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O que é a Lei de Moore e por que as pessoas dizem que ela está morta?

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Quardia/Shutterstock.com

A “Lei” de Moore é uma observação do fundador da Intel, Gordon Moore, de que a densidade do transistor dobra em intervalos, mantendo o mesmo preço. Alguns na indústria acham que esses dias acabaram.

Gordon Moore, co-fundador da Intel, é o homem responsável pela Lei de Moore. Moore fez uma observação de que a densidade do transistor de circuitos integrados dobra a cada dois anos. Alguns dizem que a Lei de Moore está morta, mas por quê?

O que diz a Lei de Moore

Gordon Moore fez sua observação original em 1965:

“A complexidade dos custos mínimos dos componentes aumentou a uma taxa de cerca de um fator de dois por ano. Certamente, no curto prazo, pode-se esperar que essa taxa continue, se não aumentar. A longo prazo, a taxa de aumento é um pouco mais incerta, embora não haja razão para acreditar que não permanecerá quase constante por pelo menos 10 anos.” -Gordon Moore em Enfiar mais componentes no integrado circuitos

Isso pode ser interpretado de várias maneiras, mas implica duas coisas. Primeiro, (na época) o Circuito Integrado (IC) mais básico dobraria a densidade do transistor a cada ano. Em segundo lugar, isso também seria verdade no nível de custo mais baixo. Portanto, se o custo de fabricação de um CI de um determinado tamanho permanecer estável ao longo do tempo (levando em conta a inflação), isso significaria que o custo por transistor cairia pela metade a cada dois anos.

Transistores FinFET em tamanhos diferentes ilustrando o progresso da Lei de Moore.
Ascannio/Shutterstock.com

Este é um nível incrível de crescimento exponencial demonstrado pelo “problema do trigo e do tabuleiro de xadrez”, onde se você colocar um grão de trigo (ou arroz) no primeiro quadrado e dobrar a quantidade para cada quadrado sucessivo, você ficará bem! mais de 18 quintilhões de grãos por quadrado 64!

Mais tarde, Moore revisou sua observação para estender o tempo para uma vez a cada dezoito meses e, eventualmente, uma vez a cada dois anos. Portanto, embora a densidade do transistor ainda esteja dobrando, o ritmo parece estar diminuindo.

Não é realmente uma lei

Embora tenha sido apelidada de “Lei de Moore”, não é uma lei no sentido estrito da palavra. Em outras palavras, não é como uma lei natural que descreve como coisas como a gravidade funcionam. É uma observação e uma projeção de tendências históricas para o futuro.

Em média, a Lei de Moore é válida desde 1965 e é uma espécie de referência para a indústria de semicondutores para indicar aproximadamente se está no caminho certo, mas não há razão para isso ser verdade ou permanecer assim indefinidamente.

Há mais no desempenho do que a densidade do transistor

O transistor é o componente fundamental de um dispositivo semicondutor, como uma CPU. É a partir dos transistores que são construídos dispositivos como portas lógicas, que permitem o processamento estruturado de dados em código binário.

Em teoria, se você dobrar o número de transistores que podem caber em uma determinada quantidade de espaço, você dobra a quantidade de processamento que pode ocorrer. No entanto, ele conta não apenas quantos transistores você tem, mas também o que você faz com eles. Os microprocessadores receberam muitos ganhos de eficiência, com designs especializados para acelerar tipos específicos de processamento, como decodificar vídeo ou fazer a matemática especializada necessária para aprendizado de máquina.

Reduzir transistores geralmente também significa atingir frequências operacionais mais altas enquanto usa menos energia para a mesma quantidade de poder de processamento de uma geração anterior. A Lei de Moore é limitada à densidade do transistor, mas a relação entre a densidade do transistor e o desempenho não é linear.

O que quer dizer com “está morto”?

Ao longo dos anos, a frase “a Lei de Moore está morta” foi dita várias vezes, e se isso é verdade depende da sua perspectiva. As densidades do transistor ainda estão dobrando, mas em um ritmo mais lento, pois Moore revisou o período de tempo várias vezes.

A razão pela qual alguns afirmam que a lei está morta não é que a densidade do transistor ainda não dobrou, mas sim que o custo dos transistores não caiu pela metade. Em outras palavras, você não pode mais obter o dobro de transistores pelo mesmo dinheiro após um ciclo de duplicação.

Uma parte importante do motivo pelo qual isso está acontecendo é que estamos nos aproximando dos limites de quão pequenos podemos fazer transistores. No momento da redação deste artigo, os processos de fabricação de 5nm e 3nm são a tecnologia atual e da próxima geração. À medida que avançamos em direção ao limite superior do possível, o número de problemas e o custo de superá-los provavelmente aumentarão.

No entanto, só porque o preço dos transistores não está caindo pela metade como costumava, não significa que o desempenho não dobrará ou cairá pela metade. Lembre-se, a contagem do transistor é apenas uma parte do desempenho. Estamos alcançando velocidades de clock mais altas, encaixando mais núcleos em uma única unidade de processador, fazendo mais com nossos transistores e criando novos silícios que podem acelerar trabalhos específicos, como aprendizado de máquina. Nesse sentido expandido, a Lei de Moore ainda tem vida, mas em sua forma original, está em suporte de vida.

A Lei de Moore tem que morrer em algum momento.

Ninguém jamais acreditou que a observação de Moore sobre a densidade e o custo dos transistores duraria para sempre. Afinal, o gráfico exponencial acabaria por tender para densidade de transistor infinita e desempenho de computação. Tanto quanto se sabe, isso não é realmente possível, e é particularmente improvável que seja possível usando a eletrônica de semicondutores como a conhecemos hoje.

Já existem inúmeros desafios com os minúsculos componentes dos processadores modernos que combatem efeitos quânticos indesejados. Em algum momento, você não pode mais manter os elétrons dentro de seus pequenos circuitos, então tentar fazer as menores coisas bate em uma parede de tijolos.

Nesse ponto, pode ser hora de passar para outro tipo de substrato de computação, como a fotônica, mas provavelmente existem inúmeras maneiras de obter maior desempenho dos semicondutores que não envolvem a fabricação de transistores menores.

Já estamos vendo maneiras econômicas de construir grandes processadores a partir de vários processadores menores, como os designs de chipset da AMD ou a estratégia da Apple de agrupar seus chips básicos para criar mega-CPUs que funcionam como um sistema. Existe potencial na ideia de construir CPUs com circuitos 3D, com camadas de componentes de microchip se comunicando vertical e horizontalmente.

Embora o limite final da densidade do transistor pareça estar se aproximando a cada dia, o verdadeiro limite do poder de computação atingível permanece uma questão em aberto.

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