重要なポイント
ムーアの「法則」は、同じ価格を維持しながらトランジスタ密度が一定期間ごとに 2 倍になるというインテルの創設者ゴードン・ムーアの観察です。業界の中には、そんな時代は終わったと考えている人もいます。
インテルの共同創設者であるゴードン・ムーアは、ムーアの法則の責任者です。集積回路のトランジスタ密度は 2 年ごとに 2 倍になるというムーア氏の観察です。ムーアの法則はもう死んだという人もいますが、なぜでしょうか?
ムーアの法則が語ること
ゴードン・ムーアは 1965 年に 最初の観察 を行いました。
「最小コンポーネントコストの複雑さは、年間およそ 2 倍の割合で増加しています。確かに短期的には、この割合は増加しないにしても、今後も続くことが予想されます。長期的には、増加率は少なくとも10年間はほぼ一定に保たれないと信じる理由はないが、もう少し不確実である。」 – ゴードン・ムーア著 、「集積回路にさらに多くのコンポーネントを詰め込む」
これはいくつかの方法で解釈できますが、2 つのことを意味します。まず、（当時）最も基本的な集積回路（IC）のトランジスタ密度は毎年 2 倍になります。第二に、これは最低コストレベルでも当てはまります。したがって、特定のサイズの IC の製造コストが長期にわたって安定している場合 (インフレを考慮すると)、これは事実上、トランジスタあたりのコストが 2 年ごとに半分になることを意味します。
これは、「 小麦とチェス盤の問題 」で示される驚くべきレベルの指数関数的成長であり、最初の正方形に小麦 (または米) を 1 粒置き、その後の各正方形にその量を 2 倍にすると、十分な量になります。スクエア64で18京粒以上！
ムーア氏は後に観察を修正し、その期間を 18 か月に 1 回、そして最終的には 2 年に 1 回に延長しました。したがって、トランジスタ密度は依然として 2 倍になっていますが、そのペースは鈍化しているようです。
それは実際には法律ではありません
これはムーアの「法則」と呼ばれていますが、言葉の正しい意味での法則ではありません。言い換えれば、それは重力のようなものがどのように機能するかを説明する自然法則のようなものではありません。これは歴史的傾向を観察し、将来に投影するものです。
平均すると、ムーアの法則は 1965 年以来維持されており、ある意味、 半導体業界が 軌道に乗っているかどうかを大まかに判断するためのベンチマークとなっていますが、それが真実である必要がある、あるいは永久に真実であり続ける必要があるという理由はありません。
性能はトランジスタ密度以上のものがある
トランジスタは、 CPU などの半導体デバイスの基本コンポーネントです。論理ゲートなどのデバイスはトランジスタから構築され、 バイナリ コード でのデータの構造化処理が可能になります。
理論的には、一定のスペースに収まるトランジスタの数が 2 倍になれば、実行できる処理量も 2 倍になります。ただし、トランジスタの数だけではなく、それらを使って何をするかが重要です。マイクロプロセッサは、ビデオのデコードや機械学習に必要な特殊な数学の実行など、特定の種類の処理を高速化するための特殊な設計により、効率が大幅に向上しました。
トランジスタの縮小は一般に、前世代と同じ量の処理能力でより少ない電力を使用しながら、より高い動作周波数に到達することも意味します。ムーアの法則はトランジスタ密度に限定されますが、トランジスタ密度と性能の関係は線形ではありません。
「死んでいる」ってどういう意味ですか？
ここ何年にもわたって、「ムーアの法則は死んだ」という言葉が何度も言われてきましたが、それが真実かどうかはあなたの見方次第です。トランジスタ密度は依然として2倍になっているが、ムーア氏がこれまで何度か時間枠を修正しているため、ペースは遅くなっている。
この法律は死んだ、と主張する人たちがいる理由は、トランジスタ密度がまだ倍増していないからではなく、トランジスタのコストが半分になっていないからである。言い換えれば、サイクルが 2 倍になった後は、同じ金額で 2 倍の数のトランジスタを入手することはできなくなります。
このようなことが起こっている重要な理由の 1 つは、トランジスタをいかに小さくできるかの限界に近づいているためです。この記事の執筆時点では、 5nm および 3nm の製造プロセスは現在および次世代のテクノロジーです。可能なことの究極の限界に向かって進むにつれて、問題の数とそれを克服するためのコストは両方とも増加する可能性があります。
ただし、トランジスタの価格がかつてのように半分にならないからといって、性能が価格で 2 倍または半分になるわけではありません。トランジスタ数は性能の一部にすぎないことに注意してください。私たちはより高いクロック速度を達成し、より多くのコアを 1 つのプロセッサ ユニットに組み込み、トランジスタでより多くのことを実行し、 機械学習 などの特定のジョブを高速化できる新しいシリコンを作成しています。この拡張された意味では、ムーアの法則にはまだ生命が存在しますが、本来の形では生命維持装置が付いています。
ムーアの法則はいつかは滅びなければならない
トランジスタの密度とコストに関するムーアの観察が永遠に当てはまるとは誰も信じていませんでした。結局のところ、指数関数的なプロットは、最終的には無限のトランジスタ密度とコンピューティング性能に向かう傾向となるでしょう。誰もが知る限り、それは実際には不可能であり、特に今日私たちが知っている半導体エレクトロニクスを使用してそれが可能になる可能性は低いです。
最新のプロセッサーの小さなコンポーネントには、望ましくない量子効果と格闘する多くの課題がすでにあります。ある時点で、小さな回路内に電子を保持できなくなるため、回路を小さくしようとすると壁にぶつかります。
その時点で、 フォトニクス などの別のタイプのコンピューティング基板に移行する時期が来るかもしれませんが、トランジスタを小型化することなく、半導体からより高いパフォーマンスを得る方法はおそらく無数にあります。
AMD のチップレット設計 や、 ベースライン チップを接着して 1 つのシステムであるかのように動作するメガ CPU を作るという Apple の戦略など、複数の小型プロセッサから大型プロセッサを構築するコスト効率の高い方法がすでに登場しています。垂直方向と水平方向に通信するマイクロチップ コンポーネントの層を備えた 3D 回路 で CPU を構築するというアイデアには可能性があります。
トランジスタ密度の究極の限界は日に日に近づいているように見えますが、達成可能なコンピューティング能力の真の限界は依然として未解決の問題です。
