მურის კანონის დასრულების შესახებ სულ მცირე ათი წელია ბევრს საუბრობენ. ყველას აინტერესებს თუ რა გავლენას მოახდენს ეს თანამედროვე საზოგადოებაზე.

1947 წელს კომპიუტერული ტრანზისტორის გამოგონების შემდეგ, მათი რაოდენობა, სტაბილურად იზრდება, რამაც ბოლო 70 წლის განმავლობაში გამოთვლითი სიმძლავრის ექსპონენციალური ზრდა გამოიწვია. საუბარია ტრანზისტორებზე, რომლებიც შეფუთულია სილიკონის ჩიპებზე. წლების განმავლობაში ტრანზისტორები ზომაში მცირდებოდა, მათი რაოდენობა კი ჩიპებზე იზრდებოდა. შესაბამისად, სიმძლავრეც მატულობდა. თუმცა, როდემდე იქნება ეს შესაძლებელი?

ტრანზისტორი არის ფიზიკური ობიექტი და ის რეგულირდება ფიზიკის კანონებით, როგორც ყველა სხვა რამ. ეს ნიშნავს, რომ არსებობს ფიზიკური შეზღუდვა, თუ რამდენად პატარა შეიძლება იყოს ის. როდესაც გორდონ მურმა გააკეთა თავისი ცნობილი პროგნოზი გამოთვლითი სიმძლავრის ზრდის ტემპის შესახებ, არავინ ფიქრობდა ნანომეტრის მასშტაბის ტრანზისტორებზე. თუმცა, დღეს 21-ე საუკუნის მესამე ათწლეულში შევდივართ და ეს თემა აქტუალური ხდება. ჩვენ ტრანზისტორების ზომის სიმცირის მხრივ ლიმიტს ვუახლოვდებით.

ტრანზისტორის ისტორია

ტრანზისტორი ნახევარგამტარი მოწყობილობაა, რომელსაც ჩვეულებრივ აქვს მინიმუმ სამი ტერმინალი. ასეთ დროს, ორ ელექტროდს შორის ძაბვა მესამე ელექტროდით იმართება. ზოგადად, ერთ-ერთი ტერმინალი პასუხისმგებელია დენის დინების კონტროლზე დანარჩენ ორში.

ტრანზისტორამდე, ამ ტიპის სწრაფი მიკროსქემის გადართვა ხდებოდა თერმიონული სარქვლის გამოყენებით, იგივე ვაკუუმის მილით. ვაკუუმური მილის ელემენტები საგრძნობლად აღემატებოდა ტრანზისტორს და სჭირდებოდა მნიშვნელოვნად მეტი სიმძლავრე ფუნქციონირებისთვის. განსხვავებით ტრანზისტორებისგან, ისინი არ არიან მყარი მდგომარეობის კომპონენტები, რაც ფუნქციონირებისთვის ხელის შემშლელია.

ეს ნიშნავს, რომ ვაკუუმურ მილზე დაფუძნებული ელექტრონიკა არის დიდი, ძვირი და არაპრაქტიკული. მეტიც, ისინი საჭიროებენ რეგულარულ მოვლას, რომლებიც ამა თუ იმ მიზეზით იშლება და ამით შეიძლება მთელი ელექტრონული მანქანა გაფუჭდეს.

რაც შეეხება ტრანზისტორებს, ისინი "გამოიგონეს" AT&T's Bell-ის ლაბორატორიაში, ჯონ ბარდინიმა და უოლტერ ჰაუსერ ბრატეიმ. ამ ყველაფერს კი მეთვალყურეობდა უილიამ შოკლი. მიუხედავად იმისა, რომ ტრანზისტორი კონცეპტუალურად უკვე 20 წლის განმავლობაში არსებობდა, მისი სამუშაო მოდელის შექმნა ვერ ხდებოდა. შოკლიმ გააუმჯობესა 1947 წლის დიზაინი ბიპოლარული შეერთების ტრანზისტორით 1948 წელს და სწორედ ეს შევიდა პირველად მასობრივ წარმოებაში 1950-იან წლებში.

შემდეგი მნიშვნელოვანი ნახტომი მოჰყვა სილიციუმის ზედაპირს, რამაც საშუალება მისცა მას შეეცვალა გერმანიუმი, როგორც ნახევარგამტარი მასალა ტრანზისტორებისთვის და მოგვიანებით, ინტეგრირებული სქემებისთვის.

1959 წლის ნოემბერში მუჰამედ ატალამ და დოონ კაჰნგმა Bell Labs-ში გამოიგონეს მეტალ–ოქსიდი–ნახევარგამტარული ველის ტრანზისტორი (MOSFET), რომელიც იყენებდა მნიშვნელოვნად ნაკლებ ენერგიას და ბევრად უფრო მასშტაბური იყო ვიდრე შოკლის შეერთების ტრანზისტორები. ისინი დღესაც დომინანტური ტრანზისტორებია და, როგორც ერთი ერთეული, არის ყველაზე წარმოებული მოწყობილობა კაცობრიობის ისტორიაში. იმის გამო, რომ MOSFET-ების ზომაში შემცირება შესაძლებელია უფრო და უფრო მეტი ტრანზისტორი შეიძლება შეიქმნას ინტეგრირებულ წრეში. 1973 წლისთვის უილიამ კ. ჰიტნგერი, RCA-ს კვლევისა და ინჟინერიის აღმასრულებელი ვიცე-პრეზიდენტი, ამაყობდა, რომ 10 000-ზე მეტი ელექტრონული კომპონენტის დაყენება შეძლეს სილიკონის ჩიპზე და ეს მხოლოდ რამდენიმე მილიმეტრის დიამეტრზე. თუმცა, დღევანდელი ტრანზისტორების სიმკვრივე ბევრად აღემატება ამ მიღწევას.

გორდონ მური და მისი კანონი

გორდონ მურზე შეიძლება ყველას არ სმენია, მაგრამ მისი ნამუშევარი ინდუსტრიული სამყაროს თითქმის ყველა სახლსა თუ ოფისშია. მან ის რასაც ახლა ჩვენ მურის კანონს ვეძახით 1965 წელს აღწერა. ის როგორც ელექტრო ინჟინერი მუშაობდა Beckman Instruments-ის შოკლის ნახევარგამტარული ლაბორატორიის განყოფილებაში.

შოკლის ხელმძღვანელობით მისი რამდენიმე თანამშრომელი უკმაყოფილო იყო. ამიტომ, მათ დამოუკიდებლად შექმნეს Fairchild Semiconductor 1957 წელს, ერთ-ერთი ყველაზე გავლენიანი კომპანია ისტორიაში.

როგორც Fairchild Semiconductor-ის R&D დირექტორს, 1965 წელს ჟურნალმა Electronics-მა მურს სთხოვა ეწინასწამეტყველა, თუ სად იქნებოდა ნახევარგამტარების ინდუსტრია ათი წლის შემდეგ. მურმა პროგნოზი გააკეთა და. . .

რამდენიმე წლის შემდეგ, რაც Fairchild-მა ნახევარგამტარების წარმოება დაიწყო, კომპონენტების წარმოების ღირებულება შემცირდა და თავად კომპონენტების ზომა ყოველწლიურად დაახლოებით ნახევრით მცირდებოდა. ეს კომპანიას საშუალებას აძლევდა ყოველწლიურად გაეკეთებინა იმდენივე ინტეგრირებული სქემები, მაგრამ ორჯერ მეტი ტრანზისტორებით, ვიდრე წინა წელს.

"შეფასების ასეთ დიდ სიზუსტეს არ ველოდი. მე უბრალოდ ვცდილობდი გადმომეცა იდეა, რომ ეს იყო ტექნოლოგია, რომელსაც აქვს მომავალი და რომ მოსალოდნელია, მან საკმაოდ დიდი წვლილი შეიტანოს გრძელვადიან პერსპექტივაში. ვფიქრობ, რომ ეს მართლაც ძალიან მნიშვნელოვანი მიღწევაა ინდუსტრიისთვის. ასეთი სიმკვრივის და შესაძლებლობების მატების განსაზღვრა მაშინ ნამდვილად რთული იყო", — თქვა მურმა უკვე 1995 წელს.

მურის პროგნოზი მეტ-ნაკლებად სტაბილური აღმოჩნდა დაახლოებით ათი წლის განმავლობაში. ამის შემდეგ მან გადახედა თავის შეფასებებს და თქვა, რომ საშუალოდ ორ წელიწადში ერთხელ ტრანზისტორის სიმკვრივის გაორმაგებას უნდა ველოდოთ.

"მე ვერასოდეს შევძელი მომდევნო ორი თაობის ნახევარგამტარების იქით გახედვა. თუმცა, პროგრესი სახეზეა. ამჟამინდელი პროგნოზით ეს მალე არ დამთავრდება“, — თქვა მურმა ამავე 1995 წელს.

ის შეიძლება მართალი იყო 1995 წელს, მაგრამ მურის კანონი მალე ფიზიკის კანონის ლიმიტებს მიუკაკუნებს.

მურის კანონის პრობლემები

2022 წლის მურის კანონის პრობლემა ის არის, რომ ტრანზისტორის ზომა ახლა უკვე იმდენად მცირეა, რომ უბრალოდ მათი დაპატარავება აღარ შეგვიძლია. ტრანზისტორის კარიბჭე — ტრანზისტორის ნაწილი, რომლის მეშვეობითაც ელექტრონები მიედინება ელექტრული დენის სახით, ახლა თითქმის 2 ნანომეტრის სიგანისაა.

სილიკონის ატომის სიგანე 0,2 ნანომეტრია, რაც ტრანზისტორის სიგრძეს 2 ნანომეტრს დაახლოებით 10 სილიციუმის ატომის ზომისას ხდის. ამ მასშტაბებით, ელექტრონების ნაკადის კონტროლი სულ უფრო რთული ხდება, რადგან ყველა სახის კვანტური ეფექტი ვლინდება თავად ტრანზისტორში. როდესაც ჩვენ გვაქვს მხოლოდ 10 ატომის მანძილი, ატომის სტრუქტურის ნებისმიერი ცვლილება გავლენას მოახდენს ყველაფერზე. საბოლოოდ, ტრანზისტორები მაქსიმალურ სიმცირეს უახლოვდებიან. სილიკონის ჩიპების კონკრეტულიგანვითარების გზა თავის ლიმიტებს აღწევს.

მურის კანონის კიდევ ერთი პოტენციური პრობლემა აქვს და ეს ეკონომიკაა. ტრანზისტორების შეკუმშვის ღირებულება არ იკლებს ისე, როგორც 1960-იან წლებში. როდესაც ნახევარგამტარულ ჩიპებზე მოთხოვნა პირველად გაიზარდა, ჩიპების წარმოების საინჟინრო სიმძლავრე ძვირი იყო, მაგრამ ის მაინც ხელმისაწვდომი იყო. ახლა მსგავსი ტექნოლოგია ყველაფერში გვჭირდება: სმარტფონებიდან დაწყებული, თანამგზავრებით და ინტერნეტით დამთავრებული. ეს ტექნოლოგიის დეფიციტს აჩენს.

უფრო მეტიც, როდესაც ტრანზისტორების რაოდენობა ორმაგდება. ასევე იზრდება მათ მიერ წარმოქმნილი სითბოს რაოდენობა. დიდი სერვერის ოთახების გაგრილების ღირებულება უფრო და უფრო იზრდება. ბიზნესისთვის ეს სერიოზული პრობლემაა.

ამიტომ, იმ შემთხვევაშიც კი, თუ ფიზიკურმა გამოწვევებმა არ დაასრულოს მურის კანონი, მცირე ტრანზისტორებზე მოთხოვნა ცალკე პრობლემებს ქმნის და მომავალში კიდევ უფრო შექმნის.

და ახლა რას ვაპირებთ?

ამ შეკითხვაზე პასუხი ტრილიონ დოლარად ფასდება. ერთი წუთით წარმოიდგინეთ, მთელი ის პროგრესი რაც ტრანზისტორებმა მოიტანა და ახლა ეს ყველაფერი უნდა დასრულდეს?

თუმცა, საბედნიეროდ, პროგრესის საწინდარი მხოლოდ ეს არ არის. თუ მთელს ჩვენ ძალისხმევას ტრანზისტორების შემცირებაზე არ მივმართავთ, შეიძლება ბევრად უკეთეს გზებს მივაგნოთ. მათ ფონზე ტრანზისტორების მიღწევებიც კი შეიძლება ბანალური იყოს.

რა იქნება შემდეგი? ჩვენ ჯერ არ ვიცით, მაგრამ მის გამოსავლენად ძალისხმევა იქნება საჭირო. შესაბამისად, მურის კანონის აღსასრულმა სწორედ ამ ძალისხმევაზე გადართვა შეიძლება გვაიძულოს.

მურის კანონი მკვდარია! გაუმარჯოს მურის კანონს!

რეალურად მურის კანონი მთლად კანონი არც არასდროს ყოფილა. ჩვენ ველოდით, რომ ტრანზისტორის სიმკვრივე გაორმაგდებოდა ყოველწლიურად, შემდეგ ყოველ ორ წელიწადში ერთხელ, და ამიტომ ამ ამოცანის შესრულებას ვცდილობდით.

რაც არ უნდა იყოს შემდეგი, იქნება ეს კვანტური გამოთვლები, ხელოვნური ინტელექტი, ან თუნდაც ის, რისი სახელიც ჯერ არ გვაქვს, ჩვენ ვიპოვით ახალ მისწრაფებას ამ ინოვაციის განსახორციელებლად.

საბოლოო ჯამში, ჩვენი გატაცება მურის კანონით არასოდეს ყოფილა ტრანზისტორების სიმკვრივე. ადამიანების უმეტესობამ, ვისაც სმენია მურის კანონის შესახებ, ვერც კი აგიხსნით იმის, თუ რას ნიშნავს ტრანზისტორის სიმკვრივე, მით უმეტეს, თუ როგორ ქმნიან ურთიერთდაბლოკვის ტრანზისტორები ლოგიკურ სქემებს ან როგორ მუშაობს სმარტფონი (ან თუნდაც 1970-იანი წლების ჯიბის კალკულატორი). უმეტესი ჩვენგანისთვის, მურის კანონი ყოველთვის პროგრესს განსაზღვრავდა და არა მის დასასრულს.

მურის კანონი შეიძლება სრულდება, მაგრამ აუცილებლად ვიპოვით ახალ განსაზღვრებებს და ახალი მურის კანონიც გამოჩნდება.

თუ სტატიაში განხილული თემა და ტექნოლოგიების სფერო შენთვის საინტერესოა, შემოგვიერთდი ჯგუფში, სადაც ვლაპარაკობთ ტექნოლოგიებზე.