ما هو قانون مور ولماذا؟

يشير قانون مور إلى ملاحظة قام بها المؤسس المشارك لإنتل جوردون مور في عام 1965 ، اكتشف فيها أن عدد الترانزستورات لكل بوصة مربعة في الدوائر المتكاملة كان يتضاعف عامًا بعد عام منذ اختراعه.

يتنبأ قانون مور بأن هذا الاتجاه سيظل على حاله لسنوات قادمة. على الرغم من انخفاض المعدل ، فقد تضاعف عدد الترانزستورات لكل بوصة مربعة تقريبًا كل عام ونصف. يستخدم هذا التعريف باعتباره التعريف الحالي لقانون مور.

فهرس المحتويات

تنص النسخة المبسطة من هذا القانون على أن سرعات المعالج أو قوة الحوسبة الإجمالية لأجهزة الكمبيوتر ستتضاعف كل عامين. يوضح الفحص السريع بين الفنيين من شركات الكمبيوتر المختلفة أن المصطلح ليس شائعًا جدًا ، لكن القاعدة لا تزال مقبولة.

إذا فحصنا سرعات المعالج من 1970 إلى 2018 ثم مرة أخرى في 2019 ، فقد نعتقد أن القانون قد وصل إلى حده أو يقترب. في السبعينيات ، تراوحت سرعات المعالج من 740 كيلوهرتز إلى 8 ميجاهرتز ، لكن القانون في الواقع أكثر دقة للتطبيق على الترانزستورات من السرعة.

إن مقدار قوة الحوسبة التي يمكننا استخدامها الآن على أصغر الأجهزة رائع إلى حد ما مقارنة بما يمكن تحقيقه ، على سبيل المثال ، قبل عقد من الزمان.

إذا نظرنا إلى الوراء ، حتى خمس سنوات أو نحو ذلك ، فإن الكمبيوتر الذي كان الأفضل في ذلك الوقت يعتبر قديمًا إذا ما قورن بالكمبيوتر الحالي.

هذا ممكن ببساطة لأن مصنعي الرقائق قادرون على زيادة عدد الترانزستورات على الرقاقة بشكل كبير كل عام ، مع تحسن التقدم في أبحاث الرقائق.

امتداد قانون مور هو أن أجهزة الكمبيوتر والمكونات التي تعمل بالكمبيوتر والقدرة الحاسوبية تصبح أصغر وأسرع بمرور الوقت ، حيث تصبح الترانزستورات في الدوائر المتكاملة أكثر كفاءة.

الترانزستورات هي مفاتيح تشغيل وإيقاف إلكترونية بسيطة مدمجة في الرقائق الدقيقة والمعالجات والدوائر الكهربائية الصغيرة. وكلما زادت سرعة معالجتهم للإشارات الكهربائية ، زادت كفاءة الكمبيوتر.

كما انخفضت تكاليف هذه الحواسيب ذات الطاقة العالية بمرور الوقت ، بشكل عام حوالي 30 في المائة سنويًا. عندما قام مصممو الأجهزة بزيادة أداء أجهزة الكمبيوتر ذات الدوائر المتكاملة الأفضل ، تمكن المصنعون من إنشاء آلات أفضل يمكنها أتمتة عمليات معينة. أدى هذا التشغيل الآلي إلى إنشاء منتجات بأسعار منخفضة للمستهلكين ، حيث أدت الأجهزة إلى انخفاض تكاليف العمالة.

قانون مور في مجتمع اليوم

بعد مرور خمسين عامًا على قانون مور ، يرى المجتمع المعاصر عشرات الفوائد التي كشف عنها هذا القانون. لن تعمل الأجهزة المحمولة ، مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المكتبية ، بدون معالجات صغيرة جدًا. تعمل أجهزة الكمبيوتر الأصغر والأسرع على تحسين النقل والرعاية الصحية والتعليم وإنتاج الطاقة. تقريبا كل جانب من جوانب مجتمع التكنولوجيا الفائقة يستفيد من مفهوم قانون مور المعمول به.

اليوم ، تصنع جميع معالجات المستهلكين من السيليكون ، ثاني أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية ، بعد الأكسجين. لكن السليكون ليس موصلًا مثاليًا ، وحدود حركة الإلكترونات التي يحملها تضع قيودًا صارمة على مدى سمك حزم الترانزستورات السليكونية.

ولكن ليس فقط أن استهلاك الطاقة يمثل مشكلة كبيرة ، ولكن أيضًا تأثير يسمى النفق الكمومي يمكن أن يسبب مشاكل في إبقاء الإلكترونات محتواة بما يتجاوز عتبة سمك معينة.

تصل الترانزستورات السليكونية حاليًا إلى 14 نانومتر ، وبينما ستصل بعض تصميمات الرقائق 10 نانومتر إلى السوق قريبًا ، فقد استنتج أنه للامتثال لقانون مور لفترة طويلة من الزمن ، سيتعين على الشركات إنشاء مواد أحدث وأفضل لتكون أساس أجهزة الكمبيوتر من الجيل التالي.

قانون مور في المستقبل

بفضل تقنية النانو ، تكون بعض الترانزستورات أصغر من الفيروس. تحتوي هذه الهياكل المجهرية على جزيئات من السيليكون والكربون متوازنة تمامًا تساعد على نقل الكهرباء على طول الدائرة بشكل أسرع.

في نهاية المطاف ، تجعل درجة حرارة الترانزستورات من المستحيل إنشاء دوائر أصغر ، لأن تبريد الترانزستورات يتطلب طاقة أكثر مما يمر عبر الترانزستورات. يظهر الخبراء أن أجهزة الكمبيوتر يجب أن تصل إلى الحدود المادية لقانون مور في وقت ما في السنوات القليلة المقبلة. عندما يحدث ذلك ، سيتعين على علماء الكمبيوتر دراسة طرق جديدة تمامًا لإنشاء أجهزة الكمبيوتر.

يمكن للتطبيقات والبرامج تحسين سرعة وكفاءة أجهزة الكمبيوتر في المستقبل ، بدلاً من العمليات المادية. يمكن للتكنولوجيا السحابية ، والاتصالات اللاسلكية ، وإنترنت الأشياء ، وفيزياء الكم أن تلعب أيضًا دورًا مهمًا في ابتكار تكنولوجيا المعلومات.

تباطأ التقدم نحو مضاعفة عدد الدوائر ، ولا يمكن للدوائر المتكاملة أن تصبح أصغر بكثير حيث تقترب الترانزستورات من حجم الذرة.

في وقت ما في المستقبل ، قد يحافظ التقدم في البرامج أو الأجهزة على حلم قانون مور على قيد الحياة. ومع ذلك ، يبدو أن صناعة الكمبيوتر جاهزة للتحول إلى دورة أخرى ستتقدم في غضون بضع سنوات.

تقدم قانون مور

على الرغم من أن قانون مور قال ذلك كل عامين ، إلا أن هذه الزيادة السريعة في الإنتاج التكنولوجي اختصرت الفترة في أذهان الفنيين والمستخدمين على حد سواء.

القيد الموجود هو أنه بمجرد أن يتم إنشاء الترانزستورات الصغيرة مثل الجسيمات الذرية ، فلن يكون هناك مجال للنمو في سوق وحدة المعالجة المركزية عندما يتعلق الأمر بالسرعة.

وأشار مور إلى أن العدد الإجمالي للمكونات في هذه الدوائر قد تضاعف تقريبًا كل عام ، لذلك استقر هذا الازدواجية السنوية إلى العقد التالي ، حيث قدر أن الدوائر الدقيقة 1975 ستحتوي على 65000 مكون مذهل لكل شريحة.

في عام 1975 ، عندما بدأ معدل النمو في التباطؤ ، راجع مور إطاره الزمني لمدة عامين. كان قانونه المنقح متشائماً بعض الشيء. بعد حوالي 50 عامًا من عام 1961 ، تضاعف عدد الترانزستورات كل 18 شهرًا تقريبًا. في وقت لاحق ، أشارت المجلات بانتظام إلى قانون مور كما لو كان قانونًا تقنيًا مع أمن قوانين نيوتن للحركة.

ما جعل هذا الانفجار الكبير في تعقيد الدائرة ممكنًا هو تقلص حجم الترانزستورات على مدى عقود.

تم تحقيق خصائص الترانزستور التي تقيس أقل من ميكرون خلال الثمانينيات ، عندما بدأت رقائق ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) في تقديم إمكانيات تخزين ميجابايت.

في فجر القرن الحادي والعشرين ، اقتربت هذه الميزات من 0.1 ميكرون ، مما يتيح تصنيع رقائق ذاكرة جيجابايت والمعالجات الدقيقة التي تعمل بترددات جيجاهيرتز. استمر قانون مور في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين بإدخال ترانزستورات ثلاثية الأبعاد ذات نانومتر.

نهاية قريبة لقانون مور

لأن قانون مور يشير إلى نمو أسي ، فمن غير المرجح أن يستمر إلى ما لا نهاية. يتوقع معظم الخبراء أن يستمر قانون مور لمدة عقدين آخرين. أظهرت بعض الدراسات أنه يمكن الوصول إلى القيود المادية في عام 2018.

وفقًا لتقرير حديث من خارطة طريق التكنولوجيا الدولية لأشباه الموصلات (ITRS) ، والتي تتضمن شرائح عملاقة مثل Intel و Samsung نفسها ، يمكن أن تصل الترانزستورات إلى نقطة لا يمكن تخفيضها أكثر بحلول عام 2021. تزعم الشركات أنه من أجل بعد ذلك ، لن يكون من المجدي اقتصاديًا جعلها أصغر ، وتنتهي أخيرًا قانون مور.

وهذا يعني أنه على الرغم من أنهم يمكن أن يصبحوا أصغر حجمًا جسديًا ، إلا أنهم نظريًا سيحققون ما يطلق عليه ITRS "الحد الأدنى الاقتصادي" ، مما يعني أن القيام بذلك سيجعل التكاليف باهظة فقط.

ليست هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها التشكيك في نظرية مور. في العام الماضي ، أعلن الرئيس التنفيذي لشركة Intel ، بريان كرزانيش ، أن تغيير الحجم من ترانزستور إلى آخر يستغرق عامين إلى عامين ونصف. شكك كرزانيتش في هذا خلال مكالمة أرباح من إنتل ، قائلاً إن عمليات التصنيع لم تتقدم بنفس المعدل كما في الماضي.

ومع ذلك ، تعتقد ITRS أن هذا لا يعني نهاية المفهوم الكامن وراء القانون ، حيث يجد المصنعون طرقًا مبتكرة بشكل متزايد لإدخال المزيد من المفاتيح في مساحة معينة. خذ على سبيل المثال تقنية Intel NAND ثلاثية الأبعاد ، والتي تتضمن تكديس 32 طبقة من الذاكرة فوق بعضها البعض لإنشاء قدرات تخزين ضخمة.

الكلمات النهائية والاستنتاج

حتى الآن ، أثبت قانون مور أنه صحيح ، مرارًا وتكرارًا ، ونتيجة لذلك قيل منذ فترة طويلة أنه مسؤول عن معظم التطورات في العصر الرقمي ، من أجهزة الكمبيوتر إلى أجهزة الكمبيوتر الفائقة ، بسبب تستخدم في صناعة أشباه الموصلات لتوجيه التخطيط على المدى الطويل وتحديد الأهداف للبحث والتطوير.

قانون مور هو قانون اقتصادي ، وليس قانونًا ماديًا. ويشير إلى أن كل شريحة جديدة سيكون لها ضعف عدد الترانزستورات ، وبالتالي ستحسب قدرة الجيل السابق بنفس تكلفة الإنتاج.

لقد غذت هذه القاعدة البسيطة البسيطة جميع التطورات في الثورة التكنولوجية لأكثر من نصف قرن وتستمر في تحديد الحدود المتزايدة باستمرار لتكنولوجيا اليوم ، مما يسمح لنا بأخذ مفاهيم مثل الذكاء الاصطناعي والمركبات المستقلة - وجعلها تحدث.

اكتسب هذا القانون سمعة سيئة لأن الناس يحبون القوانين التي تسمح لهم بالتنبؤ بمستقبل واحدة من أكبر الصناعات في العالم ، ولكن الأساس المادي لهذا المبدأ يعني أنه مختلف قليلاً ، وأقل موثوقية ، من كثير من الناس صدق.

يمكن أن تؤدي القيود المادية في صنع هذه الرقائق إلى دفع هذا الرقم بسهولة إلى خمس سنوات أو أكثر ، مما يبطل قانون مور إلى الأبد.

مصدر الصور ويكيميديا ​​كومنز