Định luật Moore là gì và nó vẫn còn phù hợp vào năm 2022?

Định luật Moore đã dự đoán sự phát triển theo cấp số nhân của sức mạnh tính toán trong hơn 50 năm.

Kể từ khi phát minh ra mạch tích hợp vào những năm 1950 cho đến ngày nay, Định luật Moore đã thúc đẩy sự phát triển công nghệ vượt qua nhiều thách thức. Trong khi tốc độ tăng trưởng theo cấp số nhân phần lớn vẫn tiếp tục, các vi mạch tích hợp đang nhanh chóng tiếp cận sức mạnh xử lý của bộ não con người.

Chúng ta sẽ thảo luận về tình trạng của mọi thứ ngày hôm nay và liệu Định luật Moore có còn áp dụng hay không.

Định luật Moore là gì?

Năm 1965, Gordon E. Moore, người đồng sáng lập Intel, đã báo cáo rằng số lượng bóng bán dẫn trên mỗi inch vuông trên một mạch tích hợp đã tăng gấp đôi xấp xỉ mỗi năm kể từ khi phát minh ra vào năm 1958. Vào thời điểm đó, Moore dự đoán xu hướng này sẽ tiếp tục vào lúc ít nhất mười năm nữa.

Trong bài báo năm 1965 của mình, Đưa nhiều thành phần hơn vào các mạch tích hợp, Moore đã viết:

Với chi phí đơn vị giảm khi số lượng linh kiện trên mỗi mạch tăng lên, vào năm 1975, kinh tế học có thể ra lệnh ép tới 65.000 linh kiện trên một chip silicon.

Dự đoán này không hoàn toàn đúng. Đến năm 1975, mỗi con chip chỉ chứa được 10.000 bóng bán dẫn, vì vậy Moore đã cập nhật dự đoán của mình lên mức nhân đôi khoảng hai năm một lần và sau đó là 18 tháng một lần. Định luật Moore (cập nhật) đã đúng trong gần 50 năm.

Khoảng những năm 2010, mật độ bóng bán dẫn tăng trưởng chậm lại. Ngày nay, hơn 50 tỷ bóng bán dẫn tìm thấy không gian trên một con chip và chúng ta đã thấy con số tăng gấp đôi khoảng hai năm rưỡi một lần.

Nói một cách chính xác, Định luật Moore không còn áp dụng nữa. Nhưng trong khi tốc độ tăng trưởng theo cấp số nhân của nó đã giảm đi, chúng ta sẽ tiếp tục thấy sự gia tăng mật độ bóng bán dẫn trong một vài năm nữa. Hơn nữa, sự đổi mới sẽ tiếp tục ngoài việc thu nhỏ các thành phần vật lý.

Tại sao Định luật Moore vẫn tồn tại?

Khi Định luật Moore được chấp nhận rộng rãi, ngành công nghiệp bắt đầu thiết lập bản đồ đường đi và thiết lập mục tiêu dựa trên phép chiếu của Moore. Khi việc sản xuất mạch tích hợp ngày càng phức tạp và có sự tác động lẫn nhau của các công ty chuyên biệt khác nhau, cần có một kế hoạch để giúp tất cả các bên đặt ra các mục tiêu riêng lẻ và tiến bộ với tốc độ như nhau.

Từ năm 1998 đến năm 2017, Lộ trình Công nghệ Quốc tế về Chất bán dẫn (ITRs) —một báo cáo hàng năm do một nhóm các chuyên gia trong ngành chất bán dẫn thực hiện — đã cung cấp cơ sở cho kế hoạch đó. ITRS đã ghi lại các nghiên cứu trong tất cả các lĩnh vực liên quan đến chất bán dẫn và đưa ra các mốc thời gian lên đến 15 năm trong tương lai. Ngày nay, Lộ trình Quốc tế về Thiết bị và Hệ thống (IRDS) đã đảm nhận nhiệm vụ này.

Cuối cùng, Định luật Moore đã trở thành tầm nhìn cho toàn bộ ngành công nghiệp và đã trở thành một thứ giống như một lời tiên tri tự hoàn thành vĩnh viễn. Nhưng nó chắc chắn sẽ gặp phải một rào cản lớn khác vào giữa những năm 2020.

Thêm Moore gặp nhiều hơn Moore

Vì mật độ bóng bán dẫn kích thước nano đang đạt đến giới hạn phân tử, nên việc làm mát các mạch điện trở nên không thể. Do đó, Định luật Moore sẽ giảm dần, điều mà chính Moore dự đoán sẽ xảy ra sau khoảng năm 2020. Tuy nhiên, điều này có thể không đánh dấu sự kết thúc của Định luật Moore. Thay vào đó, chúng ta sẽ thấy Định luật Moore đi vào một chiều không gian mới.

Trong Sách trắng năm 2010, ITRS’s Arden et al. công nhận:

Ngành công nghiệp hiện đang phải đối mặt với tầm quan trọng ngày càng tăng của một xu hướng mới, “Hơn cả Moore” (MtM), trong đó giá trị gia tăng cho các thiết bị được cung cấp bằng cách kết hợp các chức năng không nhất thiết phải mở rộng theo “Định luật Moore”.

Thêm Moore

Định luật Moore (hay còn gọi là “More Moore”) đã thúc đẩy công nghệ thu nhỏ kích thước của các thành phần vật chất đồng thời cải thiện mật độ và hiệu suất. Phương pháp luận “Nhiều hơn Moore” (MtM) được đề xuất sẽ tiếp tục thúc đẩy các nỗ lực lập bản đồ của ITRS.

Trong khi đó, bản thân Intel cũng đã phát triển công nghệ mới, chẳng hạn như bóng bán dẫn CPU 3D hoặc GAAFET, đã sẵn sàng cho hiệu suất và hiệu suất xử lý gấp 10 lần. Chỉ riêng những tiến bộ này có thể dẫn đến các CPU mới sẽ tuân theo Định luật Moore sau năm 2025.

Hơn Moore

Hơn Moore (MtM) dựa vào các công nghệ thay thế, chẳng hạn như hệ thống trong gói, chiếu sáng trạng thái rắn, các chức năng tần số vô tuyến tích hợp hoặc công nghệ hữu cơ. Nó bổ sung thêm Moore và có thể kéo dài hiệu lực của Định luật Moore mới trong một thập kỷ nữa và hơn thế nữa.

Sự thật thú vị: Do sự thành công liên tục của nó, chính Moore đã từng mô tả luật của mình là vi phạm Định luật Murphy: “Mọi thứ ngày càng tốt hơn.“

Mặt trái của định luật Moore

Một mặt, Định luật Moore đã thúc đẩy tiến bộ công nghệ. Cả một ngành công nghiệp đã được thúc đẩy để theo kịp dự đoán của Moore. Do đó, nhiều dự đoán khác của Moore về công nghệ, chẳng hạn như máy tính gia đình hoặc thiết bị liên lạc di động cá nhân, tất cả đều được điều khiển bởi các CPU nhỏ, cũng đã trở thành sự thật.

Ngày nay, tất cả chúng ta đều tận hưởng và hưởng lợi từ công nghệ này, chúng ta đã quen với những phát triển có nhịp độ nhanh và đang dự đoán những đổi mới trong tương lai. Vì vậy, bạn, một đại diện của phía khách hàng, được cho là tiếp tục mong đợi và đòi hỏi những tiến bộ công nghệ. Bạn có?

Tuy nhiên, ở một trong những mặt trái của Định luật Moore, chúng ta có Bộ bù định luật Moore vĩ đại (TGMLC), còn được gọi là phần mềm phình to hoặc Định luật Wirth, và một số dẫn xuất. TGMLC dựa trên câu ngạn ngữ được đặt ra bởi nhà khoa học máy tính Thụy Sĩ Niklaus Wirth, người vào năm 1995 đã trích dẫn Martin Reiser trong bài báo A Plea for Lean Software:

Phần mềm ngày càng chậm hơn nhanh hơn phần cứng trở nên nhanh hơn.

Vì vậy, về bản chất, người dùng cuối không nhất thiết được hưởng lợi từ những phát triển về mặt phần cứng, vì các nhà phát triển phần mềm cảm thấy bị ép buộc hoặc được giải phóng để tạo ra các sản phẩm phức tạp hơn và đói tài nguyên hơn.

Một ví dụ phổ biến là Microsoft Office. Năm 2008, Randall C. Kennedy, một cựu nhân viên của Intel, đã chứng minh TGMLC sử dụng máy tính tiêu chuẩn của năm 2000 chạy Office 2000 và máy tính tiêu chuẩn của năm 2007 chạy Office 2007. Khi cả hai phiên bản Office chạy cùng một tác vụ, Office 2007 đã làm như vậy với tốc độ bằng một nửa so với Office 2000.

Vì vậy, bạn không điên khi máy tính mới của bạn có vẻ chậm hơn máy cũ sau một thời gian rất ngắn. Rất có thể, bạn chỉ mới cập nhật phần mềm của mình.

Định luật Moore vẫn còn phù hợp

Quan trọng hơn là dự đoán tương lai, Định luật Moore đã là kim chỉ nam, thúc đẩy sự phát triển mạch tích hợp trong hơn nửa thế kỷ. Mặc dù liên tục phải đối mặt với những thách thức dường như không thể vượt qua, cả một ngành công nghiệp vẫn tiếp tục hợp tác để tạo ra những cải tiến không ngừng mới. Như vậy, Định luật Moore chứng minh rằng các mục tiêu có thể định hình tương lai của chúng ta.

Định luật Moore sẽ tiếp tục thúc đẩy sự đổi mới, nhưng có thể theo những cách mà ngày nay chúng ta chưa thể hiểu được. Hiện tại, IRDS coi các vật liệu bán dẫn mới, trí tuệ nhân tạo và sự phát triển về giá của kim loại đất hiếm là động lực chính của những đổi mới trong tương lai.

Đọc tiếp

Thông tin về các Tác giả