Una linea guida
attraverso l'Era dell'Informazione
Roberto Sartori
relatore: prof. Alessandro Pa agnella
Università degli Studi diPadova
1 Una de nizione ad ampio spettro 9
1.1 Un'ondatravolgente per l'e onomia mondiale. . . 14
2 Storia 17 3 Altre formulazioni e leggi simili 21 Densità a osto minimo pertransistor. . . 21
Costo pertransistor. . . 21
Prestazioni omputazionaliperunità di osto. . 21
Consumo dipotenza. . . 22
Legge di Kryder. . . 23
Capa ità delle memorieRAM. . . 24
Legge di Butters. . . 24
Pixels per dollaro. . . 25
The GreatMoore's Law Compensator. . . 27
4 Una profezia auto-avverante 29 4.1 Relazione on i osti diproduzione . . . 30
5 Prospettive future 33 Transistors super-rareddati. . . 34
Litogra a otti aDUV. . . 35
Memristori. . . 35
Transistorsenza giunzioni. . . 35
5.1 Nuova vitaallaLegge diMoore . . . 35
5.2 Ai on ni della legge . . . 38
Quantum tunnelling. . . 39
Capa ità totaledi information-pro essing. . . . 41
5.3 I futuristi ela singolaritàte nologi a . . . 41
6 Conseguenze e limiti 43
Collidi bottiglia. . . 43
Parallelismo. . . 43
Obsoles enza. . . 43
Una de nizione ad ampio spettro
La Legge di Moore des rive una tendenza a lungo termine nella storia
del-l'hardware:
Ilnumeroditransistors hepossonoessereinseritiaprezzodi
mer atoin un ir uitointegrato raddoppia approssimativamente
ogni due anni.
La tendenza è rimasta tale per più di mezzo se olo e non si prospettano
variazioni no al2015 e oltre.
Le funzionalità di molti dispositivi elettroni i digitali sono fortemente
legate alla Legge di Moore: dalla velo ità di elaborazione alla apa ità di
memoria,daisensorialnumero ealladimensionedeipixelsnelle foto amere
digitali. Tutti questi fattoripresentano in rementi ( ir a)esponenziali. Ciò
ha di onseguenza aumentato enormemente l'utilità dell'elettroni a digitale
inquasi tutti isettori dell'e onomiamondiale.
La Legge di Moore des rive dunque una forza guida dei ambiamenti
te nologi i eso ialidelventesimo e inizio ventunesimo se olo.
Il nome della legge fu assegnato dopo he Gordon Earle Moore,
o-fondatore e presidente emerito di Intel Corporation, ne des risse il trend
in un suo arti olo del 1965. Nel do umento si osservava ome il numero
di omponenti nei ir uiti integrati fosse raddoppiato ogni anno, dal 1958
-quandofuinventatoil ir uitointegrato-al1965,esiprospettava heiltrend
sarebbe rimasto tale per almeno die i anni. Laprevisione si è dimostrata
essere indubitabilmente a urata, seppure vada sottolineato ome in parte
iòdipenda dalfatto he lalegge stessa è oggigiornousata nell'industriadei
semi onduttori ome guida per la piani azione a lungo termine e per
s-sare gli obiettivi di ri er a e sviluppo. Questo fatto andrebbe a sostegno di
una visione alternativadellalegge ome profezia he siauto-avvera, dove
ioèl'obiettivo ssatodalla previsionestabilis eun andamento he ondurrà
1.1 Un'onda travolgente per l'e onomia
mon-diale
La Legge di Moore è nata ome un'osservazione empiri a, un'eser izio di
interpolazione he ha evidenziato i notevoli progressi e l'a elerazione della
te nologia deisemi onduttori, diventando quasi un leitmotif inogni
dis us-sione di te nologia. Nonostante le variegate te ni he attraverso ui è stata
sostenuta, essa ha guadagnato e mantenuto un indis usso arattere dilegge
si a, noadessereprofondamentevenerataeritenutapresso héimmutabile
da onsumatori,te ni i, dirigenti e nanzieri di tutto ilmondo.
Al di là della sua formulazionepe uliare, iò he Moore ha hiaramente
sottolineato nel suo arti olo è il ruolo s hia iante di una res ente
inte-grazione nel ridurre i osti per funzione o per operazione. Quarant'anni
fa Gordon Moore si rese onto di des rivere un fenomeno e onomi o,
piut-tosto hete nologi o, onlepotenzialitàperristrutturareletteralmenteintere
industrie, senon intere e onomie.
DavidLiddle 1
esprime hiaramenteilpuntodivistase ondo ui, algiorno
d'oggi,la Legge diMoore viene letta ome legge e onomi a [Liddle2006℄:
La Legge di Moore esprime quella per entuale di
migliora-mentoneipro essidiproduzionedeisemi onduttori hetrasferis e
ilmassimopro tto dal settoredell' IT all'industria dei
semi on-duttori. Essa non de nis e il massimo miglioramento dei
pro- essi - o velo ità di riduzione delle dimensioni dei omponenti
-possibile te ni amente, e non è limitata dalla spesa di apitale
investibile in nuovi strumenti e te nologie. È il tasso al quale
ogni generazione di prodotto dura su ientemente a lungo da
essere(marginalmente) redditizioperi produttoridisistemi,
for-nendo il lan io di nuovi prodotti ai lienti ad un ritmo tale per
ui possanoessere presi seriamentein onsiderazione. Questa
in- uenzae onomi aèdiventatailmezzoattraversoilqualelaLegge
di Moore non solo ha guidato il settore dei semi onduttori, ma
haristrutturato,emarginato, o fortemente rinvigorito moltialtri
settori.
Un enorme impatto della Legge di Moore si è ris ontrato nella drasti a
de-limitazione e messa a fuo o dell'industria informati a. Per de enni, prima
1
DavidLiddle,Ph.D.,membrodiU.S.VenturePartners,presidenteeCEOdiInterval
Resear h Co. (Sili on Valley), Consulting professor di Computer S ien e alla Stanford
dell'avvento di livelli signi ativi di integrazione nei semi onduttori, le
in-novazioni nelle ar hitetture degli elaboratori hanno ostituito la base della
on orrenzatrafornitori. Questeinnovazionisigni avanoorganizzazionidel
sistema, sets di istruzioni, te ni he di gestione della memoria o ontrollers
I/O dierenti in ogni generazione di prodotto e per ogni produttore. Di
onseguenza, nessuna parti olare struttura rius iva a diventare
su iente-mente diusa da permettere diminuzioni di osto o l'in rementarsi di
indu-striedelsoftware indipendenti. Ogni pi olopasso permigliorareilrapporto
osti/prestazioni era a spese di produttorie onsumatori.
La LeggediMoorerese larapidità deimiglioramentinelrapporto osto/
prestazioni di gran lunga superiore alla velo ità di manovra dell'industria
informati a, rendendo imprati abile per i produttori di elaboratori operare
sostanziali ambiamenti nelle ar hitetture e portando i fornitori di
semi on-duttori ain uenzare fortementequest'ultime, tramite l'integrazione di
sem-pre più funzioni direttamente sui hips, l'aumento della loro velo ità e la
ostante diminuzionedei osti legati all'elettroni a.
Un enormeeetto ollaterale dellaLegge diMoore èstato l'aermazione
delsettore del software ommer iale ome una forza signi ativa
nell'e ono-mia. Ciò è a aduto in due modi. Prima di tutto, la diminuzione dei osti
e l'ampia disponibilità dipotenti pro essori ha ampiamente in rementato il
numerodi omputersinuso,permettendo osìlavenditadiprodottisoftware
in enormi quantità a prezzi modesti. Inoltre, la ne della proliferazione di
variazioniar hitettoni he ha dimostrato he un prodotto software di
su es-so deve girare su uno o al massimo due tipi diversi di CPU, on la
ertez-za he iò opra prati amente tutto il mer ato di fornitori e lienti e he
isiano ostanti miglioramentiin terminidi osti/prestazioni he raramente
ri hiedanosigni ativi ambiamentineiprogrammi,permettendosemprepiù
ampi investimenti nella produzione di software sempre più performanti nel
tempo,grazie allaLegge diMoore.
Questi tre ampi fenomeni,ossia l'enorme res itadell'industria dei
semi- onduttori,lamer i azionedelsettoreinformati oel'emergerediun'enorme
industriadel software, sono naturalmenteinterdipendentied hanno reatoil
quadro e onomi o he hamantenuto valida laLegge di Moore osì alungo.
Volendo rimanere su un piano strettamente te ni o, si può notare ome
la programmazione fosse onsiderata negli anni '60 e '70 un'alta forma di
arte te nologi a: omputers ostosi, risorse limitate, po hi programmatori,
avevano portato allo sviluppo di un'ampia base teori a, all'enfasi di
elegan-ti algoritmi he ri hiedessero il minor numero di istruzioni o la più pi ola
quantità di memoria, o entrambi. Questa intera ultura passò nettamente
sullo sfondo on l'avventodella LeggediMoore, oni designselegantie
semprepiù velo i ed e onomi he.
Lo stesso a adde, sempre dagli anni '70, al al olo parallelo, quando
gli studi e le ri er he furono letteralmente ongelati dalle onseguenze della
Legge di Moore. In eetti, ogni progettista si hiedeva: Dovrei veramente
ostruire una ma hina adue pro essori, on tuttele modi he software
an-nesse, quando tra24 mesi posso avere una singola CPU on velo ità doppia
senza al uno sforzo?. Solo oggi, on i margini di res ita della
frequen-za di lo k delle CPUs ridotti al minimo, l'attenzione nei onfronti delle
Storia
Il termineLegge diMoore èstato oniatointorno al1970 dal si o Carver
Mead, professore alCalte h 1
, pionieredella VLSI 2
e imprenditore.
Previsioni di simili in rementi nella potenza dei omputers
D. Engelbart esistevano giàinpre edenza. AlanTuringinun
arti o-lo del 1950 aveva previsto he dalla ne del millennio
i omputers avrebbero avuto un miliardo di parole di
memoria.
Moore può aver sentito Douglas Engelbart, un
o-inventore dell'odierno mouse per omputers, dis utere
la riduzione prevista delle dimensioni dei ir uiti
inte-gratiinuna onferenzadel1960,inunadelletappe
pre-viste da un suo i lo internazionale di onferenze. Un
arti olo del New York Times pubbli ato il 18 Aprile
2005 attribuis e a Engelbart la paternità della previsione, fatta nel 1959.
[Marko2005℄
Signi ativamente, i due pionieri rappresentano ulture gemelle,
svilup-patesi nella Sili on Valley, la ui ombinazione ha dato origine alla digital
e onomy. Gordon era il lassi o ingegnere, ha detto Craig Barrett, apo
ese utivo diIntel he aveva appena iniziato ad insegnare alla Stanford
Uni-versity quando Moore fe e la sua famosa previsione. Il gra o he
a om-pagnava il suo arti olo era un tra iato di soli inque punti su sette anni,
interpolato no al 1975, quando un singolo hip sarebbe stato in grado di
ontenere 65.000 transistors. Quarant'anni dopo, la apa ità dei hips di
memoria è andata ben oltre il miliardo di omponenti. Engelbart inve e è
stato l'ar hitetto di una visione appassionata se ondo ui l'informati a può
estendere o aumentare le potenzialità della mente umana.
1
CaliforniaInstituteofTe hnology
2
very-large-s aleintegration
Egli aveva avuto un'intuizione nel 1950 nella quale aveva immaginato
quello he de enni più tardi sarebbe diventato l'odierno PC onnesso ad
Internet, e si mise a ostruirlo. A quel tempo non sapeva an ora ome
avrebbe fatto, ma presto si rese onto he la te nologia ne essaria an ora
nonesisteva. Pensandoall'ideadellaminiaturizzazionedei ir uiti,Engelbart
G.E.Moore
apì heilpuntonevralgi odellaquestionestava
nel on ettodis aling te nologi oeunapersona
a uirimaseben impressalasua ideafu proprio
Moore.
Molti stori i hanno sottolineato ome la
pre edente osservazione di Engelbart non
sminuis a per nulla il signi ato del trend
de-lineato on pre isione da Moore: Dovrebbe
es-sere omunque hiamata Legge di Moore,
piut-tosto he Legge di Engelbart,ha detto Mi hael
Riordan, uno stori o della si a alla UC Santa
Cruz. La S ienzaè an ora basata su teoria ed
esperimento.
La di hiarazione originale di Moore
se on-do ui il numero di transistors è
raddoppia-to ogni anno si può trovare nella sua
pub-bli azione Cramming more omponents onto
integrated ir uits,apparsa suEle troni s il19 Aprile1965[Moore1965℄:
La omplessitàperminimo ostodel omponenteèaumentata
ad un ritmo di ir a un fattore 2 per anno [...℄. Certamente sul
breveperiodo isipuò aspettare hetalevelo ità simantenga,se
non he aumenti. Sul lungo periodo, la velo ità di in remento è
un po' più in erta,sebbene non i siamotivo di redere he non
rimarrà ostanteperalmeno10anni. Ciòsigni a he nel1975il
numerodi omponentiper ir uitointegratoa osto minimosarà
65.000. Io redo he un ir uito di tali grandi dimensioni potrà
essere ostruitosudi un singolo wafer.
Mooremodi òleggermentelaformulazionedellaleggeneltempo,
raorzan-done a posteriori la orrettezza per epita. In parti olare, nel 1975, Moore
modi òlasua previsione inun raddoppio ognidue anni. Malgrado il
frain-tendimento popolare, egliè fermamente onvintodi non avermaiparlato di
un raddoppio ogni 18 mesi. Fu piuttosto David House, un ollega Intel,
a al olarenell'in rementodelle prestazioni dei transistors un tale tempo di
Gra o originaleapparso su
Ele troni sApr1965
Nell'Aprile 2005 Intel orì $10.000 per l'a quisto di una opia originale
dell'Ele troni s Magazine ontenente l'arti olo di Moore. David Clark, un
ingegnere he vivevanel Regno Unito, fu ilprimo a trovarne una e laorì a
Altre formulazioni e leggi simili
Molte grandezze, nell'ambito delle te nologie digitali, stanno res endo - in
a ordo onlaLeggediMoore-avelo itàesponenziali, ompresidimensione,
osto, densità e velo ità dei omponenti, sebbene Moore abbia parlato solo
didensità dei transistors a osto minimo,per ir uitointegrato.
Densità a osto minimo per transistor. Si tratta della formulazione
originaria data da Moore nel suo arti olo. Essa non riguarda solamente la
densità di transistors raggiungibile, ma tiene onto an he del osto minimo
dimer ato degli stessi.
Mettendo più transistors su un singolo hip, il osto del singolo transistor
diminuis e,malaprobabilità he il hipnonfunzioniperdeidifettiaumenta.
Nel 1965 Moore valutò la densità di transistors tale per ui il osto è
mini-mizzato e osservò he, rendendo i transistors più pi oli grazie agli sviluppi
delle te ni he fotolitogra he, illoro numero aumentava ad una velo ità di
ir a un fattore 2 per anno.
Costo per transistor. Al diminuire della dimensione dei transistors,
an- he il osto per transistor è diminuito. D'altraparte, il osto di produzione
per unità di area èsempreaumentato. Questoper hé lespesedimaterialied
energiaperunità diareasono parimentiaumentate adogni su essivo passo
te nologi o.
Prestazioni omputazionali per unità di osto. Lavelo ità allaquale
i transistors operano è aumentata on il diminuire delle loro dimensioni.
Per questo motivo, si è soliti itare la Legge di Moore an he in
riferimen-to ai ontinui e rapidi sviluppi in termini di performan es omputazionali
per unità di osto, essendo i due in rementi strettamente legati. Su questa
base, le prestazioni omputazionali per unità di osto - dette bang per bu k
-raddoppiano ogni 24mesi ir a.
Consumo di potenza. Nel 1991 il Cray C90, uno dei primi osiddetti
super omputers, o upava 55
m
2
e onsumava 500
kW
. Ai giorni nostri, il super omputerASCI QalLosAlamos National Laboratoryo upa2000m
2
e onsuma 3000
kW
. Sebbene le prestazioni tra questi due sistemi sianoaumentate di quasi un fattore 2000, le prestazioni per watt sono aumentate
solo300 volteequelle permetroquadro diun irrisoriofattore 65. Questo
si-gni a hevengono ostruitisuper omputerssempremenoe ientidalpunto
divistadello spazioo upato. Il motivoprin ipale èl'aumentoesponenziale
della potenza ri hiesta dai ompute nodes, un fenomeno he Wu- hun Feng
hiama Leggedi Moore peril onsumo di potenza [Feng2003℄:
Il onsumo di potenza dei ompute nodes raddoppia ogni 24
mesi.
Quando inodidelsistema onsumanoe dissipanopiùenergia,devono essere
spaziati maggiormente e fortemente rareddati. Senza esoti he strutture
dove posizionarli adeguatamente, i tradizionali super omputers avrebbero
un tale livello di ina dabilità (a ausa del surris aldamento) da non essere
maidisponibili per l'uso da parte di appli azioni s ienti he. Dati empiri i
(mai pubbli ati) di due industrie leader del settore dimostrano he il tasso
dierrore di un ompute node raddoppia ogni 10°C diaumentodella
tempe-ratura, ome del resto si ottiene dall'Equazione di Arrenhius appli ata alla
Chiaramente,iltempodiinattivitàdovrebbeessereun omponente
essen-ziale nelTCO 1
diun sistemainformati o, he siailweb-server diun'azienda
o un super omputer.
Sebbene questo orollario della Legge di Moore sia stato valido no a
po hiannifa, lasua traiettoriaprevedeva he siraggiungessero temperature
operative di 1kW/
cm
2
entro il 2010, più potenza per
cm
2
della super ie
del Sole! Da un puntodi vista so ioe onomi o laLegge di Moore per il
on-sumo di potenza vaquindi evitata elavalutazione deisistemi mainframeva
redirezionataverso parametri diversi da quelloprezzo/prestazioni,
guardan-do piuttosto al TCO, al rapporto prestazioni/spazio, prestazioni/potenza,
a dabilità, tempo di(in)attività.
Legge di Kryder. Il osto di ar hiviazione su dis o per unità di
infor-mazione è una legge, enun iata da Mark Kryder 2
, he ha un andamento
simile aquello della Leggedi Moore.[Walter2005℄
Fin dall'introduzione deldis origidonel1956, ladensitàdiinformazione
he può essere memorizzata è passata dai 2000 bits al gigabit per polli e
quadrato, on un in remento di50milioni divolte. Senzasminuire la Legge
di Moore, Kryder sottolinea ome i sistemi di ar hiviazione e i pro essori
ne essitino l'uno dell'altroe debbano quindi evolvere insieme:
Senza ontinuare a omprimere bits in dis hi rigidi sempre
più ompatti, il mondo dell'informazione subirà un sostanziale
arresto. Oggi la densità di informazione he possiamo ottenere
su un dis o rigido è molto più utile allosviluppodi nuove
appli- azioni, rispetto agli avanzamenti nei semi onduttori. Senza di
essa, lettori audiodigitali, sistemiGPS, HDTV e sistemidigitali
via avo sarebbero impensabili.
MaperKryderquesti servizisonosolol'inizio. Pi olima apientihard-disks
stanno sostituendo le memorie ash a bassa apa ità ( he sfruttano
transi-stors ari atielettri amentealpostodi omponentimobiliperimmagazzinare
informazioni)intelefoni,PDAs,automobiliemoltealtreappli azioni. Questi
sviluppi stanno spingendo i produttori adessere molto più essibili, inbase
alla res ita dei mer ati.
1
TotalCostofOwnership,ininglese ostototalediproprietà,èunappro iosviluppato
daGartner nel1987, utilizzato per al olare tuttii osti del i lo di vita di
un'appare - hiatura informati aIT, per l'a quisto, l'installazione, lagestione, la manutenzione e il
suosmantellamento. [*℄
2
Mark Kryder, fondatore e direttore del Carnegie Mellon University's Data
Sto-rage Systems Center e ora apo del reparto te nologi o presso l'industria di hard-disks
Nel 1998, quando Kryder si unì a Seagate per formare il suo avanzato
entro di ri er a, la DSSC 3
aveva ssato ome obiettivo 100 gigabits per
polli e quadrato entro l'inizio delventunesimo se olo. Nel 2005, solo 7anni
dopo,Seagate iniziò a ommer ializzare drives da 110 gigabits. Nell'ar o di
die i anni glihard-disks avevano aumentato la loro apa itàdimille volte.
Malete nologieinerentiaglihard-drivesstannoandandooltre. Gli
hard-disks tipi amente memorizzanoi bits di informazione sfruttandouna sottile
testina he spazza l'intera super ie del dis o e magnetizza miliardi di aree
dis rete(indirezione orizzontale), he vanno arappresentare 0o1ase onda
delsenso(orariooantiorario)in uisonorivolte. Leareemagnetizzatestanno
diventando osì pi ole da rendere estremamente di oltoso garantirne la
stabilità. Per risolvere il problema, Kryder e il suo team stanno studiando
unmetodo hiamatoregistrazioneperpendi olare,in uile ari hemagneti he
vengono onvertite da positive a negative, permettendo l'uso di ampi
ma-gneti i più forti in grado di memorizzare bits he o upano osì una minor
super ie.
Unaltroprogettoarontaun nuovometodo hiamatoHAMR 4
, he
sfrut-ta una ra a di alore in modo da permettere alla testina del drive di
ma-gnetizzare super i an ora più pi ole. Quando il dis o poi si raredda, il
ampo magneti o sistabilizza.
Ilteam diKrydernonlavora inve e sullamemorizzazioneologra a,
on-siderata da molti ome la te nologia del futuro per il settore. L'ologra a
usa tutte etre ledimensioni permemorizzare i dati, mase ondo Kryder sul
lungotermine essa risulterà meno ompetitivae onomi amente.
Capa ità delle memorie RAM. Una legge simile a quella pre edente
stabilis e hela apa itàdimemorizzazionedellaRAMaumenta onlastessa
velo ità dellapotenzadei pro essori.
LeggediButters. Se ondoGerryButters, apodelLu ent'sOpti al
Net-working Groupai BellLabs, esiste una formulazionemolto simileallaLegge
diMoore perquanto riguardala apa itàdi rete, detta Legge di Butters per
laFotoni a,se ondo ui
laquantità didati trasmessidauna braotti araddoppiaogni
nove mesi.
Di onseguenza,il ostoditrasmissioneperbitsudiunareteotti asidimezza
ogni nove mesi.
3
DataStorageSystemsCenter
4
Adaumentarela apa itàpersingola braotti adiun fattore100 hanno fortemente ontribuitoil WDM 5 e ilDWDM 6 .
Alla nedel1999laLu entTe hnologies(di uifannoparteiBellLabs)fu
ingradodiannun iarelos ioglimentodell'impasseriguardantel'ingorgodella
rete ( he sibasava sute nologie puramente elettroni he)grazie alprimo
all-opti alrouterad alta apa ità, basatosu te nologiaMEMS[Robinson2000℄.
Il LambdaRouter usa mi ros opi ispe hi he invianosegnali otti i da bra
a bra all'internodella rete,istantaneamente. Lasua matri edi256 spe hi
- ias unodelledimensionidiuna apo hiadispillo-èpredisposta inmodo
tale he ias uno possaesserein linatoperdirigereisegnaliluminosidauna
bra otti a all'altra.
L'evidente vantaggio progettuale: nessuna onversione elettroni a. A
ve-vamo raggiuntoun ele troni bottlene k neisistemi aguideotti he hadetto
Bishop 7
,e iò èevidenziato daidiversi intervallitemporali itati rispettiv
a-mentenella Legge diMoore e nella Legge diButters.
Ilmodotradizionaleperritrasmettereisegnalius entidauna braotti a
prevedeva la loro onversione in segnali digitali, l'uso di ir uiti integrati e
poi la ri onversione in fotoni. Il problema sta nel fatto he la quantità
di dati us ente da una bra otti a è enormemente maggiore della apa ità
di gestione di qualsiasi ir uito elettroni o. Chiaramente a fare da ollo di
bottiglia per il tra o di rete è proprio la parte elettroni a della stessa.
Da qui l'idea di Bishop e del suo team di un all-opti al swit h basato su
te nologia MEMS. Il risultato è stato uno swit h data-rate-independent in
grado di gestire un petabit 8
, senza altri omponenti aggiuntivi, rendendo
le possibilità di espansione della rete globale an ora più notevoli e ad una
velo ità sempremaggiore.
Pixelsper dollaro. BarryHandy,dellaKoda Australia,hagra ato una
grandezza utilizzabilepervalutarele foto ameredigitali, ipixels per dollaro
in funzione del tempo, dimostrando una (stori a) linearità - su s ala
loga-ritmi a-diquestomer ato, onla onseguenteopportunitàdiprevedere
l'an-damentofuturodelprezzodellefoto amere,deglis hermiLCDeLEDedella
risoluzione gra aingenerale. Infatti,pensare he adesempiolarivoluzione
nel mondodella fotogra a nirà nelmomento in uiognuno possiederà una
foto amera digitale è assolutamente privo di fondamento. L'aumento del
numero di transistors per unità di area impli a ontinui nuovi sviluppi in
5
wavelength-divisionmultiplexing
6
densewavelength-divisionmultiplexing
7
DavidBishop,direttoredelMi roMe hani sResear hDepartmentpressoiBellLabs
dellaLu entTe hnologies.
8
tuttele te nologie, ompresisensori on più megapixelse memory ards più
apienti.
Finora il prin ipale obiettivo nell'ambito della fotogra a digitale, ome
s riveMyhrvold 9
,èstatolaproduzionediimmaginidiqualità
inematogra - a. Dato he, da al une stime, la risoluzione eettiva dell'o hio umano
Pixelsperdollaro. Basatosuiprezzidellefoto ameredigitaliKodak inAustralia
risulta essere pari a più di 500 megapixels, è ertamente possibile andare
oltre.
Esistono però altrielementi he limitano le foto amere digitali, ome la
qualitàdellelorolenti. Madaun puntodivistamatemati o,una lenteopera
un al olo su una s ena, he può quindi essere integrato on algoritmi di
elaborazione del segnale. Altro fattore hiave è il rapporto di luminosità
dal nero al bian o. Per l'o hio umano il range è di 10.000:1, mentre le
attualifoto amerenonvannooltre64:1. Questopuòessererisolto onranges
dinami ipiù ampie on una maggioresensibilitàluminosa(ISO),ridu endo
al ontempoil rumore he si presenta peraltivaloridiISO.
Questi ed altri elementi he si pongono oggi ome limitistrutturali
nel-l'evoluzione della fotogra a (e del video) digitale, trovano
nell'andamen-to della Legge di Moore le nuove risorse ne essarie alla loro evoluzione.
[Myhrvold2006℄
9
Nathan Myhrvold, ex- apo del settore te nologi o di Mi rosoft e o-fondatore di
The Great Moore's Law Compensator. Il TGMLC, generalmente
in-di ato ome bloat o bloatware, software gon ato, è il prin ipio se ondo ui
le su essive generazioni di software ri hiedono di volta in volta prestazioni
tali da ompensare l'in rementodelle stesse raggiunto seguendo la Legge di
Moore.
In un arti olopubbli ato su InfoWorld, Randall C. Kennedy 10
introdu e
questo termine per riassumere l'andamento evidenziato dai tests eettuati
sulpa hetto O e ®
on sistemaoperativo Windows ®
. [Kennedy2008℄
Iniziando dal test sull'utilizzo di memoria, O e 2007 ha impegnato
109MB, ontrogli appena 9MB diO e 2000, on un in rementodi ben 12
volte. Parte del risultatoè dovuto alfatto he, mentre nella versione
pre e-dente i programmi rilas iavano la maggior parte della memoria non riti a
una volta ridotti a i ona, questa aratteristi a è stata eliminata a partire
da O e 2007. Ad ogni modo, pur onsiderandoquesto fattore, il onsumo
di memoria del nuovo pa hetto O e ombinato on un sistema operativo
WindowsVistaversionebasene rendeimpossibilel'utilizzosu on gurazioni
hardware on meno di 1GB di RAM. Inoltre, nulla spiega i requisiti in
ter-mini di CPU ri hiesti da O e 2007, quasi doppi rispetto ad O e 2003.
Chiaramente, l'ultima generazione dei pa hetti rmati Mi rosoft ®
è stata
progettata pensando a on gurazioni hardware altrettanto re enti e, in
li-nea on le previsioni delTGMLC, pro essori Dual Cores on 4MB o più di
memoria a he L2e2GBdimemoriaRAMsupplis onoal ompito. Inquesto
modoperò,diventaquasiunostatusquoperla omunitàITvederel'hardware
diventare sempre più velo e e performante, il software più pesante e
l'espe-rienzadell'utente nale,interminidivelo itàdirisposta delleappli azionie
die ienza omplessiva diese uzione, rimanerepresso hè intatta.
10
Una profezia auto-avverante
La previsione di Moore si è realizzata in maniera osì perfetta he ai giorni
nostri si parla di Legge di Moore, ome se fosse una legge di Natura. La
validità di questa legge non può essere derivata dalle pro edure te ni he
attraverso ui i hips vengono prodotti. Il fatto he essa risulti valida è
piuttosto un eetto delmodoin uiivariattori(nell'industria,nelle s ienze
e nei governi) giudi ano i propri e i re ipro i risultati, onfrontandoli on
iò he la Legge di Moore prevede. Essi on entrano i loro sforzi al ne di
ottenere quanto previsto: i laboratori valutano e piani ano i loro sforzi in
base alla Legge di Moore; se si presenta il ris hiodi man are gliobiettivi al
momento previsto, vengono fatti ulteriori investimenti in quel determinato
progetto. Leimpreseusanolalegge perprendere de isionisugli investimenti
in spe i he te nologie, ad esempio se sviluppare oppure no prodotti he
ri hiedono hipsdiunadeterminatapotenza. Igovernisonodispostiafornire
sussidi per aiutare le imprese he per epis ono il ris hiodi non raggiungere
l'obiettivo predetto. Tutti gli attori si sforzano di essere all'altezza della
ompetizionese ondo laprevisioneedirimanereingara. LaLeggediMoore
èilterminedi onfrontoperil omportamentodiproduttoridi hipsegoverni
inGiappone,StatiUnitiedEuropa,emodellaleloromutuedipendenzenella
partitastrategi a he gio anouno ontrol'altro.
Si può parlare di una profezia auto-avverante, ma il fatto he si
auto-avverinon a adeper hè essa èrealmenteuna profezia,mapiuttosto per hè
gliattoridelsettorel'hannopresain onsiderazioneedagis onodi
onseguen-za. Ciò è stato poi d'esempio per altri attori e osì via. La promessa è osì
diventata parte diun dilemma del prigioniero: imprese egoverni inEuropa,
Giappone(e ora an he altriPaesi ome il Sud-Estdell'Asia),Stati Uniti,
ri-mangonoingio oper ostruire hipssemprepiùpotenti,an hese iòri hiede
enormi investimenti, il tutto per non orrere il ris hio diarrivare dopo altri
nella ompetizione. Esebbenela ertezzanonsiaassolutamentetale,ognuno
sospettafortemente he glialtri ontinuino aseguireiltrend, sempli emente
per hè i hips sono una te nologia promettente.
Le situazioni des rivibili se ondo il modello del dilemma del prigioniero
(e fenomeni simili analizzati nella teoria dei gio hi) sono diusi e spiegano
per hè gli attori rimangano in gio o. Il modello non spiega però la natura
dellede isionielamutua oordinazionetraidiversiaspettite nologi i.
L'an-tagonisti a oordinazione nellas da dei hips è resapossibiledalla lettura
delle possibilitàe deirequisiti ri hiesti dallasu essiva generazione di hips.
Èsolograzieaquestoagenteri essivo heladivisionedellavoroelestrategie
permettono diparlare distrategiaauto-avverante. [Dis o,Meulen1998℄
4.1 Relazione on i osti di produzione
Parallelamente al diminuire del osto dei omputers per i onsumatori, i
ostiperiproduttori he inseguono laLeggediMoore hannoun andamento
opposto: R&D, produzione e tests hanno osti ostantemente res enti ad
ogni nuova generazione di hips.
L'aumento dei osti di produzione sono un'importante onsiderazione per
quanto riguardala sostenibilità della Legge di Moore. Ciò ha ondotto alla
formulazionedella Se onda Legge di Moore:
Il osto apitalediunafabbri adisemi onduttori res e
espo-nenzialmentenel tempo.
Imaterialiri hiestiperl'avanzamentodellate nologia(fotoresists,altri
poli-meri e prodotti himi i industriali) derivano da risorse naturali ( ome il
petrolio) e sono quindi soggetti al osto e alla disponibilità delle risorse
stesse. Bastipensare he il ostoditape-out 1
diun hipa90nmèdialmeno
US$1.000.000,mentre supera iUS$3.000.000 un hip a65nm.
I guadagni e onomi i oggi ottenuti dall'in remento delle prestazioni
se- ondo la Legge di Moore non sono più signi ativi quanto in pre edenza,
e iò è in linea on quanto aermato dalla Legge sui rendimenti marginali
de res enti,se ondo laqualeilrendimentomarginalesuuna singolaunitàdi
un fattore produttivo diminuis e all'aumentare del numero di unità. Il
pro-blema della diminuzione dei rendimenti si unis e osì all'aumento dei osti
( onsideratisolitamente ostantidallaLegge suirendimentide res enti),
da-to he glisviluppi della te nologia e il know-how ne essario allaproduzione
ri hiedonoinvestimenti sempremaggiori.
1
iltape-out èl'insiemedeipro essi hevannodallaprogettazionedei ir uitiintegrati
La Legge di Moore è interessante ma non rilevante al ne dei problemi
hedobbiamoarontare,hadettoBernieMeyerson, apodelgruppoSistemi
e Te nologie all'IBM.
Unodeiprin ipaliosta olièlas alabilità,dovelenozioni lassi hesisono
dimostrate inutiliunavoltaraggiuntii 130nm. Adun livellodi integrazione
più spinto infatti risulta impossibile ridurre ulteriormente al une parti del
transistor, osì he il onsumo dipotenzaeilproblemadelladissipazionedel
alore diventano preponderanti. [Lemon,Krazit2005℄
Manoamano heiprogettistidiICs reanosemprepiù omplesse
geome-trie (puntando adimensionisempre minori),i prezzidelle fotomas here
on-tinuanoa res ere, onunos aling res entedei ostidaunagenerazionealla
su essiva. Re enti rapporti e arti oli del settore evidenziano ome questo
trend preo upi analisti e ostruttori di hips, he de nis ono i osti ome
sempre meno on epibili. Al momento sembra he la stima più a urata
ir a i osti delle mas here sia diun aumentodel 40- 60% per generazione
aerma S ott He tor, manager del Programma Mask Strategy
all'Interna-tional Semate h di Austin, Texas. Costi medi per set di mas here sono di
quest'ordine digrandezza:
130 nm: tra$400.000 e$800.000, on produzione dimassa;
90nm: tra $1milionee $1.5 milioni,perla produzionediASICs 2
65nm: tra $3milionie $4 milioni.
Ad aggravare il problema, si aggiungono re enti stime se ondo ui ir a la
metà delle mas here attualmente utilizzate rappresenta solo un de imo dei
wafers eettivamenteprodotti. [Mallozzi2004℄
2
Prospettive future
Lepiani azioninelsettorete nologi o dell'industriainformati aprevedono
he la Legge di Moore rimarrà valida per molte altre generazioni di hips.
In base al tempo di raddoppio onsiderato nei al oli ( ir a 3 anni per i
mi ropro essori), si parla di un aumento del numero di transistors di ir a
die i volte entrola prossimade ade.
Pat Gelsinger,Senior Vi e Presidentee Manager Generale dell'Intel
En-terpriseGroup,ritiene helaLeggediMoore ontinuerà avalerealmeno no
al2029 e,parlando all'IntelDevelopers Forum,nel orso della presentazione
Dai peta ops 1
ai milliwatt, Gelsinger ha persino a ennato ad
aspetta-tive di Intel ir a la possibilità di arrivare ai zetta ops 2
super omputers.
[Geelan2008℄
Prima di essere CTO 3
di Intel, Gelsinger era Capo del Settore T
e no-logi odi IntelAr hite ture Group,dove gestiva l'organizzazione he ri er a,
sviluppa e progetta hardware di prossima generazione e te nologie software
per tutte le piattaforme on ar hitettura Intel. La Legge di Moore è ome
una strada nella nebbia, ha detto Gelsinger, non sai mai quanto lontano
puoi arrivare. Pensavamo he i fossero dei limiti si i e ora parliamo on
non halan e diarrivare ai10nm. Noi abbiamolavorato su diverse strutture
a transistor. Il sili io funge oramai da ponteggio per il resto della tavola
periodi a e i nostri studi sono orientati verso soluzioni per inserire queste
nuovestrutture neimateriali. Di erto, per ora non vediamo la ne.
Esistoni diverse linee di ri er a verso le quali i si sta orientando per
permettere allaLegge di Moore di rimanerevalida.
Transistorssuper-rareddati. Iri er atoridellaIBMedelGeorgiaTe h
hanno raggiunto un nuovo re ord di velo ità fa endo lavorare
un transistor di sili io/germanio
super-rareddato in elio liquido a 500 GHz. Il
transistor rius iva ad operare oltre tale
fre-quenza se portato a 4,5 K e le simulazioni
hannomostrato ome possa potenzialmente
lavorare a1 THz.
Per appli azioni he ri hiedono enormi
quantità di al oli al se ondo, i transistors
reati ombinando il sili io on altri
mate-riali non si sono rivelati in grado di fornire
tuttalapotenzane essaria. Sisonousate
al-lora ombinazioni ome l'arseniurodigallio,
funzionalima ostosee di ilidaprodurre.
Leindustriepreferirebbero ovviamente
on-tinuare a lavorare on il sili io, duttile ed
e onomi o; e o allora il per hè diquesti
e-1
in informati a, ops è un'abbreviazione di Floating Point Operations Per Se ond e
indi a il numero di operazioni in virgola mobile eseguite in un se ondo dalla CPU. I
modernipro essoriin ludonouna oatingpointunit(FPU), omponentespe ializzatanel
al olo delle operazioni in virgola mobile. Quindi il FLOPS è un'unità di misura delle
prestazionidellaFPU.Inparti olare,1peta op=
10
15
ops[**℄ 2 1zetta op=10
21
ops 3sperimenti. Noi osserviamo gli eetti in questi dispositivi a temperature
riogeni he, in grado di renderli più velo i di quanto la teoria lassi a
sug-gerirebbe. hadettoilprof. John Cressler delGeorgiaInstituteof T
e hnolo-gy. Capirela si adiquestitransistors avanzati ifornis equella
onos en-za he potrebbedare origineallaprossimagenerazionedi ir uitiintegratiin
sili io. [BBCnews2006 ℄
Litogra aotti a DUV. All'iniziodel2006,iri er atoridellaIBMhanno
annun iatolosviluppodiunate ni aperstampare ir uitia29,9nmusando
lalitogra aotti a all'ultravioletto (DUV opti al lithography), he di ono
es-sereuna te nologiautilizzabiledaiproduttoridi hipsperalmenosetteanni,
inattesa di nuovi metodisi uramentemolto più ostosi.
Memristori. Nell'Aprile del 2008 i ri er atori degli HP Labs hanno
an-nun iato la reazione delmemristore: un quarto elemento ir uitale dibase
passivo,la uiesistenza era statainpre edenza soloteorizzata ma he, a
di-mensioninanometri he, diventa si amenterealizzabile. Leproprietàuni he
del memristore onsentono la reazione di apparati elettroni i più pi oli e
più perfomanti. [Strukov,Snider2008℄
Transistor senza giunzioni. Nel Febbraio del 2010 i ri er atori presso
il Tyndall National Institute a Cork, Irlanda, hanno annun iato una svolta
nei transistors grazie alla progettazione e
al-la fabbri azione del primo transistor senza
giunzioni al mondo, he per le sue
aratteri-sti he sidi epossa essereprodotto on
dimen-sionidi10nmutilizzandogliodiernisistemidi
produzione.
La ri er a, ondotta dal prof. Jean-Pierre
Colinge è stata pubbli ata su Nature
Na-note hnology e des rive un gate di ontrollo
disposto attorno ad un nanotubo di sili io in
modotale dapotersi stringere no a impedire
del tutto il passaggio di elettroni, senza l'uso
digiunzioni. [Johnson2010℄
5.1 Nuova vita alla Legge di Moore
Stephen Chou, professore della Prin eton University, ritiene di aver
semi onduttori. [Kanellos2005℄
FondatoredellaNanonex,ilprofessorChouèunodeiprimisostenitori
del-l'imprintlithography, unpro esso he prevede l'impressionediuna mas hera
suun substratoliquefattoper rearelostampatodiun ir uito,similmentea
omefunzionaun anello onsigillo. Nellesperimentazionièrius itoa reare
elementi on dimensioni di 6nm, un quindi esimo delle dimensioni degli
at-tuali hips. Die iannifalepersonedi evano: 'Questaèfollia. Nonrius irai
maia sfruttare una te nologia tale da realizzare ose osì pi ole hadetto
Chou.
L'imprintlithography-insiemeainanotubiinsili io,allamemoriaa
am-biamento di fase, alla spintroni a, all'optoelettroni a, ai hips 3D
lineeadLda 30nm reate
onl'imprintlithography e ad altre te nologie inizialmente onsiderate
ome pure uriosità s ienti he - è tra le molte
te nologieemergenti he potrebbero prolungare
lavita della Legge diMoore.
De enni di raddoppi del numero di
transi-stors hanno portato a hips on molti milioni
ditransistors e fabbri he dasvariati miliardi di
dollari per produrli. Ridu endo le dimensioni
dei transistorsedei lidi rame he li ollegano,
sono sorti problemi ome leperdite elettri he e
il onsumo dienergia. D'altra parte,il margine
diriduzione oggirimasto non è molto.
I transistors sono ostituitidaquattro parti
fondamentali: sour e (dove si immagazzinano
gli elettroni), drain (dove si ha il livello alto
ditensione), gate eossido di gate ( he ontrolla il usso dasour e a drain).
Allo stato attuale, l'ossido di gate ha, in al uni asi, lo spessore di soli 10
atomi. Ciò impli a inevitabilmente la ne delle riduzioni dimensionali o
un'ardua ristrutturazione a livello himi o della materia. Intorno al 2023,
sour e e drain saranno osì vi ini he gli elettroni viaggeranno liberamente
tra i due, a meno di sostanziali ambiamenti nelle te ni he di produzione
dei hips. Da al une ri er he si suppone he i ir uiti auto-assemblanti, un
potenziale risultato della nanote nologia, potrebbero mantenere l'industria
del settore produttiva per altri inquant'anni. Sfortunatamente, qualsiasi
rispostaaquesti problemiètuttoravaga: Tranonmenodi20idee (dafonti
attendibili) per rimpiazzare i hips di memoria al sili io, è molto di ile
rius iread immaginareun vin itoresul lungoperiodo.
Non 'è nulla he possa essere onsiderato un ovvio sostituto
Intel rede he la Legge diMoore, on sostanzialisviluppite nologi i, possa
rimanere valida per almeno un altro de ennio. Tra il 2015 e il 2020 i sarà
un passaggio graduale dal sili io ad altri materiali o, se ondo altre ipotesi,
aduna loro ombinazione, omesostienePaoloGargini,direttore delsettore
Te hnology Strategy diIntel.
Altri, ome ZettaCore, Nantero e Mole ular Imprints, stanno
investen-do su soluzioni radi almente diverse, tenendo onto an he del fatto he
individuareuna soluzionepotrebbefruttare miliardididollari in on essioni
nell'imprintlitography untemplate
trasparente èusato ome stampoper
reareil tra iatodi un ir uitosuun
wafer disili io
di li enze e royalties se i
on orren-tiavessero onvenienzanell'adottare
quel nuovostandard.
I progressi nora ompiuti sono
impressionanti. Nel 1955 la
pro-duzione annua di transistors
pote-va essere misurata in milioni. Nel
2003 l'ordinedigrandezzadella
pro-duzione era di
10
30
ha detto Dan
Hut heson, CEO di VLSI Resear h.
Nel 1954il prezzomediodi un
tran-sistor era $5,52. Nel 2004 il
o-sto medio era 191 miliardesimi di
dollaro.
Va inoltre tenuto onto della
omplessità degli strumenti
ne es-sariallaproduzione. Nel1957i
tran-sistors potevano essere dipinti in era on un pennello in pelo di ammello
da10 ents. Oggi lema hine litogra he ostanooltre 20milionididollari,
mentre le fabbri he valgonodiversi miliardi.
Fino a ir a 22nm le te ni he operative sono state de nite in modopiù
o menopre iso.
Per i 65nm si sfrutta la litogra a ad immersione, dove i ir uiti vengono
disegnatisul hip on un laser mentre il waferèimmersoin a qua depurata.
L'a qua rifrange lalu e, permettendodi disegnare ir uitipiù sottili.
Fino ai45nm sipossono operare dellerevisioni allema hine litogra he.
Dai 32nm, la fotolitogra a va sostituita on altro, ome l'impiantazione
mole olare o l'EUV, Extreme Ultraviolet, on ma hine he vanno dai 10
ai50 milionidi dollari.
Peri22nm isipossonoaspettarenuovete nologie, omeinanotubiinsili io
ma, omedi eTheisdiIBM,servirannosvolteradi alinelmododiprodurre.
I hips atre dimensioni permetterebbero agliingegneri di ontinuare ad
fattibilitàsia tuttorain erta.
Le previsioni sulla morte della Legge di Moore sono state errate molte
volte. Lo stesso Moore pensava he il trend si sarebbe interrotto a 250nm,
una soglia superata nel1997.
Sono ottimista sulla reatività delle persone, he ontinua a
sorpren-dermi, ha detto Stork, di Texas Instruments. Piuttosto, sono auto sulla
possibilità he ad un erto punto l'e onomia e la si a si trovino in diretto
ontrasto.
5.2 Ai on ni della legge
In un'intervista del 13 Aprile 2005, nella ri orrenza dei quarant'anni dalla
pubbli azionedellasualegge,GordonMoorehaaermato heessanonpotrà
rimanerevalida inde nitamente: Non può ontinuare persempre.
Per la natura stessa dei fenomeni des ritti da leggi
esponen-ziali,sesi ontinuaaspingerlioltreadun ertopuntoesplodono.
Moore inoltre ha sottolineato he i transistors raggiungeranno i limitidella
miniaturizzazione, quando si arriverà a dimensioni on ordine di grandezza
atomi o:
In termini di dimensioni [dei transistors℄, prima o poi
rag-giungeremo quelladell'atomo, una barriera fondamentale, an he
se i vorranno almeno due o tre generazioni prima he iò
a - ada. Questo omunque è l'orizzonte più lontanto he abbiamo
mai potuto osservare. Abbiamo altri die i o vent'anni prima di
raggiungere il limite fondamentale. E a quel punto si sarà
pro-babilmenteingrado diprodurre hips più grandi, on miliardidi
transistors.
Riguardo a quale sarebbe potuta essere l'evoluzione dell'informati a senza
la Legge di Moore, Gordon ha ri ordato ome all'inizio l'impatto non fosse
stato notevole, almeno no all'entrata nel mer ato delle memorie da parte
deigiapponesi. L'industria sembrava muoversi senza orientamento,mentre i
nuovi arrivatimostraronoquanto fossee ienteseguireuna guida qualesi è
poirivelata essere laLegge di Moore. [Dubash2005℄
Egliinoltrenonritieneaatto he lananote nologiarimpiazzeràl'elettroni a
inun prossimo futuro:
I ir uitiintegratisonostatiilrisultatodiinvestimenti
L'andamento dellosviluppoperle memorie ash tipoNAND
pi olabasequalèquelladell'attualenanote nologia, è
improba-bile. L'elettroni aèun'industriamaturaesistagiàoperandoben
sotto i 100nm, soglia he sembrava essere prettamente di
om-petenza della nanote nologia. C'è dierenza tra fare ma hine
pi ole e ollegarne insieme miliardi. La nanote nologia avrà di
erto un impatto,ma non alpuntoda sostituirel'elettroni a.
Costruireapartiredalfondo, atomoperatomo,derivadauna
diversa otti a. Non sitratta diun rimpiazzodeiICs.
In ne, hiedendogli se avesse delle altre nuove leggi per i prossimi quarant'
anni, Moore ha risposto: Preferis o adagiarmi sugli allori! Non sono più
abbastanzavi inoallenovitàdelsettoredapoterfarenuoveprevisioni. Molte
ose sono state de niteSe onda Legge di Moore, ma non posso prendermi
il meritoper nessuna di queste.
Quantum tunnelling. Il pro esso di produzione a 16nm, atteso - on
stime onservative - per il 2018, sembra essere un limite fondamentale, o
quasi. An he se ondo i ri er atori di Intel, da sempre tra i pareri più
ot-timisti i. La strategia nora adottata per rispettare la Legge di Moore,
ovvero lariduzionedelledimensionideitransistors,èstataridis ussa
all'ulti-moInternational Te hnologyRoadmap for Semi ondu tors (ITRS), tenutosi
la Semi ondu tor Industry Asso iation, delinea le s de e il alendario di
massimadell'industriaperi su essivi 15anni.
Il prin ipale problema he i produttori di hips si trovano ad arontare
è il ontrollo, dato he l'a dabilità e la robustezza dei dati prodotti o
im-magazzinatidaitransistors dipendedal ontrollodigatee anale. Quandola
lunghezzadelgates endesottoi5nm ( hiprealizzato onpro essoa16nm),
siveri al'eetto tunnel: glielettronipassano spontaneamente attraverso il
anale, an he quando non viene appli ata al una tensione al gate, a ausa
dell'e essiva vi inanzadi sour ee drain.
Quando questi hips inizieranno ad essere prodotti è an ora materia di
dibattito. I produttori omunque hanno re entemente iniziato a ritardare
l'introduzione di nuovi pro essi. Utilizzando un alendario on generazioni
ditre anni anzi hè due, i hips on gate da5nm non appariranno primadel
2018-2019, on una barrierapresso hè invali abileper il2021.
Gli eetti di tunnelling, ha detto PaoloGargini, si veri heranno a
pre-s inderedalla himi adeimaterialiutilizzatineitransistors. Moltiri er atori
infattihanno erroneamentepredetto, nel orso degli anni,la ne dellaLegge
diMoore, ommettendoperòl'errorediestrapolarees lusivamentesullabase
dei materiali esistenti. I progettisti, sia di Intel he di AMD, ontinuano
inve eaprovarenuove ombinazionidimaterialiestrutture nei
semi ondut-tori, omeadesempioilrimpiazzodeigatesinsili io ongatesmetalli inella
produzionea 45nm (gates da18nm).
Gargini ontinuadi endo he sipotrebbeforsearrivarean he ai4nm,ma
aquellivelloiproblemidienergiane essaria (e onseguente dissipazionedel
aloreprodotto) sarebbero prati amenteingestibili:
Dal punto di vista dell'energia omplessiva del sistema, non
puoi ingannare madrenatura.
In ne, an he risolvendo ilproblema deltunnelling edel onsumo dienergia,
itransistorsraggiungerannoillimite quandoilgatearriverà aduna
lunghez-za di 1,5nm, valore he deriva da un al olo he i ri er atori hanno fatto
esaminando qual è la più pi ola well dalla quale un elettrone può essere
estratto. Untransistor onuntale gatepotrebbeperòesserestrutturatonon
più orizzontalmente, bensì verti almente.
Ai on ni di osa la teoria permette potenzialmente di fare, esiste poi
l'ideadiriusareglielettroni. Nelleattualiar hitetture,glielettroniviaggiano
dasour eadrainepoivengonodistrutti. Ri i landoli,sipotrebberoeseguire
moltipiù al oli.
I nanotubi in arbonio e i nano li in sili io sono un'altra alternativa. I
transistorsrealizzati onquestimaterialiavrebberoinfattidimensioni
strut-tureavrannoforseunfuturointe nologiaCMOS, on aumentidiprestazioni
o forsesempli azione deipro essi di produzione. [Kanellos2003℄
Capa ità totale di information-pro essing. I limiti si i del al olo
sonostatia uratamenteanalizzatineglis orsidie iovent'anni onindagini
teoreti he sul possibile impatto he i pro essi della me ani a quantisti a
potrebbero avere su di esso, iniziando a presentarsi possibili on gurazioni
sperimentalirealizzabili.
In un arti olo del 10Maggio 2004 intitolato Universal Limits on
Com-putation, Lawren e M. Krauss e Glenn D. Starkman hanno dimostrato he
l'a elerazione dell'Universo osservata può de nireun limite universale sulla
quantità totale di informazione he può essere immagazzinata e pro essata
nel futuro, ponendo un limite ultimo alla te nologia futura di ogni iviltà,
in lusounlimiteditempoallaLeggediMoore, paria ir a600anni. Ilimiti
henederivanosonorigorosiein ludonolepossibilità hei al oliavvengano
siain modolo ale he distribuito. [Krauss,Starkman2004℄
5.3 I futuristi e la singolarità te nologi a
I futuristi ome Ray Kurzweil, Bru e Sterlinge Vernor Vinge redono he il
miglioramentoesponenziale des ritto dalla Leggedi Moore porterà in nead
una singolarità te nologi a: un punto, previsto nello sviluppo diuna
iviliz-zazione, dove il progresso te nologi o a elera oltre la apa ità di
ompren-dere e prevedere degli esseri umani moderni. La Singolaritàpuò, più
spe i- amente, riferirsi all'avventodi una intelligenzasuperiore a quella umana,
e ai progressi te nologi i he, a as ata, si presume seguirebbero, salvo un
importanteaumentoarti ialedelle fa oltà intellettivedi ias unindividuo.
SebbeneKurzweil on ordisulfatto hedal2019leattualite ni he
fotoli-togra he diventeranno obsolete, eglisostiene he iònon signi heràla ne
della Legge di Moore: La Legge di Moore non è stato il primo, mail
quin-to paradigmasulla previsionedell'aumentodel rapporto prezzo/prestazioni.
Subentreranno ertamente nuove s operte in grado di rimpiazzare ICs e le
attualite nologie.
Lloyd,professorediingegneriame ani aalMIT hesio upadi
me a-ni a quantisti a, ha dimostrato ome la apa itàdi al olo potenzialedi un
hilogrammo di materia equivalga a
πE
~
, doveE
è l'energia e~
la ostante di Plan k. Il valore he ne risulta è de isamente grande, ir a5
, 0 · 10
50
operazionial se ondo.
Egli ritiene he la res ita esponenziale della Legge di Moore proseguirà
singo-larità te nologi a. La Legge dei Pro tti A elerati, o A elerating hange 4
,
des ritta da Ray Kurzweil ha in molti asi alterato la per ezione generale
Estensionedi Kurzweildella Legge diMoore
dellaLegge diMoore. Èinfattiun'idea omune he la LeggediMoore fa ia
previsioniriguardantitutte leformedite nologia,mentresi è norarivelata
validasolonell'ambitodei ir uitiasemi onduttori. Tuttaviamoltepersone,
tra ui Ri hard Dawkins, hanno osservato he la legge diMoore si appli a
-almenoper deduzione -ad ogni problema inerente aldigital omputinged è
diper sèuna questionelegata all'universo digitale.
Adogni modolo stessoMoore, he non ha maidato allasua legge un
si-gni atotantoampioquantoquello he derivadalleteoriedial unifuturisti,
una volta hadetto, s herzando:
È stato de nito Legge di Moore tutto iò he varia on
an-damentoesponenziale. Vi di o,se Gore hainventato Internet, io
hoinventato l'esponenziale! 5
4
negli studi futuristi i e in Storia della Te nologia, è un in remento per epito nella
velo itàdeiprogressite nologi iattraversolastoria
5
Moore qui si riferis e ironi amente a una diusa aermazione se ondo ui l'allora
vi epresidente Al Goreavrebbedetto di averinventatoInternet. Ilfatto, ovviamente,si
Conseguenze e limiti
Comeè stato evidenziato parlando delTGMLC, la res itaesponenziale del
numero di transistors nei pro essori non sempre si è tradotta in aumenti
altrettanto esponenziali delle performan es omplessive dei sistemi. Questo
per hè la CPU non è l'uni o omponente e, di onseguenza, va analizzata
tenendo onto delle diverse interazioni.
Colli di bottiglia. Con ladisparità reatasitrale prestazionidelle CPUs
e gli altri omponenti (velo ità di a esso ai dis hi, memorie...), i tempi
di latenza sono sempre più spesso un autenti o ollo di bottiglia per il
si-stema, on hardware esoftware adalte prestazioniprogettati appositamente
per ridurne l'impatto: ese uzioni fuori ordine, a hing on- hip e
prefet h-ing, al osto di un maggior numero di transistors e maggiore omplessità;
ompressione di dati da parte dei databases per ridurre i tempi di lettura
dadis o, a spese diun utilizzoaggiuntivodelpro essore per ompressione e
de ompressione.
Parallelismo. Il al oloparallelosiè reso ne essario al ne disfruttare al
massimo i risultati ottenuti dalla Legge di Moore. Per anni, i produttori di
pro essori hanno puntato sulla velo ità di lo k, ma oggi, per poter gestire
la dissipazione del aloredella CPU, la migliorsoluzione si è rivelata essere
il hip multi- ore, sebbene iò ri hieda software s ritti in multi-thread, in
grado disfruttare tutti i ores ontemporaneamente.
Obsoles enza. Un'impli azione negativa della Legge di Moore è
l'obso-les enza: irapidi miglioramentidellete nologie portanoinfattiadun
altret-tanto rapido inve hiamento di quelle pre edenti. Questo ha due prin ipali
onseguenze. Da un lato, la sempre maggior quantità di dati personali
di-gitalizzatiporta a ris hi sempre maggioriin termini di si urezza, a ausa di
aumentodiperforman esnon oerente perdiversifattori;
ultimoaggiornamentodati Agosto2009[Sutter2005 ℄
una non orretta distruzione dei dati stessi nel momento in uigli apparati
digestione ear hiviazione vengono sostituiti,aggiornatio smantellati.
Inse ondoluogo,l'utilizzonei omponentite nologi idimoltimateriali, on
diverse aratteristi healivellodiri i laggioosmaltimentoe ondiversilivelli
di inquinamento ambientale, porta il problema della rapida obsoles enza in
primo piano, on un ri hiamo obbligato all'internalizzazione di questi osti
dapartedelle aziendeproduttri ieadunamaggior onsapevolezza daparte
Con lusioni
LaLeggediMooreè lastoriadell'informationte hnology deglis orsi40anni.
Certamente essa ha dato una grande spinta all'industria deisemi onduttori
ma, soprattutto, l'impatto he ha avuto in modo ongiunto su omputers,
omuni azioni, omponentielettroni ieindustriedelsoftware,ha ambiatoil
nostromondo,oltrequantoGordonMooreprevideinquelbrevemabrillante
arti olodel 1965.
La Legge di Moore haspesso impli atodegli osta oli, in prima
apparen-za insormontabili, ma he poi venivano imman abilmente risolti. In questo
senso, Moore ha aermato di rivedere oggi la sua legge più bella di quanto
non fosse inpre edenza:
"Moore's lawisa violationof Murphy's law. Everything gets
better and better.
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