Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта - Марков Сергей Николаевич - Страница 167

Чтобы лучше понимать контекст этого высказывания Мура, надо отметить, что первые прототипы интегральных микросхем появились на границе 1958–1959 гг. График в статье Мура построен по пяти точкам. Мур говорит не об интегральных схемах вообще, а об интегральных схемах с минимальной стоимостью производства в расчёте на один компонент, поэтому продемонстрированный им тренд не чисто технологический, а скорее технико-экономический. Конечно, разделить технологию и экономику на деле практически невозможно, однако Мура, как менеджера производственной корпорации, в первую очередь интересуют параметры зрелой, промышленной технологии. И наконец, Мур не пишет о транзисторах, он говорит о компонентах схемы, в число которых входят не только транзисторы, но и пассивные компоненты: резисторы, диоды и конденсаторы. Развитие производственных технологий обусловлено существующим запросом на продукты производства — индустрия не пытается увеличить количество компонентов интегральной схемы любой ценой, схемы создаются для эффективного решения востребованных в хозяйстве задач. Как заметил футуролог и экономист Шон Дюбравак, начало закону Мура положила экономика и она же приведёт к его окончанию[1544]. С физической точки зрения ничто особенно не препятствует увеличению размеров интегральной микросхемы. Достаточно продвинутая цивилизация вполне могла бы создать микросхему размером с Луну, ну или по крайней мере с книжный шкаф, не опасаясь кары со стороны законов физики. Особенно если снизить рабочую частоту такой схемы и ограничить таким образом тепловыделение. Мы не знаем, как будут выглядеть вычислительные устройства через полстолетия и будут ли лежать в их основе элементы, которые мы по-прежнему будем называть интегральными схемами. Быть может, на смену матрицам кремниевых транзисторов придут совершенно иные физические структуры, быть может, наши потомки будут выращивать биологические компьютеры, используя «мокрые» технологии (wetware — компьютерные технологии, интегрированные с биологическим организмом, образовано аналогично hardware). Быть может, прогресс в устройстве самих схем прекратится и человечество сконцентрирует внимание на оптимизации крупномасштабной архитектуры вычислительных устройств.

Из текста Мура видно, что сам автор никогда не претендовал на универсальную значимость своего закона, да и само название «закон Мура» не было его изобретением. Оно было предложено в 1970 г. Карвером Мидом, исследователем из Калифорнийского технологического института. И всё же трудно найти другой пример столь же живучего технико-экономического тренда. Попытки похоронить закон Мура предпринимались неоднократно. В 1996 г. Филип Росс в статье для журнала Forbes под названием «Второй закон Мура» писал: «Цена за один транзистор достигнет дна где-то между 2003 и 2005 годами. С этого момента не будет никакого экономического смысла делать транзисторы меньше. Таким образом, закон Мура прекратит своё действие через семь лет».

Сегодня «вторым законом Мура» принято называть утверждение о том, что стоимость фабрик по производству микросхем удваивается каждые четыре года. Сам Мур называл эту закономерность «законом Рока» — в честь американского бизнесмена и одного из первых инвесторов Intel Артура Рока, который обратил внимание на эту закономерность.

Впрочем, современные 10- и 7-нанометровые микросхемы от Samsung и TSMC находятся всё ещё в непосредственной близости от кривой, заданной скорректированной в 1975 г. версией закона. В качестве очередной даты запланированной смерти закона Мура многие исследователи (включая самого Мура) в наши дни называют 2025 год. Между тем в декабре 2022 г. компания TSMC уже начала выпуск схем по 3-нанометровой технологии[1545], а IBM уже анонсировала начало производства интегральных микросхем на основе 2-нанометровой технологии в четвёртом квартале 2024 г.[1546] Возможно, пора ввести какую-нибудь универсальную константу: например, вне зависимости от текущей даты прогнозы об окончании действия закона Мура составляют 5–7 лет от сегодняшнего дня.

Популярность закона Мура привела к появлению множества сходных утверждений разной степени серьёзности и актуальности. Закон Кека (Keck’s law) утверждает, что скорость передачи данных по оптоволокну растёт экспоненциально и по более крутой экспоненте, чем в законе Мура. Закон Мэкрона (Machrone’s law) гласит: персональный компьютер, который вы хотите купить, всегда стоит 5000 долларов. Согласно закону Вирта (Wirth’s law) программное обеспечение замедляется быстрее, чем ускоряется аппаратное, и так далее[1547].

В 1983 г. журнал «В мире науки» писал: «Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы 500 долл. и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом пять галлонов (≈19 л) топлива. Приведённые цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ».

Итак, закон Мура — это эмпирическое наблюдение относительно одного из параметров интегральных схем. Во-первых, оно не имеет прямого отношения к производительности машин, во-вторых, не является законом в том смысле, в котором законом является первый закон термодинамики или закон сохранения энергии. Количество элементов интегральных схем не обязано и дальше увеличиваться теми же темпами. Своё отношение к физической стороне вопроса Мур высказал в 2003 г., опубликовав работу под названием «Ни одна экспонента не вечна: но „вечность“ можно отсрочить!» (No Exponential Is Forever: But We Can Delay “Forever”!), в которой среди прочего указал на то, что рост физических величин по экспоненте в течение длительного временно́го периода невозможен. В 2007 г. Мур выразился ещё более конкретно, указав на атомарную природу вещества и ограничение скорости передачи сигнала скоростью света как на фундаментальные физические лимиты, которые рано или поздно встанут на пути совершенствования вычислительной техники.

5.3.2 Пределы роста

Достаточно часто динамику роста чего-либо, например параметров какой-либо развивающейся технологии или общественного явления, характеризуют как экспоненциальную. Однако в действительности, в силу существования фундаментальных ограничений, реальные кривые роста обычно являются S-образными. По мере приближения величины к фундаментальному лимиту рост замедляется, асимптотически приближаясь к своей границе. Логистическая функция (напомним, что это s(x) = 1 / (1 + e–kx), где k — некоторый масштабный коэффициент, e — основание натурального логарифма), используемая в качестве функции активации в нейронных сетях, является хорошим примером подобной динамики[1548], [1549].

Если вместо динамики показателя, используемого в законе Мура, рассматривать динамику вычислительных характеристик машин — скажем, способность машины фиксированной массы выполнять в единицу времени некоторое количество стандартных операций, например арифметических действий с числами с плавающей точкой или базовых операций двоичной логики, то физические лимиты роста становятся более определёнными. Ограничение, на которое указал Мур, носит название «предела Бремерманна» — в честь американского физика немецкого происхождения Ханса-Йоахима Бремерманна, который ввёл этот предел в научный оборот в начале 1960-х гг. Данный предел скорости вычислений автономной вычислительной системы в материальной вселенной возникает вследствие действия эйнштейновского принципа эквивалентности массы и энергии, а также принципа неопределённости Гейзенберга, а его значение несложно рассчитать по формуле c2/ħ ≈ ≈ 1,36 × 1050 бит в секунду на килограмм (здесь c — скорость света, ħ — постоянная Планка).