انجمن انفورماتیک ایران انجمن انفورماتیک ایران انجمن انفورماتیک ایران
گزارش کامپیوتر شماره 234, ویژه مرداد و شهریور ماه 96 منتشر شد. دوشنبه  ٢٩/٠٨/١٣٩٦ ساعت ١١:١٢
 

 قانون مور 50 ساله شد

 


 

این روزها هنگامی که دارید ساعت هوشمندتان را به مچ می‌بندید و یا صفحۀ آیفون‌تان را بالا و پائین و چپ و راست می‌کنید، احتمالاً یا به‌طور کلّی از قانون مور بی‌خبرید و یا به آن فکر نمی‌کنید. قانونی که به مدّت 50 سال به‌عنوان یک طرح و نقشۀ کلّی برای تولید رایانه‌های کوچک‌تر، ارزان‌تر و سریع‌تر مورد استفاده قرار گرفته است.
بدون قانون مور، به احتمال زیاد، انواع جدید رایانه‌ها مانند رایانه‌های هولولنز مایکروسافت، یک رایانۀ پوشیدنی و هولوگرافیک (تمام‌نگار) که با آن کاربران می‌توانند با تصاویر شناور تعامل کنند، هرگز تولید نمی‌شدند. قانون مور برای 50 سال ستارۀ راهنمای تولید ابزارهای الکترونیکی مدرن بوده، هر چند در سال‌های اخیر، موضوعیتش مورد بحث قرار گرفته است.
قانون مور یک نظریۀ علمی نیست، امّا مجموعه‌ای است از مشاهده‌ها و پیش‌‌بینی‌هایی که توسط گوردون مور، یکی از بنیان‌گذاران شرکت اینتل، به عمل آمده و برای نخستین بار در 19 اپریل 1965 در مجلّۀ «الکترونیکس مگزین» به چاپ رسیده است. پیش‌بینی اصلی او این بود که تراکم ترانزیستورها، یا تعداد ترانزیستورها بر روی یک تراشه، هر دو سال دو برابر می‌شود و این امر به دو برابر شدن سرعت می‌انجامد. به عبارت ساده‌تر، این بدان معنی است که شما ظرف 18 تا 24 ماه می‌توانید با همان مقدار پول، رایانه‌ای خریداری کنید که بسیار سریع‌تر از آنی باشد که امروز در اختیار دارید.
تفسیری که صنعت از پیش‌بینی مور به عمل آورد این بود که تولید تراشه‌ها ارزان‌تر می‌شود: تراکم ترانزیستورها دو برابر می‌شود، اندازۀ تراشه‌ها کوچک‌تر می‌شود، سرعت پردازش افزایش و هزینۀ پردازنده‌ها کاهش می‌یابد. ظرف پنج دهۀ گذشته، دنیای فناوری برنامه‌ریزی محصولات و راهبردهای تولید خود را بر پایۀ این مفهوم قرار داده و بدین ترتیب تجهیزات کوچک‌تر، ارزان‌تر و سریع‌تر ساخته شده است.
پیشرفت‌های تولید همچنین باعث تولید تراشه‌هایی با مصرف انرژی کمتر شده که این امر به نوبۀ خود طول عمر باتری‌ها را افزایش داده است.
امّا مهندسان پیش‌بینی کرده‌اند که عمر قانون مور در دهۀ بعد به دلیل چالش‌های اقتصادی و فیزیکی به سر خواهد آمد. رایانه‌های متداول امروزی ممکن است با رایانه‌های کوانتومی و سامانه‌هایی با تراشه‌های عصبی جایگزین گردند که عملکرد آن‌ها با پردازنده‌های فعلی کاملاً تفاوت دارد. تراشه‌های سیلیکونی ممکن است با تراشه‌هایی که از مواد جدیدی مانند گرافین یا نانولوله‌های کربنی ساخته شده باشند، جایگزین گردند.
شرکت اینتل مشاهدات مور را ابتدا در تولیدات حافظه به کار بست و هزینۀ تولید به ازای هر بیت را کاهش داد. سپس قانون مور را در مدارهای مجتمع به کار بست و نخستین تراشۀ اینتل در سال 1971، یعنی تراشۀ 4004، دارای 2300 ترانزیستور بود. آخرین تراشۀ اینتل دارای میلیاردها ترانزیستور است، 3500 بار سریع‌تر است و 90000 بار مصرف انرژی کمتری دارد.
از آن زمان تا کنون، قانون مور به قدر کافی انعطاف‌پذیر بوده است که با تغییرات در دنیای رایانش وفق یابد. به گفتۀ یکی از مدیران ارشد اینتل، این قانون عامل محرّک افزایش فوق‌العادۀ کارایی رایانه‌ها در دهۀ 1990 و نیز کاهش مصرف انرژی در دهۀ گذشته بوده است.
وی گفت کارایی و سرعت رایانه‌های رومیزی 15 سال قبل با کارایی تلفن‌های هوشمندی که امروز در دست داریم مطابقت دارد.
قانون مور به‌عنوان یک اصل راهنما در تولید رایانه‌های پوشیدنی، دستگاه اینترنت اشیاء (IoT ) و حتی روبات‌هایی که قادر به تشخیص اشیاء و تصمیم‌گیری هستند، مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین گسترۀ وسیعی از محصولات مانند خودروها، تجهیزات پزشکی و لوازم خانگی که عملکردشان به‌طور روزافزونی وابسته به مدارهای مجتمع می‌گردد، تحت تأثیر قانون مور قرار دارند.
امّا همان گونه که گفته شد مهندسان بر این باورند که با کوچک‌شدن تراشه‌ها در مقیاس اتمی، قانون مور روزهای آخرش را پشت سر می‌گذارد. خود گوردون مور در طول 50 سال گذشته چند بار قانون مور را مورد بازنگری قرار داده و چندین بار طول عمر آن را مورد تردید قرار داده است. او در مصاحبه‌ای که اخیراً با مجلّۀ اسپکتروم IEEE کرده است گفته که بقای قانون مور «بیش از پیش دشوار» شده است.
نوآوری‌های خود اینتل، قانون مور را زیر سوال برده است. تازه‌ترین فناوری این شرکت به نام FinFET اجازه می‌دهد که ترانزیستورها بر روی یکدیگر قرار گیرند و در نتیجه، ویژگی‌های بیشتری می‌تواند بر روی تراشه‌ها مجتمع گردد. اینتل میلیاردها دلار خرج راه‌اندازی کارخانه‌های جدید کرده و نوآوری‌هایی مانند FinFET به بی‌اعتبار شدن قانون مور کمک کرده است.
به گفتۀ ژیان‌هی سون، استاد علوم کامپیوتر در انستیتو تکنولوژی ایلی‌نوی در شیکاگو، «چون اینتل به شدّت بر روی این فناوری‌ها کار می‌کند، کاربردهای تازه‌ای که نیازمند محاسبات زیاد می‌باشند، هر روز پدیدار می‌گردند.»     
امّا قرار دادن تعداد زیادی از ویژگی‌ها بر روی تراشه‌های کوچک‌تر، کار دشواری است و به نحو فزاینده‌ای در معرض خطاها و عیب‌ها قرار دارد. طراحی و تولید تراشه‌ها به توجه بیشتری نیاز دارد و به فرایندها و نیروی انسانی بیشتری برای پیشگیری از خطاها احتیاج است.
به علاوه، با پژوهش‌هایی که در زمینۀ مواد و فناوری‌های جدید در دست انجام است، ممکن است استفاده از سیلیکون نیز به پایان راهش نزدیک باشد و این تغییر می‌تواند قانون مور را به‌طور بنیادی دگرگون سازد. هم‌اکنون علاقه‌مندی‌های بسیاری نسبت به موادی که به خانوادۀ III-V موسومند (ترکیباتی بر پایۀ عناصر ستون سوم و پنجم جدول مندلیف، مانند گالیوم ارسنید یا ایندیوم گالیوم ارسنید) به‌وجود آمده است.
هم‌اکنون شرکت EPC در حال تولید تراشه‌هایی با گالیوم نیترید (GAN )، جانشین احتمالی سیلیکون، است که هادی بهتری برای الکترون‌هاست و از لحاظ کارایی و مصرف انرژی بر سیلیکون برتری دارد. تراشه‌های GAN هم‌اکنون در ارتباطات بی‌سیم به کار گرفته شده و ممکن است روزی راهش را به تراشه‌های دیجیتال نیز باز کند، هر چند مدیرعامل EPC زمان خاصی را برای این منظور پیش‌بینی نکرده است.
از لحاظ اقتصادی نیز تولید تراشه‌های کوچک‌تر و سریع‌تر با چالش روبرو گشته است. راه‌اندازی کارخانه‌های پیشرفته، روز به روز پرهزینه‌تر می‌شود و بازگشت سرمایه از تولید این تراشه‌ها دشوارتر می‌گردد. ابزارهای مهمی مانند لیتوگرافی EUV (ماوراء بنفش شدید) که الگوهای مداری را به زیرلایه‌ها تبدیل می‌کند و امکان تولید تراشه‌های باز هم کوچک‌تری را فراهم می‌سازد، هنوز در دسترس نیستند.
خبرگان نمی‌توانند پیش‌بینی کنند که قانون مور چه موقع به کلّی کنار گذاشته می‌شود، امّا از آنجا که تولید تراشه‌های کوچک‌تر دیگر از نظر اقتصادی معقول نیست، بالاخره به زودی عمرش به سر خواهد آمد. با وجود این، میراث قانون مور برای همیشه به‌عنوان مدلی برای پایین آوردن قیمت تجهیزات الکترونیکی و در نتیجه رایانه‌ها، پابرجا خواهد ماند.
مقالۀ مور در سال 1965 در شرایطی چاپ شد که ما در عصر تغییرات فزایندۀ فناوری قرار داشتیم. کارسازهایی به اندازۀ یک اتاق به تراشه‌های تلفن‌های همراه تبدیل گشته‌اند. کاری که در طول این دوره صورت گرفته واقعاً اعجاب‌انگیز است.
ترجمۀ ابراهیم نقیب‌زادۀ مشایخ
منبع: کامپیوتر ورلد، 16 اپریل 2015