النقاط الرئيسية
“قانون مور هو عبارة عن ملاحظة من جانب جوردون مور مؤسس شركة إنتل مفادها أن كثافة الترانزستورات تتضاعف على فترات زمنية مع بقاء السعر ثابتًا. ويعتقد بعض العاملين في الصناعة أن تلك الأيام قد ولت.
جوردون مور، المؤسس المشارك لشركة إنتل، هو الرجل المسؤول عن قانون مور. لقد لاحظ مور أن كثافة الترانزستورات في الدوائر المتكاملة تتضاعف كل عامين. يقول البعض إن قانون مور قد انتهى الآن، ولكن لماذا؟
ماذا يقول قانون مور
جوردون مور صنع له الملاحظة الأصلية في عام 1965:
“لقد زادت تعقيدات تكاليف المكونات الدنيا بمعدل يقارب ضعفين في السنة. ومن المؤكد أنه من المتوقع أن يستمر هذا المعدل على المدى القصير، إن لم يكن في ارتفاع. أما على المدى الأبعد، فإن معدل الزيادة أقل يقيناً بعض الشيء، رغم أنه لا يوجد سبب للاعتقاد بأنه لن يظل ثابتاً تقريباً لمدة عشر سنوات على الأقل”. – جوردون مور في
حشر المزيد من المكونات في الدوائر المتكاملة.
يمكن تفسير هذا بعدة طرق، ولكنه يعني أمرين. أولاً، (في ذلك الوقت) ستتضاعف كثافة الترانزستورات في أبسط الدوائر المتكاملة كل عام. ثانياً، سيكون هذا صحيحًا أيضًا عند أدنى مستوى من التكلفة. لذا إذا ظلت تكلفة تصنيع دائرة متكاملة بحجم معين مستقرة بمرور الوقت (مع مراعاة التضخم)، فهذا يعني فعليًا أن تكلفة الترانزستور الواحد ستنخفض إلى النصف كل عامين.
وهذا مستوى مذهل من النمو الأسّي الذي أظهرته “مشكلة القمح و رقعة الشطرنج“حيث إذا وضعت حبة قمح واحدة (أو أرز) في المربع الأول ثم ضاعفت الكمية لكل مربع لاحق، فسوف يصل الأمر إلى ما يزيد عن 18 كوينتيليون حبة في المربع 64!
وقد قام مور بعد ذلك بمراجعة ملاحظاته لتمديد الفترة الزمنية إلى مرة كل ثمانية عشر شهراً، ثم مرة كل عامين في نهاية المطاف. وعلى هذا ففي حين لا تزال كثافة الترانزستورات تتضاعف، يبدو أن وتيرة التضاعف تتباطأ.
إنه ليس قانونًا فعليًا
ورغم أن هذا القانون يُلقب بـ”قانون مور”، فإنه ليس قانونًا بالمعنى الصحيح للكلمة. وبعبارة أخرى، فهو ليس مثل القانون الطبيعي الذي يصف كيفية عمل أشياء مثل الجاذبية. بل هو عبارة عن ملاحظة وإسقاط للاتجاهات التاريخية في المستقبل.
في المتوسط، ظل قانون مور قائما منذ عام 1965، وفي بعض النواحي، يعد بمثابة معيار لصناعة أشباه الموصلات لتحديد ما إذا كان على المسار الصحيح أم لا، ولكن لا يوجد سبب يفرض عليه أن يكون صحيحا، أو يظل صحيحا إلى أجل غير مسمى.
الأداء لا يقتصر على كثافة الترانزستور
الترانزستور هو المكون الأساسي لأي جهاز أشباه موصلات، مثل وحدة المعالجة المركزية. ومن الترانزستورات يتم بناء أجهزة مثل البوابات المنطقية، مما يسمح بمعالجة البيانات بشكل منظم في الكود الثنائي.
من الناحية النظرية، إذا ضاعفت عدد الترانزستورات التي يمكنك وضعها في مقدار معين من المساحة، فإنك تضاعف كمية المعالجة التي يمكن أن تحدث. ومع ذلك، ليس فقط عدد الترانزستورات التي لديك ولكن ما تفعله بها هو المهم. تلقت المعالجات الدقيقة العديد من التطورات في الكفاءة، مع تصميمات متخصصة لتسريع أنواع معينة من المعالجة، مثل فك تشفير الفيديو أو إجراء العمليات الحسابية المتخصصة اللازمة للتعلم الآلي.
إن تقليص حجم الترانزستورات يعني عمومًا الوصول إلى ترددات تشغيل أعلى مع استخدام قدر أقل من الطاقة لنفس كمية طاقة المعالجة من الجيل السابق. يقتصر قانون مور على كثافة الترانزستور، لكن العلاقة بين كثافة الترانزستور والأداء ليست خطية.
ماذا تعني بـ “لقد مات”؟
على مر السنين، تم ترديد عبارة “قانون مور قد مات” عدة مرات، وما إذا كان هذا صحيحًا يعتمد على وجهة نظرك. لا تزال كثافة الترانزستورات تتضاعف، ولكن بوتيرة أبطأ حيث قام مور بمراجعة الإطار الزمني عدة مرات الآن.
السبب الذي يجعل البعض يزعمون أن القانون قد مات ليس أن كثافة الترانزستورات لم تتضاعف بعد، بل أن تكلفة الترانزستورات لم تنخفض إلى النصف. بعبارة أخرى، لم يعد بإمكانك الحصول على ضعف عدد الترانزستورات بنفس المبلغ بعد دورة مضاعفة.
إن أحد الأسباب المهمة وراء حدوث هذا هو أننا نقترب من حدود مدى صغر حجم الترانزستورات التي يمكننا تصنيعها. وفي وقت كتابة هذه المقالة، تشكل عمليات التصنيع بتقنية 5 نانومتر و3 نانومتر الجيل الحالي والجيل القادم من التكنولوجيا. ومع تقدمنا نحو الحد الأقصى لما هو ممكن، فمن المرجح أن يزداد عدد المشاكل وتكلفة التغلب عليها.
ولكن، لمجرد أن أسعار الترانزستورات قد لا تنخفض إلى النصف كما كانت في السابق، فهذا لا يعني أن الأداء لن يتضاعف أو ينخفض إلى النصف. تذكر أن عدد الترانزستورات ليس سوى جزء واحد من الأداء. فنحن نحقق سرعات أعلى للساعة، ونضع المزيد من النوى في وحدة معالج واحدة، ونفعل المزيد باستخدام الترانزستورات، ونبتكر سيليكونًا جديدًا يمكنه تسريع وظائف محددة مثل التعلم الآلي. وبهذا المعنى الموسع، لا يزال قانون مور قائمًا، ولكن في شكله الأصلي، فهو على قيد الحياة.
قانون مور لابد أن يموت في وقت ما
لم يصدق أحد قط أن ملاحظة مور حول كثافة الترانزستور وتكلفته سوف تظل صحيحة إلى الأبد. ففي نهاية المطاف، سوف يتجه الرسم البياني الأسي في النهاية نحو كثافة الترانزستور وأداء الحوسبة اللانهائي. وبقدر ما يعلم أي شخص، فإن هذا غير ممكن فعليًا، ومن غير المرجح بشكل خاص أن يكون ممكنًا باستخدام الإلكترونيات شبه الموصلة كما نعرفها اليوم.
هناك بالفعل العديد من التحديات التي تواجه المكونات الصغيرة في المعالجات الحديثة والتي تعاني من تأثيرات كمية غير مرغوب فيها. في مرحلة ما، لن تتمكن من الاحتفاظ بالإلكترونات داخل دوائرك الصغيرة بعد الآن، لذا فإن محاولة جعل الأشياء أصغر حجمًا ستصطدم بحائط من الطوب.
في هذه المرحلة، قد يكون الوقت قد حان للانتقال إلى نوع آخر من ركائز الحوسبة، مثل الفوتونيات، ولكن من المرجح أن تكون هناك طرق لا حصر لها للحصول على أداء أفضل من أشباه الموصلات والتي لا تنطوي على جعل الترانزستورات أصغر حجمًا.
لقد بدأنا بالفعل نشهد طرقاً فعالة من حيث التكلفة لبناء معالجات ضخمة من معالجات أصغر حجماً، مثل تصميمات شرائح AMD أو استراتيجية Apple المتمثلة في لصق شرائحها الأساسية معاً لصنع وحدات معالجة مركزية ضخمة تعمل وكأنها نظام واحد. وهناك إمكانات كبيرة في فكرة بناء وحدات معالجة مركزية بدوائر ثلاثية الأبعاد، مع طبقات من مكونات الرقائق الدقيقة التي تتواصل رأسياً وأفقياً.
في حين يبدو أن الحد الأقصى لكثافة الترانزستور يقترب أكثر فأكثر كل يوم، فإن الحد الحقيقي لقوة الحوسبة التي يمكن تحقيقها لا يزال سؤالا مفتوحا.