در تراشهها توسط داگلاس انگلبارت (Douglas Engelbart) اولین بار تمامی این مسائل را روی کاغذ آورد تا بتواند پیشبینی درستی از این روند داشته باشد.
مور هیچگاه تصور نمیکرد نظریه یا به بیان بهتر پیشبینی او به یک قانون و اصل تبدیل شود. وی در مقالهی خود علاوه بر پیشبینی دو برابر شدن تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در تراشهها، به مشکلات فنی احتمالی ایجاد شده در ده سال آینده نیز اشاره کرد.
شکل امروزی قانون مور
تراکم کامپوننتهای مورد استفاده با نزدیک شدن به سال ۱۹۷۵ به مسالهی مهمی تبدیل شد، از سویی دیگر دیو هاوس از اینتل به این نتیجه رسید که سرعت پردازشی کامپوننتهای مورد استفاده نیز با گذشت زمان بیشتر شده است. وی قانون مور را در این سال دوباره بهینه کرد و به شکل امروزی آن درآورد. هاوس به این نکته اشاره کرد که از این پس تعداد کامپوننت های مورد استفاده در تراشهها به جای یک بازهی یک ساله، در هر ۱۸ ماه دو برابر خواهد شد. بازهی زمانی مورد نظر وی از آنچه که مور در سال ۱۹۶۵ اعلام کرده بود بیشتر و از میزان اعلام شده توسط مور در بازنگری سال ۱۹۷۵ نیز کمتر بود. از آن پس این مدل از قانون مور به عنوان نظریهی استاندارد در علوم به کار گرفته شده است.
مقاله مرتبط:اینتل هم پا به عرصه فناوری هوش مصنوعی می گذارد
در صورتی که در صنعت تولید پردازندهها به کار مشغول باشید، قانون مور از اهمیت فوقالعادهای برای شما برخوردار است. قانون مور تضمین کنندهی سرعت پیشرفت پردازندههای تولید شده در دنیای فناوری است.
دوران بعد از مدارات مجتمع
در حال حاضر تولیدکنندگان پردازندهها و مدارات مجتمع از جنبهی قدرت پردازشی و فاکتورهای فیزیکی در حال نزدیک شدن به بنبست از نظر قانون مور هستند، چراکه سیلیکون از نظر فیزیکی دیگر اجازهی دو برابر شدن تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده در هستههای پردازشی را نمیدهد. تولیدکنندگان از اینرو در پی یافتن فناوریهای دیگری برای توسعه پردازندههای قویتر هستند. یکی از مفاهیمی که در حال حاضر نیز میتوان استفاده از آن را در پردازنده های گرافیکی به عینه دید، پردازش موازی است.
این مفهوم قدرت پردازشی بالایی را در اختیار کاربر قرار میدهد. میتوان با تغییرات در نرمافزار و اضافه کردن قابلیت استفاده از چندین هسته، پردازشهای موازی را در بستر گستردهتری به کار گرفت. استفاده از گرافین و نانو لولههای کربنی در کنار رایانش کوانتومی از جملهی سایر حوزههایی است که دانشمندان در حال توسعهی آن هستند.
تغییر پردازنده ها در ۴۰ سال گذشته
وقتی از طرحهای پیشرفت تکنولوژی، بهویژه قانون مور، صحبت بهمیان میآید، طرح «۳۵ سال از دادههای ریزپردازندهها» که آن را ام. هورویتز، اف. لابونت، اُ. شچم، کی. الوکتن، ال. هموند و سی. بَتِن جمعآوری کردهاند، میتواند یکی از طرحهای مهم باشد. بعدها، سی. مور هم اطلاعاتی به این پروژه اضافه کرد. این طرح را چه با خطوط پیشرفت و چه بدون آنها میتوان در جاهای مختلفی از اینترنت پیدا کرد؛ هرچند این طرح فقط تا سال ۲۰۱۰ کامل شده و در چند سال اخیر، کامل نشده است.
طبق قانون مور، تعداد ترانزیستورها هر ۲ سال دوبرابر میشود
برای بهروزکردن دادههای این طرح که هرچند درستبودن آن تا سال ۲۰۱۰ مشخص نیست، دادههایی از g3data و دادههای دیگری هم از پردازندههای AMD Opteron، پردازندههای Intel Xeon، پردازندههای Power7+ و Power8 مانند Xeon Phi به این طرح اضافه شدند. جزئیات این دادههای جدید را بهصورت خام میتوانید درون این فایل زیپ ببینید. نتیجهی این طرح عکس زیر است:
نکتهای جالبی که وجود دارد، این است که باتوجهبه اینکه عملکرد پردازش تکهستهای ازنظر کمّیّت مهم است، این مقدار پیوسته درحالپیشرفت بوده است. این افزایش نتیجهی مدیریت انرژی هوشمندانه و تنظیم دینامیک فرکانس کلاک (توربو) بوده است.
تا چه زمانی قانون مور ادامه خواهد داشت
این احتمال وجود دارد که در آیندهای نزدیک، افزایشی در تعداد هستهها را شاهد خواهیم بود؛ اما شاید تعداد ترانزیستورها تغییری اساسی نکنند. درحالحاضر، Haswell Xeon در صدر فهرست پردازندهها هستند که ۱۸ هستهی پردازشی دارند. بههرحال با وجود این پردازندهها، قانون امدال ما را به دنبالکردن همین الگوریتم ملزم خواهد کرد.
پردازندهی Knight Landing Xeon Phis که بهزودی رونمایی خواهد شد، ۷۲ هسته دارد که بیش از ۶۱ هسته بیشتر از نسل کنونیاش خواهد داشت. از دیدگاه الگوریتمها، واقعا مهم نیست پردارنده با ۶۱ یا ۷۲ هسته کار میکند یا خیر؛ بلکه در هر دو مورد، الگوریتمهایی موازی موردنیاز هستند. در این مرحله، باید خوشحال باشیم که درحالحاضر، توانستهایم با یادگیری برنامهریزی GPUها این الگوریتمها را طراحی و اجرا کنیم.
هرچند بهنظر میرسد قانون مور درحال کمرنگشدن است. یکی از موضوعاتی که باید به آن اشاره کرد، این است که اینتل دیگر تعداد ترانزیستورهای پردازندههای خود را اعلام نمیکند. همچنین، تعدادی از پردازندههای این شرکت زمان زیادی بعد از موعد مقرر معرفی شدند.