قانون مور (Moore’s Law) یکی از مفاهیم اصلی در پردازنده‌ها است که پیدایش آن به سال ۱۹۶۵ میلادی باز می‌گردد. به بیان ساده، این قانون نشان می‌دهد که هر دو سال باید سرعت پردازشی یا توان پردازشی کلی در پردازنده‌ها دو برابر- شود. شاید این قانون بین متخصصان الکترونیک و کامپیوتر زیاد محبوب نباشد اما بسیاری از آزمایش‌ها نشان دهنده درستی آن است.
تاریخچه قانون مور در پردازنده‌ها
در سال ۱۹۶۵، گوردون مور مدیر ارشد شرکت Fairchild Semiconductor که بعدا به عنوان موسس شرکت اینتل نیز شناخته شد، پیش‌بینی کرد که تعداد ترانزیستورها در مدارهای مجتمع IC باید هر سال دو برابر شود. با این کار، در واقع او بیان می‌کرد که باید با افزایش ترانزیستورها به تقاضای کاربران و نیاز بازار پاسخ داده شود.
این گفته ده سال به قوت خود باقی بود تا این که در سال ۱۹۷۵، وی قانون خود را بازنگری کرد. بر اساس قانون جدید، نیاز بود تا هر دو سال تعداد ترانزیستورها در مدارهای مجتمع دو برابر شود تا با فشرده سازی بیشتر بتوان قابلیت‌های بیشتری در پردازنده‌ها و مدارهای مجتمع برای کاربران ارائه داد.
معادله قانون مور و عملکرد آن
در صورتی که از زمان ارائه قانون مور تا سال ۲۰۵۰ تعداد ترانزیستورها را در پردازنده‌ها محاسبه کنیم، احتمالا نیاز خواهیم داشت تا ترانزیستورهایی به اندازه واحد اتم روی هر پردازنده پیاده‌سازی کنیم. این کار نیاز به پیشرفت زیاد تکنولوژی و هزینه بسیار زیاد خواهد داشت و بخش‌های تخصصی زیادی لازم است تا ساخت چنین پردازنده‌هایی را پیگیری کنند.
بنابراین، متخصصان پیش‌بینی می‌کنند قانون مور در دهه ۲۰۲۰ میلادی به کار خود پایان خواهد داد و دیگر نمی‌توان روی آن حساب کرد. هم اکنون، در یک پردازنده مشخص از شرکت اینتل، چند میلیارد ترانزیستور با مقیاس چند نانومتر وجود دارد که با پیشرفته‌ترین فناوری‌ها ساخته شده است. شاید شما نیاز داشته باشید تا از میکروسکوپ‌های قدرتمندی استفاده کنید تا بتوانید درون یک پردازنده را مشاهده کنید.
با این شرایط، افزایش دو برابری تعداد ترانزیستورها و پایبند بودن به قانون مور تا آخر کار چیزی عملی به نظر نمی‌رسد. با این حال، ممکن است پیدایش فناوری‌های جدید منجر شود تا بتوان ترانزیستورهایی با مقیاس بسیار کوچک‌تر نیز طراحی کرده و پیاده‌سازی کرد.
آیا قانون مور همچنان صادق است؟
شرکت اینتل سرمایه‌گذاری زیادی روی قانون مور داشته است و طی سال‌های پس از دهه ۷۰ میلادی تا کنون همواره این قانون را مثبت و تاثیر گذار جلوه داده است. با این حال، در بعضی از زمان‌ها نیز این شرکت اذعان داشته است که ممکن است قانون مور دیگر در محصولات جدید و آینده صنعت پردازنده‌ها صادق نباشد.
در سال ۲۰۱۶، شرکت اینتل اعلام کرد که به سرعت گذشته قادر به عرضه فناوری‌های جدید در پردازنده‌ها و افزایش قدرت پردازشی نخواهد بود. اما چند وقت بعد بود که این شرکت به صورت رسمی بیان کرد مشکلات و موانع ساخت را برطرف کرده است و هم چنان به قانون مور و افزایش تعداد ترانزیستورها پایبند خواهد بود. بنابراین، نمی‌توان به طور قطع گفت، قانون مور در پردازنده‌ها به کار خود پایان خواهد داد و ممکن است بسیاری از فاکتورها در درست بودن آن دخیل باشد.
کوانتوم مکانیک چیست؟
مکانیک کوانتوم شاخه‌ای از فیزیک است که به بررسی رفتار ماده و انرژی در واحد اتم و زیر اتمی می‌پردازد. در حقیقت، مقیاس کاری در مکانیک کوانتوم ریز ذره‌ها خواهند بود که تا بی نهایت ریز هستند و این رفتار ذرات در مقیاس اتمی و زیر اتمی می‌توانند افق‌های جدیدی را به روی دنیای الکترونیک و پردازنده‌ها باز کنند.
شروع این علم با ارائه قوانین مختلفی بود و نمی‌توان به صورت دقیق گفت، کدام دانشمند ابداع کننده مکانیک کوانتوم و بررسی رفتار ذرات اتمی بوده است. در حقیقت، بسیاری از دانشمندان در پیدایش مکانیک کوانتوم نقش داشته‌اند و آن را با قوانین مختلف توصیف کرده‌اند.
بسیاری از متخصصان بر این عقیده هستند که بررسی و تحلیل رفتار ذرات در مقیاس اتمی و به کار گیری آن، مطمئنا به قدرت پردازشی کمک زیادی خواهد کرد و کامپیوترهای کوانتومی انقلابی در عرصه الکترونیک خواهند بود؛ همان طور که شرکت‌های بزرگ و غول‌های فناوری مانند گوگل در حال سرمایه‌گذاری و تحقیق روی این علم و کمک به پیشرفت آن هستند. با مراجعه به این وب‌سایت می‌توانید از بهترین ابزارها در این رابطه مطلع شوید که جدیدترین پیشرفت‌ها و مقالات نیز در آن از سوی گوگل ارائه شده است.
فیزیک کوانتوم و قانون مور
اکنون که مهندسان الکترونیک در حال آماده شدن برای وداع با قانون مور هستند، مکانیک کوانتوم در حال خبرسازی است. حدود ۲۵ سال قبل بود که مکانیک کوانتوم شروع به کار کرد و آن زمانی بود که دانشمندان شروع به طراحی الگوریتم کوانتوم برای تبدیل اعداد کردند که به صورت شگفت انگیزی سریع‌تر از الگوریتم‌های معمولی عمل می‌کرد.
در کامپیوترهای امروزی، داده به صورت بیت زبان باینری ۰ و ۱ ذخیره شده و فراخوانی می‌شود. در سیستم‌های کوانتومی، کوانتوم بیت‌ها دارای اطلاعات بیشتری نسبت به سیستم‌های کامپیوتری کنونی هستند و قوانین آن نیز نسبت به سیستم‌های امروزی تفاوت بسیاری دارد.
یک کوبیت دارای دو بیت داده است و دو کوبیت دارای چهار بیت داده خواهد بود. به همین ترتیب، سه کوبیت دارای هشت بیت داده است و چهار کوبیت شانزده بیت داده را در خود ذخیره می‌کند. در صورتی که به همین شکل پیش برویم، یک سیستم ذخیره داده خواهیم داشت که به صورت صعودی Exponential خواهد بود و این موضوع تا حدود بسیار زیادی تصدیق کننده قانون مور در پردازنده‌ها است.
مطمئنا، یک پردازنده کوانتومی بسیار بهتر و پر سرعت‌تر از سیستم‌های کنونی عمل خواهد کرد و باید اشاره کرد که رشد سرعت پردازشی در آن‌ها نیز به صورت نمایی یا Exp خواهد بود.
قانون مور در سال‌های متمادی به رشد تعداد ترانزیستورها در یک پردازنده و پیشرفت سرعت آن‌ها کمک زیادی کرده است. زمانی نه چندان دور، فرکانس در پردازنده‌ها تنها ۸ مگاهرتز بود و این فرکانس حتی در سیستم‌های اولیه در حد کیلوهرتز ثابت شده بود. پیدایش بسیاری از فناوری‌ها و توانایی در ساخت ترانزیستورهایی در مقیاس میکرون و نانو متر کمک زیادی کرد تا بتوان تعداد ترانزیستورها را در مقیاس بسیار ریز افزایش داد و پردازنده‌های بهینه‌تری را به دست آورد. قانون مور شاید به دقت حالت تئوری در عمل به کار گرفته نشده باشد، اما به عنوان یک اصل مورد قبول متخصصان بوده است. در ادامه مطلب می‌توانید نظرات خود را با ما در میان بگذارید.
