hirdetés
hirdetés

A számítástudomány nagy kérdése

Mi jöhet a Moore-törvény után?

Meddig marad érvényben, mi jöhet a számítástudomány legismertebb törvényének elavulása után?

hirdetés

Az integrált áramkörök kapacitása kétévente megduplázódik – mondja ki a számítástudomány talán legtöbbet emlegetett, az egyik Intel-alapító, Gordon Moore által 1965-ben megfogalmazott törvénye. Másik előrejelzése szerint az integrált áramkörökbe épített tranzisztorok száma évente megkétszereződik. Az első prognózisban eredetileg érdekes módon egy év szerepelt, Moore 1975-ben módosította kettőre, manapság 18 hónapról beszélnek.

Már ameddig érvényben marad…

„Az Electronics magazin harmincötödik születésnapi számához a szerkesztő a félvezető alkatrészek következő tíz évéről szóló cikket kért tőlem. El akartam fogadtatni azt a gondolatot, hogy az integrált áramkörök viszik majd le az árakat. Ezért vontam le a következtetést: az akkoriban hozzáférhető legnagyobb áramkörök körülbelül harminc komponensből álltak, és a múltba visszatekintve azt láttam, hogy tizenhat havonta, azaz nagyjából évente duplázódik ez az érték. Nem hittem, hogy akkurátus előrejelzés lesz, egyszerűen el akartam fogadtatni, hogy a gépek így lesznek komplexebbek és lényegesen olcsóbbak. Aztán kiderült, a következtetés sokkal pontosabb, mint gondoltam” – emlékezett vissza évekkel később Moore.

A számítástechnikai ipar magáévá tette az 1975-ben pontosított törvényt, azt a tényt, hogy a tranzisztorok – az egyekként és nullákként ábrázolt elektromos jeleket „termelő” parányi on/off kapcsolók – száma két, majd másfél év alatt megkétszereződik. A komponensek az 1965-ös harmincból többmilliárdra sokasodtak. Az ipari kémia – és a szilícium – csodája, hogy így történt: az anyag kiváló félvezető (kontrollálható módon vezeti az áramot), és a kristályszerkezet a zsugorodás ellenére intakt marad.

Korlátok mindenhol

A technológiai fejlődés következtében a törvény lassan megdőlni látszik, egyre több jel utal rá, az időpontról viszont megoszlanak az előrejelzések. A legáltalánosabb vélekedés alapján maximum tíz év, de könnyen lehetséges, hogy már előbb érvényét veszti. A fejlődés örvendetes következménye, hogy (Moore törvényére rímelve) másfél évente megduplázódik a számítógépek energiahatékonysága, azaz az informatikai eszközök működéséhez szükséges energiamennyiség kettővel osztódik – állapította meg Jonathan Koomey stanfordi kutató.

Nagyon úgy tűnik, a félvezetőipar lassan felhagy a Moore-törvény követésével. Egy márciusban megjelent ipari ütemezésterv az alkalmazásokkal kezdődő kutatás-fejlesztést emeli ki, a chipekig bezárólag. Fontos elem, hogy az alkalmazásoktól jutnak el a chipig, és nem fordítva.

„Minden iparági szereplőnek gondot okoz a terv értelmezése, senki nem tudja pontosan, mit is jelent” – nyilatkozta Daniel Reed (Iowa Egyetem).

Moore törvénye az áramkörök atomi szintre történő zsugorodása mellett több tényező miatt is érvényét vesztheti. Egyik legfontosabb, hogy mivel egyre több szilícium áramkört tesznek ugyanabba a kicsi méretbe – vagy még kisebbe –, a generált hőt nagyon nehéz kezelni, komoly fejtörést okoz, hogy mit tegyenek vele. Másik tényező az informatika egyre mobilabbá válása, mobilalkalmazások és adatok számítási felhőbe migráltatása.

A Kaliforniai Egyetem (Berkeley) tudósai áthidaló javaslattal álltak elő: olyan új eszközöket kell tervezni, amelyekbe jól ismert funkciókkal rendelkező meglévő áramkörök nagy darabjai integrálhatók.

Alternatívák

Igor Markov, a Michigan Egyetem Számítástudományi Karának tanára szerint a jövő számítógépes hardverének megértéséhez nemcsak a törvény korlátait, hanem a korlátok természetét is jobban kellene ismerni. Sok mérnök attól fél, hogy a korlátokat akkor érjük el, ha a tranzisztorok sűrűsége nagyon megközelíti az atomi szintet. Markov szerint a számítási kapacitás a méretezésen kívül másként, például hatékonyabb energiahasználattal is növelhető. Komoly elvárásai vannak az új anyagokkal, grafénnel, szén nanocsöves tranzisztorokkal stb. szemben.

Az IBM bejelentette, hogy 3 milliárd dollárt szán az ezirányú kutatás-fejlesztésre. Több energiát spórolhatunk velük, amitől nő a feldolgozó kapacitás.

Az egyetlen atomnyi vastagságú grafitréteg (grafén) keményebb a gyémántnál, jobb elektromos vezető a réznél, rugalmasabb a guminál. Mérete és remek vezetőképessége miatt grafén nanoszalagokból nagyon gyors, a szilíciumnál százszor, sőt, akár ezerszer gyorsabb áramkörök építhetők. A méret azonban probléma is: nehéz 1 atom vastagságú matériából 20-50 atom széles dolgokat készíteni. Komoly gond az is, hogy az anyag nem rendelkezik a tranzisztor kikapcsolásához szükséges kvantumjeggyel (olyan tartománnyal – tiltott sávval –, amelyben az elektronállapotok tiltottak).

Ez a probléma kisebb, tehát könnyebben kezelhető mértékben az egyébként szintén hatékony szén nanocsöveknél is fennáll.

A Hewlett-Packard teljesen új típusú elektronikus alkatrészt, memrisztort tartalmazó chipeket fejleszt. Már 1971-ben előrejelezték, de az első fejlesztésre csak 2008-ban került sor. A memory (memória) és a resistor (elektromos ellenállás) szavak összetétele: passzív elektromos elem, amelynek az elektromos ellenállása nem állandó, hanem a múltbeli állapotától függ. Sokak szerint felválthatja a jelenlegi flash és más (SSD, DRAM) memóriákat megalapozó tranzisztortechnológiát.          

A természetes modelleket is jobban kellene értenünk és pontosabban másolnunk. Az emberi agy például szerkezetét és működését tekintve is teljesen más, mint a mai számítógépek. Az IBM egyik kutatócsoportja, ha nem is a Homo sapienshez hasonló képességű, de legalább a házi légy „szellemi kapacitását” elérő kognitív komputert fejleszt. A True North chipben 256 szinaptikus kapcsolat köti össze az 5 milliárd tranzisztor által modellezett egymillió idegsejtet.

A fizikai korlátok tényleg léteznek, viszont szerencsére annyira tágak, hogy az informatikát talán nem befolyásolják olyan mértékben, mint sokan gondolják.

Hogyan mentsük meg a Moore-törvényt?

Egyesek viszont inkább elodáznák a törvény kimúlását, és például az Intel, a Samsung és más vállalatok által működtetett gyárakban azt hátráltató, lassító eszközt tesztelnek. Azért van szükség rá, mert a cégek a végső határig vitték a mai litográfiai technológiát, és a chipek legújabb generációja már többszörös mintázó lépéseket használ minden egyes rétegnél. A lépések hosszabb ideig tartanak, növelik a komplexitást és a kiadásokat.

A rövidebb hullámhosszú extrém ultraibolya (EUV) fény egyfajta menekvés lehet. A chipgyártó felszereléseket készítő holland ASML ugyanis bejelentette, hogy elhárította a technológia sikeres implementálásának legnagyobb akadályát.

A plazma- és a lézerfizika fejlődése, az érintett anyagok jobb megértése együtt tették lehetővé, hogy az ASML világosabbá „varázsolja” a fényforrást. Lézerrel felmelegítenek egy óncseppet, plazmává alakítják át, és hűlés közben EUV fényt bocsát ki. Az átalakítást egy fénykibocsátás előtti lépés hozzáadásával tették az eddigi EUV módszereknél ötször hatékonyabbá. Az első impulzus az ólmot törmelékformává változtatja, amellyel a második impulzusnál jobban megy az energiahasználat, pontosabban az energia elnyelése, lekötése. Világosabb fénnyel pedig megduplázódik a gyártás tempója, ami ugyan még mindig lassabb a használatban lévő technológiáknál, de ezek a technológiák lelassulnak a következő években.

Az iparág vezetői szerint az új technológiával már 2018-ban tömegesen lehet chipeket gyártani. 

Kömlődi Ferenc
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés