La legge di Moore afferma che la potenza di elaborazione dei computer raddoppierà ogni due anni circa con il progredire della tecnologia. Ma c’è decisamente di più.
La legge di Moore prende il nome da Gordon Moore, uno dei fondatori della Intel. Nel 1965, egli fece una previsione azzardata: il numero di componenti che compongono un chip per computer sarebbe quadruplicato su base annua.
Nel 1975, Moore fece in modo che questo cambiamento avvenisse ogni due anni. Egli osservò che il costo di ciascun componente sarebbe diminuito con l’aumento della capacità di elaborazione dei computer. La previsione di Moore era esatta: il numero di componenti contenuti in un chip è quadruplicato ogni 18 mesi negli ultimi cinque decenni, a partire dal 1961.
Nonostante ciò, un numero significativo di professionisti del settore ritiene che la legge di Moore sarà presto resa obsoleta dalle implicazioni della fisica quantistica. Persino Moore riconosce che la sua legge, a un certo punto, sarà resa obsoleta.
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Il caso studio del chip Intel
Il chip Intel 8008, rilasciato nel 1972, comprendeva 3.500 transistor, dispositivi che amplificano e commutano i segnali elettrici, e una velocità di clock iniziale di 800 kHz (0,8 MHz), ovvero la velocità con cui un processore completa i cicli di elaborazione. Il 1974 vide l’introduzione del microprocessore Intel 8080 da parte dell’azienda.
Al suo esordio aveva 4.500 transistor e una velocità di clock di 2 MHz. Quattro anni dopo, il salto fu ancora più grande: la CPU Intel 8086 era dotata di ben 29.000 transistor e di una velocità di clock iniziale di 5 MHz.
Si trattava di un miglioramento significativo. La legge di Moore aveva ragione quando prevedeva che il numero di transistor sarebbe salito alle stelle nel giro di pochi anni e che la potenza di elaborazione sarebbe aumentata in modo massiccio.
Cosa ha a che fare la legge di Moore con i conigli
La legge di Moore può essere considerata analoga alla legge che regola la riproduzione dei conigli.
All’inizio ci sono due conigli che vivono da soli su un’isola. Il giorno dopo sono quattro, quello successivo otto, poi 16, 32, 64, 128, 256 e così via. Poiché i conigli hanno un tasso di riproduzione molto elevato, l’isola sarà completamente invasa da conigli in un tempo molto breve.
In modo simile, la Legge di Moore afferma che il numero di componenti inclusi in un chip di computer continuerà ad aumentare ad un ritmo esponenziale: raddoppierà ogni due anni.
Legge di Moore: una spiegazione semplice
La Legge di Moore è un’osservazione che afferma che il numero di transistor contenuti in un chip di computer raddoppierà approssimativamente ogni due anni. La potenza di elaborazione è direttamente proporzionale al numero di transistor presenti in un dispositivo.
La legge di Moore specifica anche che il costo dei singoli transistor diminuirà all’aumentare del numero totale di transistor in un dispositivo. Pertanto, non solo la quantità di lavoro che può essere elaborata dai chip per computer aumenterà esponenzialmente, ma anche il prezzo di ciascun transistor diminuirà esponenzialmente.
A titolo di esempio, il processore Intel Pentium rilasciato nel 1993 comprendeva 3,1 milioni di transistor. Dopo un altro anno, il modello aggiornato della stessa CPU comprendeva 5,5 milioni di transistor. Nel 2003 il numero di transistor è salito a 55 milioni.
La Legge di Moore è stata in grado di anticipare efficacemente la progressione della tecnologia informatica nel corso del mezzo secolo precedente. Da quando Moore ha fatto la sua stima originale, 55 anni fa, il numero di transistor su un singolo chip di un processore per computer è passato da 3.500 a circa 50 miliardi. Tuttavia, è molto probabile che questa regola venga prima o poi messa in discussione.
Quando arriveremo a un certo punto del tempo, i transistor si saranno ridotti al punto che gli effetti della meccanica quantistica impediranno loro di funzionare correttamente. Alcuni informatici ed economisti temono che, se si dimostra che la Legge di Moore ha raggiunto la sua naturale conclusione, è probabile che si verifichi un arresto significativo nell’espansione dell’hardware dei computer.
Da dove nasce l’idea della Legge di Moore
Gordon Moore, un celebre ingegnere americano che in seguito sarebbe stato anche cofondatore di Intel, nel 1965 scrisse un articolo per la rivista Electronics in cui discuteva le tendenze tecniche che prevedeva per il decennio successivo. Prevedeva che il numero di transistor contenuti in un chip per computer sarebbe quadruplicato su base annua fino a raggiungere i 65.000 nel 1975.
Nel suo scritto Moore prevedeva che l’aumento esponenziale della potenza di calcolo avrebbe “portato a meraviglie come i computer domestici – o almeno i terminali collegati a un computer centrale – i controlli automatici per le automobili e le apparecchiature di comunicazione personali portatili”.
Continuando a spremere altri transistor sui chip, un giorno gli individui avrebbero avuto accesso a computer domestici e a tutti gli strumenti contemporanei su cui facciamo affidamento oggi. La Legge di Moore ha contribuito a mobilitare l’interesse per la crescita dell’industria dei computer e dei semiconduttori e ha fornito a questo nuovo settore un piano d’azione. La Legge di Moore è stata sviluppata per sostenere l’emergente business dei computer e dei semiconduttori.
Poco dopo, gli ingegneri informatici si impegnarono per garantire che il loro lavoro fosse conforme alla Legge di Moore.
Moore perfeziona la sua legge nel 1975
Nel 1975 Moore modificò la sua previsione sulla base di nuove prove e affermò che la potenza di calcolo, invece di raddoppiare ogni anno, sarebbe raddoppiata ogni due anni. Questa previsione si è avverata (anche se era un po’ troppo ottimistica) e nei cinque decenni trascorsi dal 1961, il numero di transistor è raddoppiato ogni 18 mesi circa.
La Legge di Moore è stata utilizzata come guida da scienziati e ingegneri informatici per mantenere la civiltà sulla strada dei numerosi miracoli tecnologici profetizzati da Moore.
Negli ultimi anni, però, i progressi nella potenza di elaborazione dei computer hanno iniziato a rallentare e gli esperti prevedono che la Legge di Moore non sarà più applicabile in un prossimo futuro. Quando i singoli componenti di un chip diventano sempre più piccoli, gli strani effetti della fisica quantistica iniziano a interferire con la loro capacità di funzionare correttamente. Per questo motivo, è possibile che siano necessarie nuove tecnologie che vadano oltre il silicio e i transistor per far progredire la tecnologia informatica.
In quali contesti può essere applicata
La legge di Moore prevedeva inizialmente che il numero di transistor in una CPU sarebbe raddoppiato ogni anno; in seguito, però, la modificò prevedendo che ciò sarebbe avvenuto ogni due anni. Sia i circuiti integrati, che sono pezzi di materiale semiconduttore che contengono più di un circuito, sia le tecnologie che fanno uso di tali circuiti sono soggetti alla legge.
Moore riteneva che, con l’aumento della potenza dei computer, il costo per componente sarebbe diminuito, rendendo così possibile che tecnologie così importanti per la nostra vita, come i telefoni cellulari e i computer portatili, diventassero non solo possibili, ma anche poco costose.
La formula matematica che descrive la Legge di Moore
Moore non ha fornito un’equazione a sostegno della sua previsione; tuttavia, è semplice ricavarla. Uno degli esempi più evidenti è quando:
“La potenza di elaborazione in futuro sarà uguale alla potenza di elaborazione attuale moltiplicata per 2n.”
In questa equazione, n rappresenta il numero di anni necessari per la creazione di un nuovo microprocessore diviso per 2.
Facciamo un semplice esempio. Il computer Intel 8008, uscito nel 1972, comprendeva 3.500 transistor. Qual è il numero stimato di transistor che saranno disponibili nel 1982?
Potenza di elaborazione nel futuro = 3.500 moltiplicato per 25
Dopo aver eseguito i passaggi, abbiamo determinato che:
La potenza di elaborazione del futuro è pari a 112.000.
La CPU Intel 286 è stata introdotta nel 1982 e comprendeva 134.000 transistor, che rappresentavano solo un aumento marginale rispetto a quanto previsto all’epoca dalla Legge di Moore.
La Legge di Moore è ancora valida?
Ci sono diversi interrogativi sulla continua applicabilità della Legge di Moore. Ci sono state diverse indicazioni contraddittorie sul fatto che il tasso di aumento della potenza di calcolo sia rallentato o meno. Ad esempio, nel 2016 Intel ha annunciato che l’azienda non fornirà nuove tecnologie per i chip con la stessa rapidità del passato. Non molto tempo dopo, però, l’azienda ha fatto un annuncio in cui affermava di aver superato gli ostacoli e di essere tornata in rotta con la Legge di Moore.
Nonostante il fatto che la Legge di Moore possa essere ancora accurata per il momento, gli esperti di informatica sono sempre più preoccupati che possa presto perdere la sua capacità di prevedere con precisione gli eventi futuri. Quando ciò accadrà, le implicazioni della fisica quantistica renderanno più difficile che mai aumentare la velocità di elaborazione. Questo perché i transistor saranno diventati così piccoli.
La Legge di Moore finirà prima o poi?
Anche se la Legge di Moore è stata in grado di fare previsioni accurate sin da quando è stata originariamente proposta, sembra inevitabile che in futuro non sarà più vera.
Quando Moore fece la sua previsione per la prima volta, i transistor erano molto più grandi di adesso. A seguito della riduzione delle dimensioni, stanno iniziando a incontrare nuove sfide, che sono le conseguenze della fisica quantistica.
Il comportamento delle particelle subatomiche è studiato dal campo della meccanica quantistica, che è un sottocampo della fisica. Sorprendentemente, le conseguenze della fisica quantistica non diventano evidenti fino al raggiungimento di una certa soglia di dimensioni. Tuttavia, quando i transistor iniziano a superare tale soglia, si scopre che sono soggetti a tutti gli strani principi che rendono la fisica quantistica così controintuitiva per la maggior parte delle persone.
I processori sono il volano dell’innovazione tecnologica
Il tunneling quantistico, ad esempio, consente agli elettroni di “attraversare” qualcosa, invece di spostarsi semplicemente da una posizione all’altra. Questo può avere un impatto negativo sulla funzionalità di un chip per computer.
Per il loro funzionamento, i processori dipendono dalle porte logiche, che sono componenti che permettono o limitano il transito degli elettroni. Se, a livello quantistico, gli elettroni possono semplicemente attraversare, o bypassare, le porte logiche, il processore non potrà funzionare come dovrebbe.
Questi problemi costituiscono un ostacolo sostanziale all’ulteriore applicazione della Legge di Moore. Sembra che si arrivi a un limite in cui l’inserimento di ulteriori componenti nei circuiti integrati non sia più sufficiente. Al contrario, gli esperti di computer potrebbero dover escogitare un’alternativa al tradizionale chip a semiconduttore di silicio, come i computer quantistici.
