قانون مور در مورد افزایش تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه چه می‌گوید؟
در مورد تکنولوژی و قانون های اسمی چه طور؟ مهندسان و اجدادشان از کشف الکترون تا جا دادن پنجاه میلیون ترانزیستور در یک مدار مجتمع، سیلی از اظهارات پر مغز، ملاحظات ریاضی و حتی چند پیشگویی کام بخش ماندگار به راه انداخته اند. برخی از آنها حیرت آورند و بسیاری دیگر احمقانه. اما نیازی نیست که با شور و حرارت تمام درباره موضوع حاد تعداد هر یک بیندیشید: قانون استورژن، که به نام نویسنده داستان های علمی تخیلی، تئودور استورژن (T. Sturgeon) نام گذاری شده است، می گوید «۹۰ درصد همه چیز آشغال است» احمقانه یا حیرت آور؟ شما قضاوت کنید.
آمیخته در میان اندیشه ها، اندک قوانینی به راستی قانون هستند، به راستی و به درستی. آنها برای تکنولوژی، چگونگی کارکرد چیزها را تعریف می کنند. قانون اهم، ولتاژ دو سر عنصر مداری را به مقاومت و جریان گذرنده از آن نسبت می دهد. قوانین کیرشهف با مجموع جریان ها در هر نقطه از مدار سر و کار دارد. اینها سنگ بنای مهندسی برق به شمار می روند. اما قوانینی که در فرهنگ رایج و حتی اذهان عموم پیچیده و ریشه دوانده اند، به راستی اصلاً قانون نیستند.
قانون مرفی اولین بار توسط ادوارد مرفی (E. Murphy)، مهندس هوافضای ارتش معرفی شد. کسی که گفته می شود پس از یک آزمایش افتضاح ناممکن در سال ۱۹۴۹ بیان کرده بود «اگر دو یا چند روش برای انجام کاری وجود داشته باشد و یکی از آنها منجر به فاجعه شود، بنابراین کسی می تواند آن کار را انجام دهد» و سپس قانون مور که هر کسی که تفاوت بین CMOS (نیمه رسانای اکسید فلزی مکمل، تکنولوژی برای ساخت مدارهای مجتمع توان پایین) و خزه اسپانیایی را می داند، درباره این قانون شنیده است. نیم دوجین از این قوانین سرانگشتی کمی بیشتر از نیم قرن در عصر فیزیک حالت جامد پایدار مانده اند. به راستی آنها چگونه دوام آورده اند؟ بیایید نگاهی بیندازیم:
قانون مور
تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه سالانه دو برابر می شود.
قانون مور، مادر تمامی قوانین مهندسی، ۳۸ سال پیش توسط گوردون مور (G.Moore) افسانه ای شرکت اینتل در مقاله ای ارائه شد. به هر حال او هرگز برای پیشگویی سالانه دو برابر شدن تعداد ترانزیستورهایی که می تواند روی تراشه نیمه رسانایی سوار شود، عبارت «قانون» را به کار نبرد. این مقاله در آوریل سال ۱۹۶۵ با عنوان «چپاندن اجزای بیشتر در مدارهای مجتمع» مطرح شد. مور در آن زمان مدیریت آزمایشگاه های تحقیق و توسعه بخش نیمه رساناهای شرکت فیرچیلد را بر عهده داشت. کل مقاله تنها سه صفحه و نیم و شامل دو نمودار و یک نقاشی کارتون مانند از خریداری بود که به کامپیوترهای خانگی دستی درون ویترین یک حراجی چشم دوخته بود. آری مور آنها را نیز پیشگویی کرده بود که احتمالاً این مورد بینش پیشگویانه تری را از مور نشان می دهد. او به روند تاریخی کار گذاشتن ترانزیستورها اشاره کرد و سپس به طور خلاصه چنین اظهارنظر کرد که هیچ مانع تکنیکی سر راه پیشرفت های بیشتر در تکنولوژی و فتولیتوگرافی وجود ندارد و بنابراین نتیجه گرفت که این روند کار گذاشتن، دست کم یک دهه دیگر ادامه خواهد یافت و شمار ترانزیستورهای روی یک تراشه به ۶۵ هزار افزایش می یابد.
در واقع با فرارسیدن سال ۱۹۷۵ تعداد اجزای روی بهترین تراشه ها، یک دهم چیزی بود که مور پیشگویی کرده بود. پریود دو برابر شدن در پایان دهه مورد نظر مور یعنی سال ۱۹۷۵ به مقدار متوسط ۱۷ ماه افزایش یافت. سپس این مقدار در خلال دهه بعدی و تا سال ۱۹۸۵ به ۲۲ ماه کاهش یافت و تا سال ۱۹۹۵ به ۳۲ ماه رسید. این روند با رسیدن به مقدار نسبی۲۲ تا ۲۴ ماه در سال های اخیر جانی دوباره گرفت. این آمارها توسط دن هاچسون (D. Hutcheson)، نایب رئیس شرکت تحقیقاتی VLSI به دست آمده است که اطلاعات محرمانه صنعتی را جمع آوری و به شکل ارقام کلی منتشر می کند. هاچسون که یک اقتصاددان است همراه با پدر مهندس اش شاید جدی تر از هر کس دیگری قانون مور را مورد بررسی قرار داد. به گفته هاچسون «اگرچه بخش روابط عمومی شرکت اینتل علاقه مند است با میانگین گیری رقم های ابتدایی و پایانی پریود ۱۸ ماهه را اعلام کند، اما مقدار متوسط آن از سال های پایانی دهه ۱۹۷۰ به این طرف ۲ سال است.»
مور در برابر این دیدگاه که تنها آنچه از لحاظ تکنولوژی امکان پذیر است زمان دوبرابر شدن تراکم ترانزیستورها را معین می کند، از آغاز تمام افکارش را متوجه زیربناهای اقتصادی این روند کرد، تمرکزی که همیشه بر آن اصرار ورزید. مور در آن مقاله یادداشت کرد که قیمت هر عنصر الکترونیکی با تعداد آن در مدارهای ساده نسبت عکس داشت. اما این نتایج نزولی با پیچیده تر شدن مدار به دست آمد. به عبارت دیگر زمانی فرا خواهد رسید که دیگر گذاشتن ترانزیستورهای بیشتر در یک تراشه به لحاظ اقتصادی ارزشمند نخواهد بود. به گفته هاچسون «اگر بخواهید پایانی برای قانون مور متصور شوید، پایانی اقتصادی خواهد بود، نه تکنیکی» یکی دیگر از مشهورترین پیشگویی های نافرجام در سال ۱۹۸۸ توسط اریک بلاچ (E.Bloch)، رئیس آن زمان بخش تحقیقات شرکت IBM، در حالی صورت گرفت که اندازه ترکیبات تراشه ها در حدود یک میکرومتر بود. بلانچ عنوان کرد که قانون مور در ابعاد زیر یک چهارم میکرون کار نخواهد کرد و البته این قانون امروزه در ابعاد یک دهم میکرون به خوبی پایداری می کند.
رفتن بلانچ از IBM پس از پیشگویی ننگین، خیلی به درازا نکشید. هاچسون به خاطر برخورداری این قانون از پایه و اساس اقتصادی، مورا را تحسین می کند. اما بعدها با این تفکر که صنعت برای ادامه روند دوبرابر کردن تراکم ترانزیستورها به زودی به تکنیک های تابش الکترون رو خواهد آورد، به برآورد آشکارا نادرست او درباره قدرت پایداری تکنیکی روش فتولیتوگرافی اشاره می کند. به گفته هاچسون «پاسخ پیش پا افتاره مور این بوده است که هیچ روند نمایی ای تا ابد ادامه نخواهد یافت، اما می توان آنرا تا ابد به تعویق انداخت. ما روزی احتمالاً مجبور می شویم به نوعی از نانو تکنولوژی با مولکول های مونتاژ خود به خودی و روش هایی از این دست رو بیاوریم و شاید آن وقت چنین روش هایی همان اصول اقتصادی را ارائه نکنند. اما زمان درازی پیش روی ما است، نیمه رساناها دست کم ۱۵ سال دیگر روی کار خواهند بود.این قانون محدودیت های اقتصادی موجود در صنعت و علاوه بر آن نرخ بازدهی تولید پیچیده ترین تراشه ها از نسلی معین را منعکس می کند- گوردون مور.پرسش به ویژه جالبی که درباره این قانون مطرح شده وضعیت قانونی آن است: آیا این قانون از حالت توصیفی فراتر رفته است و تبدیل به دستورالعمل شده است؟ به بیان دیگر آیا این قانون واقعیت را صرفاً بیان می کند یا آنرا می سازد. هاچسون می گوید این کارور مید (C.Mead)، کارمند آن زمان انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا، بود که قانون مور را «قانون» نامید، نه خود مور. مید این کار را سال ها پس از انتشار مقاله مور انجام داد. باقی ماجرا تاریخ است: با بیان آشکار مید، صنعت این قانون را پذیرفت و به «نقشه راه»ای ضمیمه کرد که خط میزان پیشرفت را در بسیاری از موارد مثل کمترین پهنای خط، بیشترین اندازه ویفرسیلیکون، تلرانس ابزارها و میزان پاکی فضای پاک (فضایی عاری از آلودگی و غبار که به طور عمده برای تولید اجزای الکترونیکی به کار می رود) تعیین کرد.به نظر می رسد تکنولوژی، خود عهده دار دورانی از حیاتش شد. تصور کنید صنعت حکم کرد که سرعت چرخه دوبرابر شدن باید حدود ۷ درصد افزایش یابد و تمامی مقررات وابسته، همین افزایش سرعت را به عنوان هدف شان قرار دادند و از این حکم یک حقیقت ساختند. در این مورد، سرعت بخشیدن به پریود دو برابر شدن ترانزیستورها رخ خواهد داد. این دلیلی است که این روند تحت فرمان قابلیت تکنولوژیکی قرار گرفته است.
مور، هاچسون و تمام اقتصاددانانی که این مسائل را بررسی می کنند، می گویند نه، این «قانون محدودیت های اقتصادی موجود در صنعت و علاوه بر آنها نرخ بازدهی تولید (تعداد تراشه های سالم تولید شده روی یک ویفر) پیچیده ترین تراشه ها از نسلی معین را منعکس می کند. در واقع نیمه رسانا سازان تا زمانی به افزاش عناصر در مدارهایشان ادامه می دهند که مجبور به پرداخت هزینه اضافی نشوند، در غیر این صورت این روند را متوقف می کنند. به بیان دیگر تمام ماجرا به هزینه های سوار کردن ترانزیستور روی تراشه مربوط می شود، که در قانون راک بیان شده است.
