Ley de Moore a los 50: su pasado y su futuro

Física cuántica

Cuando a Gordon Moore, entonces en Fairchild Semiconductor, se le pidió en 1965 que teorizara sobre el futuro del circuito integrado recientemente desarrollado, tenía uno en su laboratorio con 64 transistores en ese entonces asombrosos, el doble de los 32 que era el estado de la técnica. solo un año antes. Al conectar esos puntos en un gráfico con el transistor plano de un solo componente inventado en 1959, Moore notó que la cantidad de componentes se duplicaba aproximadamente cada año. En un artículo contribuyó a un número especial de Electrónica revista publicada esa primavera, especuló que podría continuar haciéndolo durante al menos una década. No fue hasta que pasó esa década, y Carver Mead, amigo de Moore, notó que la tendencia se había mantenido, que se acuñó el término Ley de Moore.



Mientras miramos hacia el futuro de la Ley de Moore después de su asombrosa carrera de 50 años, 50 años oficialmente a partir del 19 de abril, es útil mirar hacia atrás para ver cómo llegó a ser y cuánto ha evolucionado para adaptarse a una industria cambiante. ya. Eso proporciona una base para especular sobre lo que sucederá con el ritmo de la innovación informática en el futuro.

1965: la conjetura muy educada de Gordon Moore

La predicción de Moore fue el resultado de combinar dos observaciones muy importantes que hizo durante el proceso de redacción de su artículo original. Primero, que en un momento dado había una cantidad óptima de componentes para colocar en un chip. Más componentes significaba un menor costo por componente, excepto que a medida que aumentaba la cantidad de componentes, el rendimiento disminuía, por lo que en algún momento hubo rendimientos decrecientes al incluir más componentes en un chip. Hizo un gráfico de la compensación entre complejidad y rendimiento en el siguiente cuadro, con una extrapolación a 1970.



Moore

La primera observación de Moore fue que existe una densidad óptima natural de componentes para lograr los costos generales más bajos, uno que cambia con el tiempo.

En segundo lugar, se dio cuenta de que la cantidad óptima de componentes en un chip aumentaba rápidamente: se había duplicado cada año desde que se creó el primer transistor plano en 1959. Eso produjo una curva exponencial, que graficaba en el gráfico siguiente. Extendió la línea de datos históricos hacia el futuro, prediciendo que la duplicación podría continuar durante al menos diez años en el futuro. Si bien Moore se inspiró para pensar en el rápido progreso en la miniaturización de componentes al escuchar a Douglas Engelbart hablar sobre el tema, Moore fue el primero en trazar los puntos en papel y hacer una predicción específica sobre cómo progresaría. Moore nunca pensó en su predicción como una ley, ni siquiera como algo relacionado con los principios físicos subyacentes. Pero sí explicó en el artículo con cierto detalle cómo pensaba que cada posible problema técnico que debía resolverse durante la próxima década podría abordarse con éxito.

Moore

La segunda observación de Moore fue que la densidad óptima de componentes se había duplicado cada año desde que se crearon los primeros circuitos integrados.

1975: Carver Mead inmortaliza una Ley de Moore ya modificada



Para cuando Carver Mead acuñó el término Ley de Moore alrededor de 1975, el propio Moore ya lo había modificado. Aunque Moore nunca esperó que sus proyecciones fueran muy precisas, había predicho casi perfectamente el progreso de los semiconductores durante una década. Sin embargo, Moore consideró que las ganancias en la densidad de componentes comenzarían a disminuir y sugirió que para 1980 una duplicación cada dos años era una perspectiva más probable.

La Casa de Intel reforma la Ley de Moore en su forma actual

Como predijo Moore, el número de transistores ha aumentado exponencialmente desde la invención del circuito integrado.Si bien las ganancias de densidad de componentes se estaban desacelerando en 1975, Dave House de Intel observó que los componentes individuales se estaban volviendo más rápidos. Teorizó que esto significaba que la potencia de cálculo en un chip podría duplicarse aproximadamente cada 18 meses, más lento que la predicción original de 1965 de Moore, pero más rápido que la revisión de 1975. Esta es la forma de la Ley que se ha popularizado y la industria de los semiconductores la ha seguido con cuidado, casi servilmente, y ha confiado en ella.

Si trabaja en la industria de los semiconductores, los detalles de la Ley de Moore son muy importantes para usted. Hay algunas buenas razones para cuestionar si el progreso en la tecnología de circuitos integrados puede continuar al ritmo actual. Mi colega, Joel Hruska, tendrá mucho que decir al respecto en otro artículo. Para muchos de nosotros, sin embargo, el impacto principal de la Ley de Moore ha sido una abundancia cada vez mayor de potencia informática a un costo reducido; realmente no nos importa cómo la industria lo hace posible. Por lo tanto, vale la pena considerar esas innovaciones en el contexto más amplio de la informática antes, y quizás después, del circuito integrado.

Del ábaco a la supercomputadora



A pesar del enfoque dado a la revolución informática provocada por la invención del transistor y el circuito integrado, las computadoras existían mucho antes de que alguien pensara en usar silicio para crearlas. Un paseo por las exhibiciones ordenadas cronológicamente del Museo de Historia de la Computación comienza con el ábaco, que a su vez da paso a la regla de cálculo, calculadoras mecánicas que datan de Babbage, y luego décadas de mainframes cada vez más poderosos que dependían de tubos de vacío. Antes de los circuitos integrados, los transistores discretos incluso hicieron posible las primeras supercomputadoras como el Atlas y el 3 MFLOP CDC 6600.

Si observamos el progreso de la computación en los 30 años antes de que Moore escribiera su artículo, podemos trazar las ganancias en la potencia de procesamiento del 1 ciclo por segundo de la computadora mecánica Z1 de Konrad Zuse de 1938, posiblemente el primer modelo programable verdadero con una arquitectura moderna. - a los 3MFLOP del CDC 6600 de 1965. Incluso si otorgamos caritativamente el Z1 1FLOP, la ganancia corresponde a la duplicación de la potencia de cálculo cada 12 a 18 meses durante ese tiempo, similar a la tasa proyectada por Moore para circuitos integrados, pero en varias implementaciones físicas diferentes. En su libro sobre The Singularity, Ray Kurzweil se remonta aún más atrás, recopilando datos desde 1900 y el tabulador mecánico. Si graficamos esos datos en una escala logarítmica, podemos ver que hemos estado haciendo un progreso exponencial durante más de un siglo:

Desde 1900, el rendimiento informático por dólar se ha duplicado aproximadamente cada uno o dos años

Después del circuito integrado



El circuito integrado moderno se encuentra con todo tipo de límites en tamaño y potencia que pueden significar el final de la versión estrictamente definida de la ley de Moore. Pero tenemos muchas nuevas tecnologías esperando entre bastidores para recoger las piezas, de la misma manera que el circuito integrado reemplazó a los transistores y los transistores lo hicieron a los tubos de vacío. Quizás la más obvia es la computación paralela masiva, mejor tipificada hoy en día por la GPU moderna. Nos ha proporcionado aumentos masivos en el rendimiento no solo para los gráficos, sino para cada vez más aplicaciones que se están reescribiendo para aprovechar una gran cantidad de núcleos de procesamiento. Más allá de eso, se encuentra el extraño mundo de la computación cuántica, que poco a poco está comenzando a tomar forma práctica. O quizás nuevos tipos de arquitecturas de computadora física, como las que usan luz o quizás grafeno.

Muchos niños están familiarizados con la fábula sobre el matemático que le pidió al rey una simple duplicación de un grano de arroz en cada cuadrado de un tablero de ajedrez, y cómo dejó al rey sin arroz. De la misma manera, estamos en la posición afortunada en informática de que, a pesar de que las sucesivas tecnologías se están agotando, los innovadores siempre parecen idear 'la próxima gran cosa' en el último momento para mantener nuestro asombroso progreso. Cuando se le entrevistó sobre el tema, el propio Moore reflexionó tanto que la tecnología de semiconductores no podía mantener su rápido progreso como que otras tecnologías como la nanotecnología y el grafeno podrían intensificar para satisfacer la necesidad.

(Los gráficos de Moore reimpresos en Comprensión de la ley de Moore . Tabla de recuento de transistores de Wikimedia . Kurzweil datos de La singularidad está cerca, página 70 )

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