به مناسبت پنجاه سالگي قانون مور: نگاهي به گذشته و آينده‌ي اين قانون

 زماني كه گوردون مور در سال ۱۹۶۵ ميلادي و در زمان فعاليت در كمپاني Fairchild Seminconductor براي ارائه‌ي يك تئوري در خصوص آينده‌ي مدارهاي مجتمع مورد سوال واقع شد، در آزمايشگاه خود در حال كار روي مدار مجتمعي بود كه از ۶۴ ترازيستور تشكيل شده بود. تعداد ترانزيستورهاي نمونه‌اي كه مور در حال كار روي آن بود در مقايسه با سال پيش از آن دو برابر شده بود. مور با نگاهي به سال‌هاي نه‌چندان دور به اين نتيجه رسيد كه تعداد ترانزيستورهاي مورد استفاده از سال ۱۹۵۹ كه اولين ترانزيستور ساخته شد، هر سال دو برابر مي‌شود. وي با انتشار مقاله‌اي در مجله‌ي Electronics در بهار سال ۱۹۶۵ پيش‌بيني كرد كه اين قانون حداقل براي ده سال آينده با همين روند ادامه خواهد داشت. قانون مور نه‌تنها براي يك دهه‌ي پس از آن، بلكه تا به امروز نيز در دنياي فناوري پابرجا مانده و امروزه از آن با عنوان قانون مور ياد مي‌شود.

تنها چهار روز ديگر و در ۱۹ آوريل، اين قانون شاهد تولد پنجاه سالگي خود خواهد بود. حال كه پنجاه سال از زمان پيدايش اين قانون گذشته، مجال خوبي است تا به سرنوشت آن و تغييرات اعمال شده در دنياي پردازنده‌ها در طول پنج دهه‌ي گذشته بپردازيم. نگاهي به گذشته اين امكان را در اختيارمان قرار مي‌دهد تا به پيش‌بيني آينده‌ي صنعت پردازنده‌ها با توجه به سرعت بالاي نوآوري‌ها در اين صنعت بپردازيم.

قانون مور با در انديشه متخصصين گرفتن دو فاكتور اصلي از مشاهدات گوردون مور در جريان نگارش مقاله‌ي وي ارائه شده است. فاكتور اول اشاره به تعداد بهينه‌ي كامپوننت‌هايي دارد كه مي‌توان در ساخت يك تراشه از آن‌ها استفاده كرد. استفاده از كامپوننت‌هاي بيشتر به معناي كاهش هزينه به ازاي هر كامپوننت است. البته در اين بين استثنائي نيز وجود دارد كه براساس آن پس از يك مقدار مشخص، با افزايش تعداد كامپوننت‌هاي مورد استفاده عملكرد كاهش مي‌يابد كه از اين‌رو اين نقطه را بايد به‌عنوان محلي كه مي‌توان بهينه‌ترين تعداد كامپوننت‌هاي ممكن را در تراشه قرار داد، در انديشه متخصصين گرفت. گوردون مور اين رابطه را در نمودار زير به روشني به نمايش گذاشته است.

فاكتور دومي كه وي در مشاهدات خود به آن توجه كرد، افزايش تعداد كامپوننت‌هايي بود كه در سال‌هاي مختلف در نقطه‌ي برگشت از عملكرد، ثبت مي‌شد. وي به روشني ديد كه تعداد  ترانزيستورهاي مورد استفاده در هر تراشه پس از توليد اولين ترانزيستور در سال ۱۹۵۹ در فاصله‌ي هر يك سال تا دو برابر افزايش مي‌يابد. وي اين موضوع را در يك منحني نمايي كه تصوير آن را در ذيل مشاهده مي‌كنيد، ترسيم كرد. مور پيش‌بيني كرد كه روند دو برابر شدن تعداد ترانزيستورهاي مورد استفاده در تراشه‌ها تا ده سال به همين ترتيب ادامه خواهد داشت. با توجه به روند دو برابر شدن ترازيستورهاي مورد استفاده در تراشه‌ها، گوردون مور پس از مطرح شدن مساله‌ي كوچك‌كردن كامپوننت‌هاي مورد استفاده در تراشه‌ها توسط داگلاس انگلبارت (Douglas Engelbart) اولين بار تمامي اين مسائل را روي كاغذ آورد تا بتواند پيش‌بيني درستي از اين روند داشته باشد. مور هيچگاه تصور نمي‌كرد انديشه متخصصينيه‌ يا به بيان بهتر پيش‌بيني‌ او به يك قانون و اصل تبديل شود. وي در مقاله‌ي خود علاوه بر پيش‌بيني دو برابر شدن تعداد ترانزيستورهاي مورد استفاده در تراشه‌ها، به اشكالات متخصص احتمالي ايجاد شده در ده سال آينده نيز اشاره كرد.

كارور ميد در سال ۱۹۷۵ درصدد بهينه سازي قانون مور برآمد، در حالي كه خود مور در همان سال‌ها قانون خود را مورد بازنگري قرار داده بود. اگرچه مور تصور نمي‌كرد كه پيش‌بيني‌هايش در مورد صنعت توليد پردازنده‌ها تا سال ۱۹۷۵ دقيق باشد، اما همگان با گذشت سال‌ها به صحت انديشه متخصصينيه‌ي وي در خصوص دو برابر شدن تعداد ترانزيستور‌ها در دهه‌ي پيش رو ايمان آوردند. مور در سال ۱۹۷۵ به اين نتيجه رسيد كه رفته رفته موضوع تراكم در ميزان افزايش ترانزيستور‌هاي تراشه‌ها تاثيرگذار خواهد بود و از اين‌رو اعلام كرد كه تعداد ترازيستورها در پردازنده‌ها از سال ۱۹۸۰ به بعد هر دو سال يكبار دو برابر خواهد شد.

تراكم كامپوننت‌هاي مورد استفاده با نزديك شدن به سال ۱۹۷۵ به مساله‌ي مهمي تبديل شد، از سويي ديگر ديو هاوس از اينتل به اين نتيجه رسيد كه سرعت پردازشي كامپوننت‌هاي مورد استفاده نيز با گذشت زمان بيشتر شده است. وي قانون مور را در اين سال دوباره بهينه كرد و به شكل امروزي آن درآورد. هاوس به اين نكته اشاره كرد كه از اين پس تعداد كامپوننت‌هاي مورد استفاده در تراشه‌ها به جاي يك بازه‌ي يك ساله، در هر ۱۸ ماه دو برابر خواهد شد. بازه‌ي زماني مورد انديشه متخصصين وي از آنچه كه مور در سال ۱۹۶۵ اعلام كرده بود بيشتر و از ميزان اعلام شده توسط مور در بازنگري سال ۱۹۷۵ نيز كمتر بود. از آن پس اين مدل از قانون مور به عنوان انديشه متخصصينيه‌ي استاندارد در علوم به كار گرفته شده است.

در صورتي كه در صنعت توليد پردازنده‌ها به كار مشغول باشيد، قانون مور از اهميت فوق‌العاده‌اي براي شما برخوردار است. قانون مور تضمين كننده‌ي سرعت پيشرفت پردازنده‌هاي توليد شده در دنياي فناوري است.

با وجود اينكه تمركز در صنعت مدارات مجتمع و توليد ترانزيستورها با اختراع سيليكون بسيار افزايش يافته، ولي تاريخ دنياي كامپيوتر به پيش از آنكه سيليكون در اين صنعت مورد استفاده قرار گيرد، باز مي‌گردد. با نگاهي به تاريخ دنياي كامپيوتر و محاسبات مي‌توان ريشه‌هاي اين علم را در چرتكه‌هايي يافت كه در زمان‌هاي قديم مورد استفاده قرار مي‌گرفت. پس از چرتكه‌ها مي‌توان خط‌كش‌هاي مهندسي، ماشين حساب‌هاي متخصص و سپس به مين‌فريم‌هايي اشاره كرد كه از لامپ‌هاي خلا استفاده مي‌كردند. همه‌ي اين ابزار‌هاي محاسباتي پيش از كشف سيليكون و استفاده از آن در ساخت مدارات مجتمع صورت گرفته است. پيش از به كارگيري مدارات مجتمع، ترانزيستورهاي گسسته ساختار اصلي سوپركامپيوترهايي نظير اطلس و 3MFLOP CDC 6600 را تشكيل داده بود.

در صورتي كه نگاهي به تاريخ كامپيوترهاي توسعه يافته سي سال پيش از قانون مور داشته باشيم، مي‌توان سير پيشرفت قدرت پردازشي را از يك پردازش در هر ثانيه در كامپيوتر Konard Zuse's Z1 در سال ۱۹۳۸ تا 3MFLOP CDC 6600 در سال ۱۹۵۶ مشاهده كرد. Z1 را بايد اولين نمونه‌اي خواند كه از ساختار قابل برنامه ريزي بهره مي برد. با نگاهي به روند افزايش قدرت پردازشي كامپيوتر‌ها در طول تاريخ صد ساله كه شامل دوران پيش از كشف سيليكون و ارائه‌ي قانون مور نيز مي‌شود، مي‌توان به روشني ديد كه سير بالا رفتن قدرت پردازشي از روند مشابه قانون مور پيروي كرده است.

 در حال حاضر توليدكنندگان پردازنده‌ها و مدارات مجتمع از جنبه‌ي قدرت پردازشي و فاكتورهاي فيزيكي در حال نزديك شدن به بن‌بست از انديشه متخصصين قانون مور هستند، چراكه سيليكون از انديشه متخصصين فيزيكي ديگر اجازه‌ي دو برابر شدن تعداد ترانزيستورهاي مورد استفاده در هسته‌هاي پردازشي را نمي‌دهد. توليدكنندگان از اين‌رو در پي يافتن فناوري‌هاي ديگري براي توسعه پردازنده‌هاي قوي‌تر هستند. يكي از مفاهيمي كه در حال حاضر نيز مي‌توان استفاده از آن را در پردازنده هاي گرافيكي به عينه ديد، پردازش موازي است. اين مفهوم قدرت پردازشي بالايي را در اختيار متخصص قرار مي‌دهد. مي‌توان با تغييرات در نرم‌افزار و اضافه كردن قابليت استفاده از چندين هسته، پردازش‌هاي موازي را در بستر گسترده‌تري به كار گرفت. استفاده از گرافين و نانو لوله‌هاي كربني در كنار رايانش كوانتومي از جمله‌ي ساير حوزه‌هايي است كه دانشمندان در حال توسعه‌ي آن هستند.

 بايد ديد كه در آينده كداميك از فناوري‌ها مي‌تواند به بقاي قانون مورد كمك كند؟