Mooreův zákon

Mooreův zákon praví, že počet tranzistorů, které lze umístit na integrovaný obvod (čip), se při zachování stejné ceny zdvojnásobí přibližně každé dva roky. To v praxi znamená, že výkon počítačů roste exponenciálně, zatímco jejich velikost a cena klesají.

Historický kontext

Gordon Moore původně v roce 1965 předpovídal zdvojnásobení počtu komponent každý rok. V roce 1975 svou předpověď upravil na dva roky. Přestože se často mluví o „zdvojnásobení výkonu každých 18 měsíců“, toto konkrétní číslo Moore nikdy neřekl (pochází od jeho kolegy z Intelu, Davida House, který započítal i zvýšení rychlosti tranzistorů).

Proč Mooreův zákon fungoval?

Úspěch této předpovědi byl dán neustálou miniaturizací:

Fotolitografie: Technologie výroby čipů se neustále zpřesňovala, což umožnilo „kreslit“ menší a menší tranzistory.

Ekonomika: Menší tranzistory znamenají, že z jednoho křemíkového plátu (waferu) lze vyrobit více čipů, což snižuje náklady.

Samo-naplňující se proroctví: Výrobci čipů (Intel, AMD, TSMC) brali Mooreův zákon jako svůj cíl. Pokud by jejich inženýři tempo neudrželi, konkurence by je vytlačila z trhu.

Důsledky pro vývoj IT

Díky Mooreovu zákonu prošlo IT neuvěřitelnou proměnou:

1. **Mobilita:** Počítač, který v roce 1970 zabíral celou místnost, má dnes každý v kapse v podobě chytrého telefonu.
2. **Dostupnost:** Výpočetní výkon, který byl dříve dostupný jen vládám, je dnes dostupný každému.
3. **Nové technologie:** Algoritmy pro umělou inteligenci (AI), které existovaly teoreticky už v 60. letech, lze realizovat až dnes díky miliardám tranzistorů v moderních GPU.

Narážíme na hranice? (Konec Mooreova zákona)

V posledních letech se tempo zpomaluje a mluví se o tom, že Mooreův zákon končí. Důvody jsou především fyzikální:

Kvantové tunelování: Tranzistory jsou už tak malé (kolem 3-5 nanometrů), že vrstvy izolantu jsou tlusté jen pár atomů. Elektrony začínají tyto bariéry „přeskakovat“, což způsobuje chyby a přehřívání.

Ekonomika (Rockův zákon): Zatímco čipy levní, náklady na stavbu továren (Fab) rostou exponenciálně. Postavit moderní továrnu na 3nm čipy stojí dnes přes 20 miliard USD.

Odvod tepla: Tolik tranzistorů na tak malé ploše generuje obrovské množství tepla, které je fyzicky nemožné odvést bez poškození čipu.

Co přijde po Mooreovi?

Průmysl se nyní zaměřuje na nové směry (označované jako „More than Moore“):

3D Chiplety: Místo jednoho velkého čipu se skládá více menších čipů na sebe nebo vedle sebe.

Nové materiály: Náhrada křemíku například grafenem nebo uhlíkovými nanotrubicemi.

Specializace: Místo univerzálních CPU se staví specializované čipy pro AI nebo video.

Kvantové počítače: Úplně nový princip výpočtů, který nestojí na tranzistorech.

Související pojmy: Tranzistor, Integrovaný obvod, CPU, GPU, Nanometr, Kvantové počítače.