50 let platnosti Mooreova zákona

Mooreův zákon v doslovné podobě zní, že „počet tranzistorů na jednotce plochy nově vyrobeného elektronického čipu se každých zhruba 12-18 (dnes spíše 18-24 i více) měsíců zdvojnásobuje“. V přeneseném smyslu můžeme říci, že se také některé výkonnostní parametry počítačů každých několik let zdvojnásobují. Tento princip definoval a publikoval již před 50 lety pozdější spoluzakladatel firmy Intel Gordon Moore. Nejde však o fyzikální zákon, spíše jen o extrapolaci a předpověď vývoje integrovaných obvodů, zejména rychlostí procesorů, kapacit pamětí a pevných disků. Tato předpověď v různě modifikované podobě platí v podstatě dodnes, přestože v posledních letech se vývoj výkonnosti počítačů citelně zpomaluje. Stávající křemíková technologie totiž v současné době už zřejmě vyčerpává své možnosti.

V roce 1965 pracoval Gordon Moore jako ředitel výzkumu ve firmě Fairchild Semiconductor. V dubnu stejného roku také publikoval v časopise Electronics své empirické tvrzení, že počet tranzistorových prvků na čipu se na základě dat od roku 1959 zdvojnásobuje každý rok, při stejné ceně čipu. Předpověděl stejný vývoj i pro dalších 10 let (později tento cyklus s ohledem na rostoucí inovační náročnost v oboru elektroniky prodloužil na roky dva.). Zároveň představil vizi, že kolem roku 1975 budou díky tomu v obchodech běžně k dostání malé domácí počítače.

Platnost Mooreova zákona doposud praxe potvrdila|foto: GNU General Public License, verze 1.2, User:Wgsimon

Obecně známá interpretace zákona, kde vystupuje výkonnost procesorů a jiných součástek (konkrétně její zdvojnásobení například každých 18 měsíců) je až nepřímým důsledkem a vyslovil ho pozdější výkonný ředitel Intelu David House. Důležitým důsledkem zákona je neustálé relativní zmenšování a zlevňování čipů o stejném výkonu. V červenci 1968 Robert Noyce a Gordon Moore společně opustili Fairchild Semiconductor, aby založili svou vlastní firmu NM Electronics v Mountain View (California), která se o něco později přejmenovala na Intel (INTegrated ELectronics). Intel pak brzy vyrobil první mikroprocesor na světě, stejně jako první paměti typu EPROM (1971). Moore byl nejdříve výkonným viceprezidentem Intelu, jeho prezidentem se stal v roce 1975, CEO a předsedou v roce 1979. Od roku 1997 byl čestným předsedou a v roce 2001 odešel z ředitelské rady Intelu.

Předpověď zákona platí v principu už 50 let, zčásti je tažen poptávkou a má některé rysy sebepotvrzující prognózy. Nyní odborníci odhadují jeho další platnost až do let 2020-22. V té době se veškeré principy, z nichž těží odpovídající technologie (například fotolitografie s budoucím rozlišením cca 5-7 nanometrů), zřejmě víceméně "fyzikálně vyčerpají" a poté bude třeba, aby přišly ke slovu daleko vyspělejší technologie, jejichž aplikaci dnes nezvládáme (počítače sestávající z atomárních tranzistorů, optické počítače, kvantové počítače, grafenové obvody, uhlíkové nanotrubičky, memristory, spintronika). Často se také mluví o tzv. definitivní atomové či kvantové bariéře nebo o bariéře principu neurčitosti. Bez dosavadního padesátiletého exponenciálního vývoje informační technologie by však náš svět nemohl být takový, jaký je dnes.

Gordon Moore koncem 60. let|foto: Intel

Exponenciální růst žádné fyzikální veličiny však v reálném světě nemůže trvat věčně. Další a možná daleko závažnější bariérou jsou však tepelné ztráty a poruchovost u velejemných čipů a hlavně finance - ceny příslušných výrobních a výzkumných prostředků, laboratoří a továren, potřebných k produkci stále dokonalejších integrovaných obvodů, také stále exponenciálně rostou (to je tzv. druhý Mooreův zákon - cena těchto prostředků se zdvojnásobuje každé 4 roky). Po vyčerpání tohoto kvantitativního ukazatele pokroku si tedy bude muset počítačový průmysl najít jiné způsoby, jak zachovat stávající pokrok (možná paralelní řešení jsou třeba zvyšování počtu procesorových jader, 3D čipy, vývoj vhodnějších materiálů, architektur a software).

Některé oblasti IT oproti tomu Mooreův zákon nenaplňují, například rychlosti přenosových linek. Význam a dopady platnosti zákona pro vývoj elektronického průmyslu jsou však nesporné. Někteří technooptimističtí autoři navíc jeví snahu zákona absolutizovat a vidí jeho platnost v jakkoli vzdáleném budoucím vývoji celé technologie i lidské společnosti jako takové (například Ray Kurzweil a jeho Law of accelerating returns, zákon zrychlujících se přelomů, předpovídá, že s rostoucí mírou vyspělosti systému se zkracuje průměrná doba mezi důležitými událostmi a převraty v jeho rámci, takže technologický vývoj bude stále rychlejší, i kdyby se současné podmínky pro zdokonalování elektronických součástek fyzikálně vyčerpaly). Jiní autoři naopak zůstávají "při zemi". Řada ekonomů dokonce popisuje tzv. paradox produktivity - ačkoliv řada služeb využívá stále rychlejší počítače, jejich produktivní výkon prakticky neroste. Nicméně stále se rozšiřuje spektrum služeb a funkcí, ve kterých hrají počítače důležitou roli, což je důsledkem jejich zlevňování.

Zdroje: Phys.Org, Intel, IEEE Spectrum 1, IEEE Spectrum 2, IEEE Spectrum 3, IEEE Spectrum 4, Wired, Motherboard, PC World, Scientific American