Llei de Moore

De Viquipèdia
Jump to navigation Jump to search
Dades històriques i llei de Moore.

La llei de Moore és la predicció que diu que el número de transistors en un circuit integrat es duplica aproximadament cada dos anys. Aquesta llei va ser creada per el co-fundador de Fairchild Semiconductor i Intel, Gordon Earle Moore, el 19 d'abril del 1965.[1][2][3]

Quan Gordon Moore va publicar el seu escrit al 1965, la llei que va publicar consistia originalment en la duplicació dels transistors dels circuits integrats cada any, siguent vàlida, segons Moore, com a mínim durant una década. Tot i això, l'any 1975 va fer un replantejament d'aquesta afirmació veient que no arribaria a complir-se, diguent que el nombre de transistors es duplicaria cada dos anys. A vegades es refereix a la llei de Moore com la duplicació dels transistors cada 18 mesos, però aquesta confusió és deguda per la predicció que va fer l'executiu de Intel David House, la qual diu que el rendiment dels xips es doblaria cada 18 mesos, no només per la duplicació dels transistors sinó també per la millora de velocitat dels transistors utilitzats.

Desde que va aparèixer la Llei de Moore, s'ha pogut comprovar la veracitat d'aquesta i ha sigut utilitzada per la industria dels semiconductors amb la finalitat de millorar tant els seus plans d'empresa com els seus objectius de investigació i desenvolupament.

Molts dels avanços en la tecnologia digital en l’ús domèstic s’han vist forçament enllaçats amb la Llei de Moore, la qual ha fet possible l’ajustament acurat dels preus dels microprocessadors any rere any. A mesura que la tecnologia millora ajustant-se a la predicció nomenada per Moore, la tecnologia inventada queda obsoleta cada dos anys, i per tant el seu preu disminueix dràsticament respecte el preu de llançament. Això implica un creixement enorme no només en l’àmbit tecnològic, d’investigació i de productivitat, sinó també un creixement econòmic i un canvi social important.

No obstant això, el mateix Moore ha posat data de caducitat a la seva llei: "La meva llei deixarà de complir-se d'aquí 10 o 15 anys". Segons va assegurar durant la conferència en la qual va fer la seva predicció va afirmar, no obstant això, que una nova tecnologia vindrà a suplir a l'actual.

Actualment s'aplica a ordinadors personals. No obstant això, quan es va formular no existien els processadors, inventats el 1971, ni els ordinadors personals, popularitzats en els anys 80. En el moment d'escriure l'article que va originar la seva llei, Moore era Director dels laboratoris de Fairchild Semiconductor. Més tard, a l'estiu de 1968, va crear Intel juntament amb Robert Noyce, un dels seus companys en ambdues empreses.

Història de la llei de Moore[modifica]

Abans que Gordon Moore escrigués sobre la que ara coneixem com a Llei de Moore, ja s’havia plantejat una idea similar. L’any 1959, Douglas C. Engelbart es va adonar que els circuits electrònics haurien de ser cada cop més petits, i per tant la densitat de transistors augmentaria. Aquest mateix any, Douglas C. Engelbart va publicar un document anomenat “Microelectronics and the Art of Similitude”, i l’any 1960 va explicar les seves idees en la Conferència Internacional de Circuits en Philadelphia, on Gordon Moore també va assistir.

Al 1965, la revista Electronics va demanar a Gordon Moore una predicció de com sería la industria dels components semiconductors en els pròxims deu anys. Com a resposta, Gordon Moore va publicar l’article anomenat “Cramming more components onto integrated circuits”. Segons el Senyor Moore, deu anys després (al 1975) seria possible tenir 65.000 components en un sol semiconductor.

Aplicació[modifica]

"A Intel vam treballar intensament per assegurar-nos que la Llei de Moore continuï guiant a la nostra indústria en el futur. Ja hem visualitzat els pròxims 10 a 15 anys d'avenços en els nostres laboratoris d'investigació", va observar Craig Barrett, executiu en cap de Intel Corporation. "Anticipem no només avanços continus en els sectors tradicionals de la computació i les comunicacions, sinó que també veiem un futur en el qual la tecnologia dels semiconductors revolucionarà la indústria de l'atenció a la salut, la forma que eduquem als nostres fills, la forma de protegir-nos a nosaltres mateixos i a l'ambient, i el maneig de la nostra vida quotidiana en un món més complex. Els xips de silici (que el ritme de la Llei de Moore fa cada vegada més poderosos) continuaran oferint aquests recursos en un futur a persones de tot el món a un cost cada vegada més baix".

Què és la Llei de Moore?[modifica]

El 19 d'abril de 1965, es va publicar un document elaborat per Gordon Moore en el qual ell anticipava que la complexitat dels circuits integrats es duplicaria cada any amb una reducció de cost molt important. Coneguda com la Llei de Moore. La llei de Moore es una observacio o predicció, no una llei física o natural. La seva predicció ha fet possible la proliferació de la tecnologia en tot el món, i avui s'ha convertit en el motor del ràpid canvi tecnològic. Moore va actualitzar la seva predicció en 1975 per a assenyalar que el nombre de transistors en un xip es duplica cada dos anys i això se segueix complint avui. A més de projectar com augmenta la complexitat dels xips (mesura per transistors continguts en un xip de computador), la Llei de Moore suggereix també una disminució dels costos. A mesura que els components i els ingredients de les plataformes amb base de silici creixen en compliment es tornen exponencialment més econòmics de produir, i per tant més abundants, potents i transparentment integrats en les nostres vides diàries. Els microprocessadors d'avui es troben a tot arreu, des de joguines fins a semàfors per al trànsit. Una targeta de felicitació musical que costa uns quants euros avui, té més poder de còmput que els mainframes més ràpids de fa unes dècades.

Principals factors habilitadors[modifica]

La tendència d'escalat de la memòria flash NAND permet duplicar els components fabricats a la mateixa zona d'obleas en menys de 18 mesos.

Nombroses innovacions de científics i enginyers han sostingut la llei de Moore des del començament de l'era del circuit integrat (IC). Algunes de les innovacions clau es detallen a continuació, com exemples d'avanços que tenen una tecnologia de circuit integrat avançada en més de set ordres de magnitud en menys de cinc dècades:

  • La principal contribució, que és la raison d'être per a la llei de Moore, és la invenció del circuit integrat, atribuït contemporàniament a Jack Kilby a Texas Instruments[4] i Robert Noyce a Fairchild Semiconductor.[5]
  • La invenció del procés complementari de metall-òxid-semiconductor (CMOS) a càrrec de Frank Wanlass el 1963,[6] i una sèrie d'avanços en la tecnologia CMOS per part de molts treballadors del camp dels semiconductors des del treball de Wanlass, han permès l'extremadament dens i d'alt rendiment CI que la indústria fabrica avui en dia.
  • La invenció de la tecnologia de memòria dinàmica d'accés aleatori (DRAM) de Robert Dennard a IBM el 1967[7] va permetre fabricar cel·les de memòria d'un sol transistor i la invenció de la memòria flash de Fujio Masuoka a Toshiba en la dècada de 1980 va generar memoria de baix cost i d'alta capacitat per a diversos productes electrònics.[8][9][10]
  • La invenció de fotoresistents amplificats químicament per Hiroshi Ito, C. Grant Willson i J. M. J. Fréchet a IBM c. 1980[11][12][13] que era 5-10 vegades més sensible a la llum ultraviolada. IBM va introduir fotoresistents amplificats químicament per a la producció de DRAM a mitjan anys vuitanta.[14][15]
  • La invenció de la fotolitografia de làser d'UV extrema per part de Kanti Jain[16] a IBM c.1980[17][18][19] ha permès reduir les minúscules característiques dels IC a 800 nanòmetres per 1990 i fins a 10 nanòmetres el 2016.[20] Anteriorment, els làsers excimers havien estat utilitzats principalment per dispositius de recerca des del seu desenvolupament en la dècada de 1970.[21][22] Des d'una perspectiva científica més àmplia, la invenció de la litografia làser excimer ha estat destacada com una de les fites més importants de la història de 50 anys del làser.[23][24]
  • Les innovacions d'interconnexió de finals de la dècada de 1990, incloent la planificació de poliment químic-mecànic o la planarització mecànica química (CMP), l'aïllament de les trinxeres i les interconnexions de coure (encara que no directament un factor en la creació de transistors més petits) han permès millorar el rendiment de l'oblia, un espai més proper entre els dispositius i una menor resistència elèctrica.[25][26][27]

Els experts (del 2001) prediuen que la llei de Moore continuarà durant diverses generacions de xips de semiconductors. Depenent del temps de duplicació utilitzat en els càlculs, això podria significar fins a un cent per cent d'augment en el recompte de transistors per xip en una dècada. Els experts de la indústria de semiconductors utilitza un temps de duplicació de tres anys per als microprocessadors, el que suposa un augment de deu vegades durant la pròxima dècada.[28] Intel va informar el 2005 afirmant que la reducció de tamany dels xips de silici amb bona economia pot continuar durant la pròxima dècada i el 2008 com a predicció de la tendència a través de 2029.[29]

Tendències futures[modifica]

Una simulació atòmica per a la densitat electrònica com la tensió de la porta (Vg) varia en un MOSFET nanofàsic. El voltatge del llindar és de 0,45 V. Els MOSFETs de Nanowire es troben al final del mapa de ruta ITRS per a dispositius d'escalat inferiors a 10 nm de longitud de la porta. Un FinFET té tres costats del canal cobert per la porta, mentre que alguns transistors de nansa tenen estructura de porta, tot proporcionant un millor control de la porta.[30]

Un dels reptes clau de l'enginyeria dels futurs transistors de nanoescala és el disseny de portes. A mesura que es redueix la dimensió del dispositiu, el control del flux actual en el canal prim és cada vegada més difícil. En comparació amb FinFETs, que tenen una porta dielèctrica a tres costats del canal, l'estructura gate-all-around té un control de porta cada vegada millor.

  • El 2010, els investigadors de l'Institut Nacional Tyndall de Cork (Irlanda) van anunciar un transistor sense juntes. Una porta de control embolicada al voltant d'un nanocable de silici pot controlar el pas dels electrons sense l'ús de connexions o dopatge. Diuen que aquestes es poden produir a escala de 10 nanómetros utilitzant les tècniques de fabricació existents.[31]
  • El 2011, els investigadors de la Universitat de Pittsburgh van anunciar el desenvolupament d'un transistor d'un sol electró, de 1.5 nanòmetres de diàmetre, fabricat amb materials basats en òxid. Tres "cables" convergeixen en una "illa central" que pot albergar un o dos electrons. Els electrons travessen l'illa per anar d'un cable a un altre. Les condicions del tercer cable produeixen propietats conductores diferents, inclosa la capacitat del transistor per actuar com a memòria d'estat sòlid.[32] Els transistors de nanocable fomenten la creació d'ordinadors microscòpics.[33][34][35]
  • L'any 2012, un equip de recerca de la Universitat de Nova Gal·les del Sud va anunciar el desenvolupament del primer transistor que consisteix en un únic àtom situat exactament en un cristall de silici (no només escollit d'una gran mostra de transistors aleatoris).[36] La llei de Moore va preveure que aquesta fita no arribaria als circuits integrats abans de 2020.
  • L'any 2015, IBM va demostrar xips de node de 7nm amb transistors de silici-germanio produïts amb Fotolitografia ultraviolada extrema (EUVL). La companyia creu que aquesta densitat de transistors seria quatre vegades superior a la dels actuals xips de 14 nm.[37]
  • El 2008, els investigadors dels laboratoris de Hewlett-Packard van anunciar un memristor de treball, un quart element bàsic del circuit passiu l'existència de la qual havia estat prèviament teoritzada. Les propietats úniques del memristor permeten la creació de dispositius electrònics més petits i de millor rendiment.[38]
  • L'any 2014, bioenginyers de la Universitat de Stanford van desenvolupar un circuit modelat sobre el cervell humà. Setze xips "Neurocore" simulen un milió de neurones i milers de milions de connexions sinàptiques, que són 9,000 vegades més ràpides i més eficients energeticament que un ordinador personal típic.[39]
  • El 2015, Intel i Micron van anunciar 3D XPoint, una memòria no volàtil significativament més ràpida, amb una densitat similar en comparació amb NAND. La seva producció havia de començar el 2016, però es va retardar fins al segon semestre del 2017.[40][41][42]

La Llei de Moore en perspectiva[cal citació][modifica]

La Llei de Moore no és una llei en el sentit científic, sinó més aviat una observació, i ha assentat les bases de grans salts de progrés.

El 2004 la indústria dels semiconductors va produir més transistors (i a un cost més baix) que la producció mundial de grans d'arròs, segons la Semiconductor Industry Association (Associació de la Indústria dels Semiconductors) dels Estats Units. El 1978, un vol comercial entre Nova York i París costava prop de 900 dòlars i trigava 7 hores. Si s'haguessin aplicat els mateixos principis de la Llei de Moore a la indústria de l'aviació comercial de la mateixa forma que s'han aplicat a la indústria dels semiconductors des de 1978, aquest vol hauria costat prop d'un cèntim de dòlar i hauria trigat menys d'1 segon en realitzar-se.

Futur de la llei de Moore[cal citació][modifica]

La llei de Moore acabarà algun dia, però es difícil preveure quan serà, molts experts, incloent Gordon Moore, diuen que acabara al voltant de l'any 2025. Hi han varies barreres en la que es podria topar.

De primeres es podria topar amb una barrera tecnològica. Els transistors cada cop son més petits, els transistors d’avui en dia són de mida microscòpic, només alguns nanòmetres, Però eventualment no es podran fer més petits. O potser ens topem amb una llei elemental de la física que no deixi continuar.

Si no arribem a una barrera tecnològica potser arribem a una econòmica. Ja no sortira a compte produir transistors més petits i es pararà de desenvolupar.[43]

Rellevància de la llei de Moore[cal citació][modifica]

En la era de ordinadors personals el mercat ha sigut dominat per la sensació de necessitar el ordinador més potent disponible. Però aquest comportament està canviant. Molts consumidors només fan servir els seus ordinadors per navegar per la xarxa o mirar els seus correus electrònics. Aquestes aplicacions no necessiten capacitat de calcul alt.

Una altre raó per que els PC no necessiten ser més potents es per el creixement de popularitat de cloud computing. On la carrega computacional es traslladada a xarxes d’ordinadors. Els usuaris poden accedir a les aplicacions a traves d’Internet. Això treu la necessitat de tenir ordinadors personals potents per aprofitar-se del cloud computing.[43]

Referències[modifica]

  1. MOORE, GORDON E. «Cramming More Components onto Integrated Circuits» (en anglès), 1998. [Consulta: 21 gener 2014].
  2. «Excerpts from A Conversation with Gordon Moore: Moore’s Law» (en anglès). intel, 2005. [Consulta: 21 gener 2014].
  3. «1965 - "Moore's Law" Predicts the Future of Integrated Circuits» (en anglès). computerhistory.org. [Consulta: 21 gener 2014].
  4. Kilby, J., "Miniaturized electronic circuits", US 3138743, issued June 23, 1964 (filed February 6, 1959).
  5. Noyce, R., "Semiconductor device-and-lead structure", US 2981877, issued April 25, 1961 (filed July 30, 1959).
  6. Wanlass, F., "Low stand-by power complementary field effect circuitry", US 3356858, issued December 5, 1967 (filed June 18, 1963).
  7. Dennard, R., "Field-effect transistor memory", US 3387286, issued June 4, 1968 (filed July 14, 1967)
  8. Fulford, Benjamin «Unsung hero» (en en). Forbes.
  9. US 4531203 Fujio Masuoka
  10. «New ultra high density EPROM and flash EEPROM with NAND structure cell - IEEE Conference Publication» (en en-us). [Consulta: 23 maig 2018].
  11. «United States Patent: 4491628 - Positive- and negative-working resist compositions with acid generating photoinitiator and polymer with acid labile groups pendant from polymer backbone». [Consulta: 23 maig 2018].
  12. Ito, H.; Willson, C. G. (1983). "Chemical amplification in the design of dry developing resist material". Polymer Engineering & Science. 23 (18): 204.
  13. Ito, Hiroshi; Willson, C. Grant; Frechet, Jean H. J. (1982). "New UV resists with negative or positive tone". VLSI Technology, 1982. Digest of Technical Papers. Symposium on.
  14. Lamola, Angelo A., et al. "Chemically amplified resists". Solid State Technology, Aug. 1991, p. 53+."Chemically amplified resists". Retrieved 2017-11-01.
  15. Ito, Hiroshi. «Chemical amplification resists: History and development within IBM». IBM Journal of Research and Development.
  16. 4458994 A US patent US 4458994 A, Kantilal Jain, Carlton G. Willson, "High resolution optical lithography method and apparatus having excimer laser light source and stimulated Raman shifting", issued 1984-07-10
  17. Jain, K. et al, "Ultrafast deep-UV lithography with excimer lasers", IEEE Electron Device Lett., Vol. EDL-3, 53 (1982); http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=1482581
  18. Jain, K. "Excimer Laser Lithography", SPIE Press, Bellingham, WA, 1990.
  19. La Fontaine, B., "Lasers and Moore's Law", SPIE Professional, Oct. 2010, p. 20; http://spie.org/x42152.xml
  20. Samsung Starts Industry’s First Mass Production of System-on-Chip with 10-Nanometer FinFET Technology; https://news.samsung.com/global/samsung-starts-industrys-first-mass-production-of-system-on-chip-with-10-nanometer-finfet-technology
  21. Basov, N. G. et al., Zh. Eksp. Fiz. i Tekh. Pis'ma. Red. 12, 473(1970).
  22. Burnham, R.; Djeu, N. (1976). "Ultraviolet‐preionized discharge‐pumped lasers in XeF, KrF, and ArF". Appl. Phys. Lett. 29: 707. doi:10.1063/1.88934
  23. Error en arxiuurl o arxiudataLasers in Our Lives / 50 Years of Impact». Arxivat de l'original el 2011-09-13. [Consulta: 22 agost 2011].
  24. «50 Years Advancing the Laser». SPIE. [Consulta: 22 agost 2011].
  25. Moore, Gordon E. (2003-02-10). "transcription of Gordon Moore's Plenary Address at ISSCC 50th Anniversary" (PDF) a 2003 IEEE International Solid-State Circuits Conference. transcription "Moore on Moore: no Exponential is forever", ISSCC 
  26. Steigerwald, J. M.. «Chemical mechanical polish: The enabling technology». A: 2008 IEEE International Electron Devices Meeting, 2008, p. 1. DOI 10.1109/IEDM.2008.4796607. ISBN 978-1-4244-2377-4.  "Table1: 1990 enabling multilevel metallization; 1995 enabling STI compact isolation, polysilicon patterning and yield / defect reduction
  27. «IBM100 – Copper Interconnects: The Evolution of Microprocessors». [Consulta: 17 octubre 2012].
  28. «International Technology Roadmap for Semiconductors». Arxivat de l'original el 2011-08-25. [Consulta: 22 agost 2011].
  29. «Moore's Law: "We See No End in Sight," Says Intel's Pat Gelsinger». SYS-CON. [Consulta: 1r maig 2008].
  30. "International Technology Roadmap for Semiconductors". Archived from the original on 2011-08-25. Retrieved 2011-08-22
  31. Dexter, Johnson. «Junctionless Transistor Fabricated from Nanowires». IEEE Spectrum, 22-02-2010. [Consulta: 20 abril 2010].
  32. "Super-small transistor created: Artificial atom powered by single electron". Nature Nanotechnology. Science Daily. 6: 343–347. 2011-04-19. Bibcode:2011NatNa...6..343C. doi:10.1038/nnano.2011.56. Retrieved 2011-08-22
  33. Kaku, Michio. Physics of the Future. Doubleday, 2010. ISBN 978-0-385-53080-4. 
  34. Yirka, Bob (2013-05-02). "New nanowire transistors may help keep Moore's Law alive". Nanoscale. Phys.org. 5: 2437. doi:10.1039/C3NR33738C. Retrieved 2013-08-08.
  35. «Rejuvenating Moore's Law With Nanotechnology». Forbes, 05-06-2007.
  36. Fuechsle, M; Miwa, JA; Mahapatra, S; Ryu, H; Lee, S; Warschkow, O; Hollenberg, LC; Klimeck, G; Simmons, MY (2011-12-16). "A single-atom transistor". Nat Nanotechnol. Nature. 7: 242–6. Bibcode:2012NatNa...7..242F. doi:10.1038/nnano.2012.21. PMID 22343383. Retrieved 2012-01-19.
  37. Clark, Don «IBM Reports Advance in Shrinking Chip Circuitry» (en en-us). Wall Street Journal, 09-07-2015. ISSN: 0099-9660.
  38. Strukov, Dmitri B; Snider, Gregory S; Stewart, Duncan R; Williams, Stanley R (2008). "The missing memristor found". Nature. 453(7191): 80–83.
  39. «Stanford bioengineers create circuit board modeled on the human brain | Stanford News Release» (en en). [Consulta: 23 maig 2018].
  40. Kelion, Leo «New fast memory tech outraces flash» (en en-gb). BBC News, 28-07-2015.
  41. «Intel's New Memory Chips Are Faster, Store Way More Data» (en en-us). WIRED.
  42. «Intel’s first Optane SSD: 375GB that you can also use as RAM» (en en-us). Ars Technica.
  43. 43,0 43,1 «How Moore's Law Works» (en en). HowStuffWorks, 26-02-2009.

Vegeu també[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Llei de Moore Modifica l'enllaç a Wikidata