Avaa päävalikko

Mooren laki on alun perin Intelin entisen toimitusjohtaja Gordon Mooren vuonna 1965 julkaisemassa artikkelissa esiintynyt ennustus komponenttimäärän tuplaantumisesta kustannustehokkaasti tuotetuissa mikropiireissä. Aikaväliksi Moore asetti ensiksi vuoden, mutta korjasi vuonna 1975 väliksi kaksi vuotta. Joskus aikaväliksi mainitaan kuitenkin 18 kuukautta, joka on peräisin Mooren Intel-kollegalta David Houselta ja ottaa huomioon myös transistorien tehokkuuden kasvun ennustettaessa laskentatehon kasvua (johon myös muut tekijät vaikuttavat).

Mooren ennustus on osoittautunut hyvinkin paikkaansa pitäväksi sen yli 50-vuotistaipaleellaan ja sitä on käytetty puolijohdeteollisuuden pitkäaikaissuunnitelmien teossa. Edistysaskeleet elektroniikassa ylipäätään ovat vahvasti seuranneet lain kuvaamaa kehitystä, aina muistinkasvusta älypuhelinten kehittymiseen. Elektroniikkateollisuudella taas on ollut merkittävä osuus maailmantalouden kasvussa aina 1900-luvun lopulta alkaen, joten laki on sitäkin kautta tärkeä kehityksen kuvaaja.

2010-luvulla lain kuvaama kehitys on alkanut osoittaa hidastumisen piirteitä. Teoreettisena rajana komponenttien koolle on pidetty atomien kokoluokkaa, mutta kvantti-ilmiöiden mukanaan tuomat haasteet alkavat jo 7/5nm-kokoluokassa. Tällä hetkellä olemme menossa 10nm-teknologiassa massatuotettujen mikropiirien osalta.

HistoriaMuokkaa

Ensimmäiset transistorit keksittiin jo ennen Mooren syntymää. Julius Edgar Lilienfeld otti nimiinsä ensimmäisen transistoripatentin Kanadassa vuonna 1925. Patentti ei kuitenkaan sisältänyt mitään sellaista tietoa, josta olisi käytännön hyötyä. Ensimmäiset käyttötarkoitukset löytyivät vuonna 1947, kun yhdysvaltalaiset John Bardeen ja Walter Brattain kehittivät kärkitransistorin työskennellessään Bell Telephone Laboratoryssä. He muun muassa hyödynsivät transistoria äänenvahvistimissa. Vähitellen ihmiset näkivät transistorien potentiaalin myös laskennassa. Teollisesti transistoreita alettiin valmistamaan vuonna 1951.[1]

Vuonna 1965 Intelin perustaja sekä entinen toimitusjohtaja Gordon Moore sai tehtäväkseen kirjoittaa artikkelin transistorien kehityksestä sen aikaiseen elektroniikkalehteen. Artikkelissaan Moore teki useita paikkaansa pitäviä ennustuksia. Hän ennusti esimerkiksi, että:

  • tietokoneiden tehot kasvaisivat
  • tietokoneiden tuotantohinta tulisi laskemaan
  • mikropiirejä levitettäisiin laajemmin tietokoneisiin
  • mikropiirien määrä kasvaisi tietokoneissa

Moore kokosi ennustukset yhteen ja loi lain, jonka hän nimesi itsensä mukaan, Mooren laiksi. Gordon Moore ei ollut ensimmäinen, joka sai tämänkaltaisen idean. Douglas Engelbart julkaisi artikkelin "Microelectronics, and the Art of Similitude" jossa hän teki samankaltaisia havaintoja. Vuonna 1960, mikropiirien alkuaikoina, hän esitteli ajatuksiaan luennolla. Moore oli ollut paikalla yleisössä.[2]

Gordon Moore on tehnyt merkittävän uran transistoreiden ja mikropiirien kehittämisen parissa, minkä seurauksena häntä on muistettu useilla merkittävillä palkinnoilla. Hän on saanut muun muassa IEEE:n (kansainvälinen elektroniikka- ja sähköinsinöörijärjestö) kunniamitalin sekä Yhdysvaltojen teknologia- ja innovaatiomitalin George W. Bushin myöntämänä. Moore oli vuonna 1957 mukana perustamassa transistoreiden ja mikrosirujen valmistamiseen erikoistunutta Fairchild Semiconductoria.[3]

Mooren toinen lakiMuokkaa

Voidaan olettaa, että mikropiirien pienentyessä, niiden valmistamisen hinta tulee eksponentiaalisesti kasvamaan. Niiden valmistuskustannukset tuplaantuvat joka neljäs vuosi. Tämä aiheuttaa ns. käänteisen efektin Mooren laille. Vaarana on se, että jos jokin yritys saa monopoliaseman markkinoilla, pystyy se määrittämään tähtitieteellisen hinnan komponentille. Tähän mennessä piirivalmistus on kuluttajien onneksi pysynyt useammalla yrityksellä.[4]

Mooren lain nykyhetki ja tulevaisuusMuokkaa

2010-luvulle tultaessa useat tahot ovat alkaneet ennustaa kehityksen hidastumista ja Mooren lain päättymistä tämän tai seuraavan vuosikymmenen aikana. Puolijohdeteollisuuden asiantuntijoiden dokumenteista koostettu ITRS:n vuoden 2010 raportti ennusti kasvuvauhdin siirtyvän lähemmäksi kolmea vuotta vuoden 2013 tienoilla.[5] Prosessorivalmistaja AMD:n pääsuunnittelija John Gustafson esitti vuonna 2013, että Mooren laki kestää enää kymmenen vuotta.[6]

Vuonna 2015, Intelin silloinen toimitusjohtaja Brian Krzanich sanoi: ”Viimeisimmät kaksi teknologiasiirtymää ovat osoittaneet, että kehitysvauhti on lähempänä kahta ja puolta kuin kahta vuotta” (viitaten 22nm:n ja 14nm:n päivityksiin vuosilta 2012 ja 2014).[7] Useiden myöhästymisten jälkeen, Intelin 10nm-teknologiaan pohjautuvien prosessoreiden massatuotannon odotetaan alkavan vuonna 2019.[8]

Kvantti-ilmiöiden ja jännitehäviöiden yleistyminen 7/5nm:n kokoluokassa hankaloittaa kutistumista entisestään ja tätä pidetään merkittävänä haasteena Mooren lain jatkumisen kannalta.[9]

Uusia transistoriteknologioita on kuitenkin koko ajan kehitteillä, joissa osassa korvataan pii jollain uudella, tehokkaammalla raaka-aineella, kuten Molekyyli- ja DNA-pohjaisissa transistoreissa.[10] Myös yksittäisen atomin, ja jopa yksittäisen elektronin mahdollisuutta toimia transistorina, tutkitaan.[11] Vuonna 2012 kehitettiin teknologia, jolla peräti vain 1 atomin kokoisia transistoreja voisi tuottaa massoittain, tosin toistaiseksi vain -200 asteen lämpötilaan.[12] IBM:n tutkijat onnistuivat vuonna 2017 databitin tallentamisessa yhteen atomiin.[13] Näiden menetelmien tutkiminen on kuitenkin alkuvaiheessa, joten on hyvin vaikea sanoa, mikä niistä kantautuu massatuotettujen prosessorien teknologiaan.

2016 Intelin teknologiajohtaja William Holt esitti, että Mooren laki on lakkaamassa, kun Intel keskittyy lähitulevaisuudessa suoritinten energiatehokkuuden parantamiseen laskentatehon asemesta uusien valmistumenetelmien kehityksessä.[14] Laskentateho saattaisi hetkellisesti jopa vähetä uusien valmistustekniikoiden myötä.[14] Wattia kohden laskentatehoa olisi kyllä enemmän kuin perinteisillä piipohjaisilla ratkaisuilla, mutta kokonaissuorituskyky olisi ainakin aluksi huomattavasti perinteisiä suorittimia heikompi.[14] Maaliskuussa 2016 Intel ilmoitti yhtiön päätöksestä hidastaa uuden mikropiiriteknologiansa julkaisutahtia.[15][16]

Vaikka Mooren lain kuvaama mikropiirien komponenttimäärän kasvu hidastuisi, on silti mahdollista, että loppukäyttäjälle tuotettu laskentateho pysyisi silti kasvussa esimerkiksi tietokoneen kokonaisarkkitehtuuria tehostamalla.[17] Vuonna 2016 ITRS esitteli niin kutsutun ”More Moore” tulevaisuusstrategian, jossa mikropiiriteknologian kehitystyö palvelisi entistä enemmän sovellusten tarpeita, kuin keskittyisi vain komponenttimäärään kasvattamiseen.[17] Tästä hyvänä esimerkkinä moniydinprosessoinnin parempi hyödyntäminen.[17] Sovelluskirjo vaihtelee IOT-laitteista älypuhelimiin ja datakeskuksiin, sekä tekoälyn tarpeisiin.[17]

LähteetMuokkaa

Aiheesta muuallaMuokkaa

Tämä tietotekniikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.