в том, чтобы смело продлить линию до 1975 года, когда на одном чипе будет записано 216 или 65 000 транзисторов. Этот подвиг был достигнут в указанном году в лаборатории IBM.
На практике темп ежегодного удвоения замедлился до конечного темпа в полтора года, а затем до 24 месяцев. Как я пишу в 2022 году, после 33 удвоений с 1962 года, чип Flash RAM с 16 миллиардами транзисторов приближается к 24-месячному темпу прогресса, который теперь известен как закон Мура.
В последние годы многие предсказывали предполагаемый конец закона Мура, поскольку туннелирование электронов и другие факторы ограничивают возможности уменьшения размеров микросхем. Однако оказалось, что закон Мура — это не просто механическое упражнение. Сейчас инженеры разрабатывают архитектуры, позволяющие довести объем памяти до терабитов или триллионов бит. Компания под названием Cerebras полностью избежала ограничений, накладываемых микросхемами, и вписала и соединила около 5,2 триллиона транзисторов на 12-дюймовой пластине.
Кривые обучения являются наиболее фундаментальным фактом капиталистического роста, и, как мы видели, закон Мура и теория кривых обучения на самом деле представляют собой одно и то же явление, измеренное разными способами; именно закон Мура объясняет то, что мы называем информационной революцией, проявившейся в интернете, облаке данных и смартфоне.
Закон Мура лежит на пересечении кривых обучения с квантовой физикой. Высшей наукой о полупроводниках является квантовая механика, а не термодинамика. Вместо того чтобы управлять материей извне - поднимать ее против гравитации, перемещать против трения, плавить или сжигать, чтобы изменить ее форму или фазу - Мур и его команда научились манипулировать материей изнутри ее атомной и молекулярной структуры. В микромире, как провозгласил Ричард Фейнман в знаменитой речи в Калтехе в 1959 году, «есть много места внизу».
Закон Мура был представлен мне и всему миру Карвером Мидом, физиком-инженером-пророком из Калтеха, который был в аудитории во время выступления Фейнмана. Мид предоставил ключевые исследования, лежащие в основе этого явления, и назвал его в честь Гордона Мура.
Мид рассказывает: "В то время я консультировал компанию Fairchild. Гордон - человек раннего утра, а я - раннего утра, поэтому он приходил в лабораторию Fairchild, которая тогда находилась в Пало-Альто, рано. И всегда было одно и то же - я приходил к нему в офис, а он был единственным, кто был рядом. Так что у нас было около часа до начала работы.
Однажды утром я вошел к нему, и он сказал: "Что вы думаете об этом?". И он протянул картинку, на которой было изображено возрастание сложности чипов с течением времени. У него было по одной картинке за каждый год, и он провел через них линию, которая представляла собой экспоненциальный рост. А затем он просто продлил пунктирную линию от нее".
Как вспоминает Мид, "я сказал: "Ух ты, как здорово". "
Гордон ответил: "Вы работаете над туннелированием электронов, не так ли?".
"Да".
"А туннелирование - это то, что происходит, когда все становится маленьким?"
Действительно, туннелирование электронов - это причудливый квантовый эффект, при котором в определенных условиях электроны могут спонтанно проникать через потенциальные барьеры, через которые они не могли проникнуть или преодолеть при прежнем ньютоновском режиме.
"Да, - сказал Мид, - туннелирование происходит, когда вещи очень малы".
"А разве это не ограничивает размеры транзистора?".
Мид ответил: "Да, конечно, будет".
И он сказал: "Насколько это мало?".
"Единственное, что я мог сказать на данный момент, это то, что затвор транзистора, вход, не может начать потреблять большой ток, иначе вы больше не сможете использовать его в качестве входа." Он будет протекать. "Он начнет потреблять ток, когда оксид затвора опустится до 50 ангстрем".
Ангстрем - это десятая часть нанометра, то есть миллиардная часть метра.
"Это становится довольно тонким", - сказал Мур.
Ответ Мида - пятьдесят ангстрем - был удивительным. В 2021 году, примерно пятьдесят семь лет спустя, передовые фабрики по производству микросхем в Тайване и Корее начали выпускать микросхемы с геометрией оксида затвора всего в пять нанометров. Пять нанометров - это, по-другому говоря, пятьдесят ангстремов.
"Что ж, - вспоминает Мид, - это было очень консервативно, но это дало нам начало, а затем мы занялись разработкой масштаба всего транзистора, и все такое. Это был 1965 год. Это был очень, очень интересный год".
Одно из ярких ранних проявлений закона Мура и магии кривых обучения можно найти в истории телевидения, когда председатель FCC постановил, что все телевизоры, выпущенные после 1964 года, должны содержать тюнеры UHF. Коллега Гордона Мура по Fairchild Semiconductor, продавец Джерри Сандерс (который впоследствии основал Advanced Micro Devices), знал, что среди всех компаний в мире только его компания обладала микросхемой, способной выполнить эту работу: транзистором 1211.
В то время он продавал устройство военным в небольших количествах по 150 долларов за штуку. Поскольку каждый прибор стоил 100 долларов, это приносило 50 долларов валовой прибыли. Но Сандерс слюной обливался от перспективы немного снизить цену и продавать большими партиями, сделав Fairchild крупнейшим в мире поставщиком компонентов для телевизоров. Затем пришли плохие новости. RCA объявила о выпуске новомодной вакуумной лампы под названием Nuvistor, которая также могла выполнять эту работу (хотя и не так хорошо), и назначила цену в 1,05 доллара, что более чем в 100 раз меньше, чем транзистор 1211.
Поскольку объемы производства должны были вырасти с сотен для военных применений до миллионов для телевизоров, Боб Нойс и Гордон Мур из Fairchild предвидели экономию от масштаба, которая позволила бы резко снизить цену: они посоветовали Сандерсу продавать 1211 производителям телевизоров за 5 долларов. В итоге Сандерс пошел еще дальше, достигнув цены Nuvistor в 1,05 доллара, а затем опустившись намного ниже, поскольку объемы производства продолжали расти.
В период между 1963 и 1965 годами компания Fairchild завоевала 90 процентов рынка СВЧ-тюнеров в США. Чем больше чипов производила компания, тем дешевле они становились, тем больший рынок они завоевывали и тем больше денег Fairchild зарабатывала на продукте. К началу 1970-х годов компания Fairchild продавала микросхемы 1211 по 15 центов за штуку.
В обычных экономических моделях производство определяется наличием ключевых ресурсов, эластичностью спроса (насколько больше продукта покупается при снижении цены) и физическими возможностями применяемых материалов и систем. Что касается ресурсов, то, как первым отметил Мур, у интегральных схем есть огромное преимущество перед другими продуктами: кремний, кислород и алюминий - три самых распространенных элемента в земной коре. Производители микрочипов в основном используют готовые конструкции микросхем, которые являются продуктом человеческого разума.
По мере того, как по закону Мура транзисторы
