Рисунок 1.4. Соотношение реального количества транзисторов на микросхеме центрального процессора в 1971–2011 годах и предполагаемого законом Мура

Примечание: вертикальная ось показывает количество транзисторов, горизонтальная – годы. Данная кривая демонстрирует, что в 1971–2011 гг. количество транзисторов на микросхемах центральных процессоров одинаковой площади увеличивалось вдвое примерно каждые два года. Необходимо отметить, что на самом деле от 2 300 до 10 000 и затем 100 000 на вертикальной оси увеличение показано не в пропорциональном виде. Если строить график строго в соответствии с пропорциями, из-за крайне резкого взлёта кривой было бы невозможно вместить его на страницу (источник материала: Википедия).

УГЛУБЛЁННЫЙ ВЗГЛЯД

Количество произведённых транзисторов значительно превосходит количество имеющихся в мире зёрен риса

Транзисторы производятся из кремния, по сути своей, они являются переключателями: когда транзистор пропускает через себя ток, это выражает результат «1», когда не пропускает – результат «0». Это самый маленький составной элемент электронной продукции. В одном ноутбуке имеется около 40 миллиардов транзисторов, в смартфоне – приблизительно 1 миллиард. Производство транзисторов (то есть полупроводниковая индустрия) заслуженно считается самой высокопродуктивной отраслью в истории человечества. В настоящее время количество производимых во всём мире в год транзисторов превосходит даже количество ежегодно потребляемых зёрен риса: в 2002 году количество произведённых транзисторов превышало количество зёрен риса примерно в 40 раз, а по цене 1 зёрнышка риса можно было купить 100 транзисторов [3]; к 2009 году количество производимых транзисторов ещё увеличилось и стало превышать количество зёрен риса в 250 раз, теперь по цене 1 зёрнышка можно купить 100 тысяч транзисторов [4].

В наше время в соответствии с действием законом Мура развитие аппаратных средств достигло такой степени, что на площади, аналогичной площади кончика волоса, можно разместить десять тысяч транзисторов. Конечно, размер транзисторов не может уменьшаться до бесконечности, поэтому в последние десять с небольшим лет в профессиональной среде ведётся жаркая полемика вокруг следующего вопроса: продолжит ли наблюдаться описываемый законом Мура феномен, то есть может ли количество транзисторов на удельной площади увеличиваться и даже удваиваться? Если может, то на протяжении ещё какого времени?

В 2003 году этот вопрос задали Гордону Муру как человеку, обнаружившему рассматриваемую нами закономерность. По его мнению, «инновациям нет предела, и в следующее десятилетие закон Мура, вероятно, всё ещё будет действовать».

Как свидетельствуют факты, Мур был прав. В 2011 году компания Intel объявила об изобретении 3D (трёхмерных) 22-нанометровых транзисторов, что временно поставило в полемике точку. 22-нанометровые транзисторы оказались примерно на треть меньше своих самых маленьких по 23 размеру предшественников – 31-нанометровых транзисторов. Учитывая крошечный размер, новые транзисторы оказались, безусловно, более дешёвыми и более энергосберегающими. В 2012 году Intel объявила об инвестиции 5 миллиардов долларов США для строительства завода в штате Аризона, где в 2014 году было запущено производство 14-нанометровых транзисторов – их размер уменьшился по сравнению с размером 22-нанометровых транзисторов ещё на треть. В январе 2019 года Intel обнародовала первый процессор Ice Lake, созданный по 10-нанометровой технологии, то есть таким образом на одном квадратном миллиметре площади было помещено 100 миллионов транзисторов. Планируется, что продукт будет выпущен в конце 2019 года и в 2020 году будет поставлен на рынки [5].

Изобретение компании Intel заставило большую часть учёных поверить в то, что миниатюризация транзисторов может продолжаться ещё как минимум десятилетие, то есть срок жизни закона Мура до сих пор не истёк. В будущем цена 1 терабайта объёма жёсткого диска будет равняться стоимости одной чашки кофе, о чём свидетельствует кривая его цены в последние годы, показанная на рисунке 1.5. Объём данных собрания печатных изданий крупнейшей библиотеки мира – библиотеки Конгресса США – составляет примерно 15 терабайтов, объем данных обычной университетской библиотеки, возможно, около 1–2 терабайтов. То есть в недалёком будущем будет возможно, потратив деньги, эквивалентные стоимости одной чашки кофе, скопировать всю информацию какой-либо библиотеки на миниатюрный жёсткий диск. Ещё никогда в истории информация не была столь удобной с точки зрения хранения и столь дешевой с точки зрения себестоимости.

Рисунок 1.5. Изменение цены на 1-терабайтные жёсткие диски

Примечание: автор отследил стоимость жёстких дисков компании Seagate Technology на сайтах amazon и JD в разные периоды времени: в 2012–2019 годы цена 1-терабайтных жёстких дисков очевидным образом снижается.

УГЛУБЛЁННЫЙ ВЗГЛЯД

Благодаря действию закона Мура аппаратные средства стали продуктом массового потребления

Действие закона Мура привело к значительному снижению цены на аппаратные средства и в конечном итоге к тому, что некогда дорогостоящие компьютерные компоненты стали предметом массового потребления, а изначально относившиеся к высокой ценовой категории продукты, такие как лазерные принтеры, серверы и смартфоны, постепенно распространились за пределы научно-исследовательских организаций и крупных предприятий и вошли в нашу повседневную жизнь. В связи с описанной популяризацией оборудования в некоторых компаниях США наблюдается даже новая тенденция: поощрение сотрудников к тому, чтобы они приносили на работу свои собственные устройства (Bring Your Own Device, BYOD), сами компании предоставляют только сеть и рабочее пространство, становясь таким образом «облегчёнными» компаниями.

Помимо удешевления и улучшения характеристик действие закона Мура приводит также к постоянному уменьшению размеров самой разнообразной вычислительной техники. В 1988 году это явление было резюмировано американским учёным Марком Уайзером как «повсеместные вычисления». Теория повсеместных вычислений гласит, что после своего изобретения компьютеры должны пройти три основных этапа. Первый – это этап «главного устройства», подразумевающий совместное использование суперкомпьютера большим количеством людей, суперкомпьютер при этом занимает половину комнаты. Второй – этап персональных компьютеров: они станут меньше, и у каждого человека появится по компьютеру. Так Уайзер смог «перешагнуть» из своего времени в наше. Описанное положение вещей уже практически реально, однако Уайзер гениально предвидел, что «у каждого по компьютеру» не есть конец эпохи. На третьем этапе компьютеры станут ещё меньше – настолько маленькими, что их будет не видно человеческому глазу, и люди смогут широко разместить в своей повседневной среде самые разные микрокомпьютеры и иметь таким образом возможность в любое время и в любом месте получать и обрабатывать данные. В итоге произойдёт слияние вычислительных устройств и окружающей среды. Такой этап получил название этапа повсеместных вычислений.