Ten artykuł czytasz w ramach bezpłatnego limitu
Jesteśmy uzależnieni od tranzystorów. Cały świat jest nimi przepełniony i trudno znaleźć urządzenie elektryczne pozbawione tego elementu elektronicznego. Są obecne tam, gdzie potrzebujemy operacji logicznych, a potrzebujemy ich wszędzie, nie tylko w komputerach i telefonach, ale też w zegarkach i samochodach. Nawet metki zabezpieczające ubrania przed kradzieżą w sklepie mają mikroprocesory.

Najmniejsze tranzystory, jakie potrafimy wyprodukować, mają kilka nanometrów średnicy i są mniejsze od większości wirusów. Potrafimy też upchnąć ogromne ich ilości na niewielkiej przestrzeni - nawet miliard na powierzchni mniejszej od paznokcia. Upychamy je dlatego, że potrzebujemy coraz to większych mocy obliczeniowych. Warto wiedzieć, że współczesny telefon komórkowy ma moc obliczeniową porównywalną z komputerem Deep Blue, który jako pierwsza maszyna na świecie wygrał mecz szachowy z mistrzem świata w tej dyscyplinie - było to w 1997 roku, a komputer rywalizował z Garijem Kasparowem. Deep Blue mieścił się w ogromnej szafie wielkości budki telefonicznej. To obrazuje, jak wielki mamy postęp w elektronice - wystarczyło 18 lat, żeby taką moc obliczeniową zmieścić w kieszeni spodni.

CZYTAJ TEŻ: Nadchodzi era nowych wynalazków. Świat znów ruszy z kopyta



Coraz więcej danych

W 1965 roku Gordon Moore, szef działu badawczego firmy Fairchild Semiconductor, został poproszony przez czasopismo "Electronics Magazine" o przewidywania dotyczące rozwoju rynku półprzewodników w ciągu najbliższej dekady. W artykule, który ukazał się 19 kwietnia 1965 roku, Moore zauważył, że liczba tranzystorów w układach scalonych podwaja się co roku, i przewidywał, że tendencja ta utrzyma się przez następnych 10 lat. Później Moore dwukrotnie zweryfikował swoje twierdzenie, mówiąc, że liczba procesorów podwaja się co półtora roku, a później co dwa lata. Z czasem sformułowanie zyskało przydomek prawa Moore'a, choć do bycia prawem w sensie formalnym brakuje wielu elementów. Po pierwsze rzetelnego sformułowania - dziś tym mianem określa się zarówno regułę podwajania wydajności obliczeniowej procesorów, jak i podwajania gęstości zapisu danych na dyskach magnetycznych. Co więcej, prawo Moore'a nie ma dowodu, trudno więc mówić o prawie w takim sensie, jak rozumie to logika.

Oczywiście od 50 lat sprawdza się bardzo dobrze. Tyle że od przeszło 25 lat prawo Moore'a było wpisane w rozwój branży za pomocą bardzo potężnego narzędzia, jakim była najpierw "Narodowa mapa drogowa przemysłu półprzewodnikowego", a od 1998 roku "Międzynarodowa mapa drogowa przemysłu półprzewodnikowego". Są to dokumenty opracowane przez inżynierów pracujących w największych korporacjach zajmujących się półprzewodnikami, w których wytyczają kierunki badań i inwestycji w kolejne technologie. Nikt nie może sobie pozwolić na wybudowanie fabryki, która przez rok nie będzie nic produkować, bo zabraknie kluczowego podzespołu od podwykonawcy, dlatego potrzebna jest międzykorporacyjna koordynacja działań. "Mapa drogowa" od początku zakładała, że przyrost wydajności następować będzie w tempie dyktowanym przez prawo Moore'a. A to znaczy, że zdumiewająca regularność potwierdzająca prawdziwość reguły tak naprawdę wynikała z odgórnego podporządkowania się jej.

CZYTAJ TEŻ: Rewolucja cyfrowych samochodów. Za 10 lat kierowcy nie będą potrzebni



Kreatywność inżynierów

Koniec prawa Moore'a wieszczono wielokrotnie, począwszy od samego Gordona Moore'a, który w 2005 roku w wywiadzie stwierdził, że powoli zbliżamy się do rozmiarów porównywalnych z pojedynczymi atomami, co stanowi oczywistą granicę dalszego zagęszczania elektroniki - nie da się zbudować tranzystora z połowy atomu. Jego zdaniem w okolicach 2025 roku dotrzemy do granicy możliwości w zagęszczaniu tranzystorów w układzie scalonym.

Za wcześnie oczywiście, żeby odtrąbić koniec obowiązywania szacownej reguły, która sprawdzała się przez ostatnich 50 lat. Kilka razy wydawało się, że fizyka stoi na drodze do powiększania wydajności obliczeniowej uzyskiwanej z centymetra kwadratowego układu scalonego, a raczej z decymetra sześciennego komputera, ale za każdym razem inżynierowie znajdowali kreatywne rozwiązanie. Gdy na przykład okazało się, że nie można zwiększać częstotliwości pracy, zwiększono liczbę jednostek wykonawczych ("rdzeni", które znamy choćby z reklam telefonów). Gdy światło widzialne przestało wystarczać do naświetlania masek do wytrawiania ścieżek w krzemie, zaczęto stosować lasery ultrafioletowe (a teraz inżynierowie zastanawiają się nad promieniami Roentgena) i tak dalej.

Warto jednak zwrócić uwagę na to, że zapewne wykorzystanie funkcji wykładniczej jako matematycznego modelu wzrostu wcale nie musi pasować do rzeczywistości, a korekty interwału czasowego, w którym ma dochodzić do podwojenia wydajności urządzeń (najpierw co roku, potem co 18 miesięcy, później dwa lata, a obecnie dwa i pół roku), to desperacka próba dopasowania danych do z góry założonego modelu. W tym przypadku lepiej zapewne rzeczywistość opisuje model logistyczny, który na przykład można zastosować do przewidywania liczby drożdży w próbówce z osłodzoną wodą. W takiej sytuacji też przez pewien okres wzrost jest wykładniczy, a później wyhamowuje i liczebność populacji się ustala. Podobnie może być z prędkością komputerów.

Lepsze dopasowanie

Ale nawet pomijając adekwatność modelu, sami inżynierowie wiedzą, że jest jeszcze wiele niewykorzystanych obszarów, które mogą zapewnić przyspieszenie działania urządzeń elektronicznych. Jednym z takich obszarów, wskazywanym w "Mapie drogowej", jest specjalizacja - dopasowanie układów scalonych do konkretnych aplikacji. Dziś prym wiodą urządzenia mobilne, telefony, tablety, zegarki, a komputery, zwłaszcza stacjonarne, nie napędzają już tak wzrostu. Mobilne zastosowania mają swoje prawa - znacznie ważniejsza jest energooszczędność. Dziś klienta można przekonać do zakupu bardziej obietnicą długiego czasu pracy na baterii niż abstrakcyjną dla niego wydajnością obliczeniową. Ale specjalizacja jest tym, czego producenci półprzewodników nie lubią. Tyle że nie mają wyjścia. Albo polubią, albo stracą. Tegoroczna "Mapa drogowa" dla przemysłu półprzewodnikowego jest przykładem, że nadchodzi właśnie taka zmiana myślenia, czego dowody można znaleźć nawet w nazwie dokumentu: "Międzynarodowa mapa drogowa dla urządzeń i systemów".

Warto się zastanowić, co to znaczy dla nas. Nadchodzi era, w której producenci mikroprocesorów będą produkować takie urządzenia, jakie chcemy kupić, a nie takie, jakie oni mogą wyprodukować. To znaczy, że za dwa lata telefony będą dłużej działały na bateriach, a tablety będą lepiej łapały zasięg sieci komórkowych. Ponieważ podejście jest kompleksowe, ze strony producentów zarówno baterii, jak i elektroniki, może wrócą czasy, kiedy bateria w komórce "trzymała" kilka dni i nikogo to nie dziwiło.

W sumie dobrze, że "Mapa drogowa" uwzględnia potrzeby konsumentów. W kolonii drożdży żyjących w słodkiej wodzie tylko przez pewien czas trwa stabilizacja liczebności. Po kilku chwilach następuje gwałtowne załamanie spowodowane tym, że mikroorganizmy wyprodukowały zbyt dużo alkoholu, który je zabija. Może właśnie dzięki zwróceniu uwagi na potrzeby zwykłych ludzi branża uniknie kolapsu związanego z przeinwestowaniem w technologie, których nikt nie potrzebuje...

Wykorzystaj to w szkole! Przeczytaj razem z dzieckiem w domu.
Wskazówki i pytania do tego materiału znajdziecie na stronie programu Szkoła z Klasą 2.0: www.szkolazklasa.pl


Oglądaj wideo "Nauki dla każdego" i odkrywaj największe zagadki otaczającego Cię świata. Daj się wciągnąć, zafascynować, zadziwić. Spójrz na siebie i rzeczywistość z innej, naukowej strony!




W ''Nauce dla każdego czytaj:

Mężczyzna, delikatna płeć
Chłopcy to delikatna płeć, bardzo czuła na warunki środowiska. Syn to także większe obciążenie dla organizmu kobiety w ciąży

Jak fizycy radzą sobie z kosmitami
Szukamy ich, ślemy im kosmiczne listy w butelce, choć - jak ostrzega słynny brytyjski fizyk Stephen Hawking - spotkanie z wysoko zaawansowaną cywilizacją może się dla nas skończyć równie katastrofalnie jak dla Indian przybycie Kolumba

Nie to ładne, co jest ładne, ale... Co się mózgowi podoba
Piękno ekscytuje emocjonalnie, brzydota potrafi wzbudzić nawet poczucie zagrożenia i chęć ucieczki. A jeśli wrażliwości estetycznej brakuje, można się jej nauczyć

Ile zwierzęcia w człowieku?
Zanim rozwinęła się cywilizacja, byliśmy tylko jednym z wielu gatunków dużych ssaków, który niczym szczególnym się nie wyróżniał. Naszą ewolucję hamuje rozwój prawa - mówi prof. Jerzy Dzik, autor książki "Zoologia

Prawo Moore'a. Jak wygląda postęp?
Nadszedł koniec zasady, która przez lata opisywała postęp w miniaturyzacji elektroniki. Czy to też koniec postępu? Nie! Producenci sprzętu elektronicznego zaczną wreszcie produkować to, czego my potrzebujemy, a nie to, co uważali, że jest nam potrzebne



Artykuł otwarty w ramach bezpłatnego limitu

Wypróbuj prenumeratę cyfrową Wyborczej

Nieograniczony dostęp do serwisów informacyjnych, biznesowych,
lokalnych i wszystkich magazynów Wyborczej.