Què és la llei de moore i per a què serveix?

La Llei de Moore es refereix a una observació feta pel cofundador d'Intel, Gordon Moore, el 1965, en què va descobrir que el nombre de transistors per polzada quadrada en els circuits integrats s'havia estat duplicant any rere any des de la seva invenció.

La Llei de Moore vaticina que aquesta tendència es mantindrà intacta en els propers anys. Tot i que el ritme ha disminuït, el nombre de transistors per polzada quadrada es va duplicar aproximadament cada any i mig. Això es fa servir com la definició actual de la Llei de Moore.

Índex de continguts

La versió simplificada d'aquesta llei estableix que les velocitats de l'processador o la potència de processament general per a ordinadors es duplicaran cada dos anys. Un ràpid revisió entre tècnics de diferents empreses informàtiques mostra que el terme no és molt popular, però la regla segueix sent acceptada.

Si examinéssim les velocitats dels processadors des de 1970 fins 2018 i després de nou en 2019, podríem pensar que la llei ha arribat al seu límit o s'està acostant. En la dècada de 1970, les velocitats de l'processador oscil·laven entre 740 KHz i 8 MHz. No obstant això, en realitat és més precís aplicar la llei als transistors que a la velocitat.

La quantitat de potència informàtica que ara podem utilitzar en els dispositius més petits, és una cosa notable en comparació amb el que es podia aconseguir, diguem, fa una dècada.

Mirant cap enrere, fins i tot cinc anys més o menys, un PC que era el millor en el seu moment, seria considerat antiquat si es comparés amb un PC actual.

Això és possible simplement perquè els fabricants de xips són capaços d'augmentar el nombre de transistors en un xip significativament cada any, a mesura que milloren els avenços en la investigació de xips.

L'extensió de la Llei de Moore és que els ordinadors, els components que funcionen en ordinadors i la potència informàtica es tornen més petits i ràpids amb el temps, a mesura que els transistors dels circuits integrats es tornen més eficients.

Els transistors són simples interruptors electrònics d'encesa i apagada integrats en microxips, processadors i petits circuits elèctrics. Com més ràpid processen els senyals elèctrics, més eficient es torna un ordinador.

Els costos d'aquests ordinadors de major potència també van disminuir amb el temps, generalment al voltant de l'30 per cent a l'any. Quan els dissenyadors de maquinari van augmentar el rendiment dels ordinadors amb millors circuits integrats, els fabricants van ser capaços de crear millors màquines que poguessin automatitzar certs processos. Aquesta automatització va crear productes de menor preu per als consumidors, ja que el maquinari va crear menors costos de mà d'obra.

La Llei de Moore en la societat actual

Cinquanta anys després de la Llei de Moore, la societat contemporània veu dotzenes de beneficis exposats per aquesta llei. Els dispositius mòbils, com els telèfons intel·ligents i els ordinadors de sobretaula, no funcionarien sense processadors molt petits. Els ordinadors més petits i ràpids milloren el transport, l'atenció mèdica, l'educació i la producció d'energia. Gairebé totes les facetes d'una societat d'alta tecnologia es beneficien de l'concepte de la Llei de Moore posada en pràctica.

Avui dia, tots els processadors de consum estan fets de silici, el segon element més abundant en l'escorça terrestre, després de l'oxigen. Però el silici no és un conductor perfecte, i els límits a la mobilitat dels electrons que porta imposen un límit dur en com pots densament embalar els transistors de silici.

Però no només el consum d'energia representa un problema enorme, sinó també un efecte anomenat túnel quàntic pot causar problemes per mantenir els electrons continguts més enllà d'un cert llindar de gruix.

Els transistors de silici arriben actualment els 14 nanòmetres, i encara que alguns dissenys de xips de 10 nanòmetres arribaran aviat a el mercat, s'ha arribat a la conclusió que per a complir amb la Llei de Moore durant un llarg període de temps, les empreses hauran de crear materials més nous i millors perquè siguin la base dels ordinadors de la propera generació.

La Llei de Moore en el futur

Gràcies a la nanotecnologia, alguns transistors són més petits que un virus. Aquestes estructures microscòpiques contenen molècules de carboni i silici alineades de manera perfecta que ajuden a moure l'electricitat al llarg de l'circuit més ràpid.

Eventualment, la temperatura dels transistors fa impossible crear circuits més petits, perquè refredar els transistors requereix més energia que la que passa pels transistors. Els experts mostren que els ordinadors haurien d'assolir els límits físics de la Llei de Moore en algun moment dels propers anys. Quan això passi, els informàtics hauran d'examinar formes completament noves de crear ordinadors.

Les aplicacions i el programari podrien millorar la velocitat i eficiència dels ordinadors en el futur, en lloc dels processos físics. La tecnologia en el núvol, la comunicació sense fils, la internet de les coses i la física quàntica podrien també tenir un paper important en la innovació de la tecnologia informàtica.

El progrés cap a la duplicació de el nombre de circuits s'ha alentit, i els circuits integrats no poden ser molt més petits a mesura que els transistors s'acosten a la mida d'un àtom.

En algun moment en el futur, els avenços en programari o maquinari podran mantenir viu el somni de la Llei de Moore. No obstant això, la indústria informàtica sembla estar a punt per donar un gir a un altre curs que avançarà en pocs anys.

El progrés de la Llei de Moore

Tot i que la Llei de Moore havia dit cada dos anys, aquest ràpid augment en la producció tecnològica ha disminuït el període en les ments dels tècnics i usuaris per igual.

La limitació que existeix és que una vegada que els transistors poden ser creats tan petits com les partícules atòmiques, llavors no hi haurà més espai per al creixement en el mercat de la CPU en el que es refereix a velocitats.

Moore va observar que el nombre total de components en aquests circuits s'havia duplicat aproximadament cada any, llavors va extrapolar aquesta duplicació anual a la dècada següent, calculant que els microcircuits de 1975 contindrien uns sorprenents 65.000 components per xip.

El 1975, a mesura que la taxa de creixement va començar a disminuir, Moore va revisar el seu marc de temps a dos anys. La seva llei revisada era una mica pessimista; més o menys 50 anys després de 1961, el nombre de transistors es duplicava aproximadament cada 18 mesos. Posteriorment, les revistes regularment es van referir a la Llei de Moore com si fos una llei tecnològica amb la seguretat de les lleis de moviment de Newton.

El que va fer possible aquesta explosió dramàtica en la complexitat de l'circuit va ser la mida cada vegada menor dels transistors durant dècades.

Les característiques de transistor que mesuren menys d'un micró es van assolir durant la dècada de 1980, quan els xips dinàmics de memòria d'accés aleatori (DRAM) van començar a oferir capacitats d'emmagatzematge de megabytes.

En les albors de segle XXI, aquestes característiques es van acostar a 0, 1 microns d'ample, el que va permetre la fabricació de xips de memòria gigabyte i microprocessadors que funcionen a freqüències de GHz. La Llei de Moore va continuar en la segona dècada de segle XXI amb la introducció de transistors tridimensionals de desenes de nanòmetres.

El proper cap de la Llei de Moore

A causa de que la Llei de Moore suggereix un creixement exponencial, és poc probable que continuï indefinidament. La majoria dels experts esperen que la Llei de Moore duri dues dècades. Alguns estudis han demostrat que les limitacions físiques podrien aconseguir-se en 2018.

Segons un recent informe de l'International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), que inclou a gegants de xips com el mateix Intel i Samsung, els transistors podrien arribar a un punt en què no podrien reduir-se més en 2021. Les empreses al·leguen que, per llavors, ja no serà econòmicament viable fer-los més petits, acabant finalment amb la Llei de Moore.

Això vol dir que encara que físicament podrien fer-se més petits, en teoria arribarien el que l'ITRS diu el seu "mínim econòmic", el que vol dir que fer-ho sol faria prohibitius els costos.

No és la primera vegada que es dubta de la teoria de Moore. L'any passat, el director executiu d'Intel, Brian Krzanich, va anunciar que el canvi de mida d'un transistor a un altre s'està estenent de dos a dos anys i mig. Krzanich va qüestionar això durant una trucada de guanys d'Intel, dient que els processos de fabricació no han avançat a el mateix ritme que en el passat.

No obstant això, el ITRS creu que això no significa la fi de l'concepte darrere de la Llei, ja que els fabricants troben formes cada vegada més innovadores d'introduir més interruptors en un espai donat. Prenguem per exemple la tecnologia 3D NAND d'Intel, que consisteix a apilar 32 capes de memòria una sobre de l'altra per crear grans capacitats d'emmagatzematge.

Paraules finals i conclusió

Fins ara, la Llei de Moore ha demostrat ser correcta, una i altra vegada, i com a resultat d'això s'ha dit durant molt de temps que és responsable de la majoria dels avenços en l'era digital, des de PC fins superordinadors, per la seva ús en la indústria dels semiconductors per guiar la planificació a llarg termini i establir objectius per a la investigació i el desenvolupament.

La Llei de Moore és una llei d'economia, no física. Indica que cada nou xip tindrà el doble de transistors i per tant calcularà la capacitat de la generació anterior per al mateix cost de producció.

Aquesta senzilla regla ha impulsat tots els avenços en la revolució tecnològica durant més de mig segle i segueix definint els límits cada vegada més grans de la tecnologia actual, permetent-nos prendre conceptes com la intel·ligència artificial i els vehicles autònoms, i fer-los realitat.

Aquesta llei va guanyar notorietat perquè a la gent li agraden les lleis que li permeten predir el futur d'una de les indústries més grans de el món, però la base física d'aquest principi significa que és lleugerament diferent, i menys fiable, del que molta gent creu.

Les limitacions físiques en la fabricació d'aquests xips fàcilment podrien fer retrocedir aquest nombre a cinc anys o més, invalidant efectivament la Llei de Moore per sempre.

Font Imatges Wikimedia Commons