Экспонента - [8]

На заре вычислительной техники пользоваться Булевой логикой было сложно и громоздко. Именно поэтому компьютеру — а попросту любому устройству, которое могло выполнять операции, используя эту логику, — требовались десятки неуклюжих механических составляющих. Но в 1938 году произошел настоящий переворот: Клод Шеннон, тогда аспирант Массачусетского технологического института, понял, что можно построить электронные схемы с применением Булевой логики, а именно представить включенное состояние как 1, а выключенное — как 0. Это было революционное открытие, давшее толчок созданию компьютеров с использованием электронных компонентов. Первый программируемый электронный цифровой компьютер известен тем, что во время Второй мировой войны им пользовались шифровальщики, в том числе Алан Тьюринг[16].

Через два года после окончания войны ученые из Bell Labs разработали транзистор — полупроводниковое устройство, способное управлять электрическим током. Транзисторы могли выполнять функцию переключателей, и их можно было использовать для создания логических вентилей — элементов, способных выполнять элементарные логические вычисления. Если собрать несколько таких логических вентилей вместе, можно было получить работающее вычислительное устройство.

Звучит очень «технически», но смысл простой: новые транзисторы были меньше и надежнее, чем электронные лампы, которые использовались в первых компонентах электронных схем, и они проложили путь к созданию более сложных компьютеров. Созданный в декабре 1947 года первый транзистор был громоздким, собранным из множества деталей, в том числе скрепки для бумаг. Но он работал! С годами транзисторы превратились из такой импровизации в сложные стандартные устройства.

С конца 1940-х годов целью стало уменьшение размеров транзисторов. В 1960 году Роберт Нойс из компании Fairchild Semiconductor разработал первую в мире интегральную схему, которая объединила несколько транзисторов в одном устройстве. Эти транзисторы были крошечными, и по отдельности их невозможно было обработать ни вручную, ни машиной. Их изготавливали с помощью сложного процесса, немного схожего с химической фотографией, — фотолитографии. Специалисты направляли ультрафиолетовый свет через пленку с шаблоном — изображением схемы (похоже на детский трафарет). Схема отпечатывалась на кремниевой пластине; процесс можно было повторять на одной и той же пластине несколько раз, пока определенное количество транзисторов не накладывалось друг на друга. Каждая пластина могла содержать несколько идентичных копий схем, уложенных в сеть. Отрежьте одну копию — и получите кремниевый «чип».

Одним из первых силу этой технологии оценил Гордон Мур — исследователь, работавший на Нойса. Через пять лет после изобретения босса Мур понял, что физическая площадь интегральных схем ежегодно уменьшается примерно на 50%, при этом количество транзисторов меньше не становится. Пленки (или «маски»), используемые в фотолитографии, становились все более детальными, транзисторы и соединения — все меньше, а сами компоненты — более замысловатыми. Это снижало стоимость и повышало производительность. Новые, более плотно упакованные чипы из меньших компонентов были быстрее старых.

Изучив такой прогресс, Мур в 1965 году выдвинул гипотезу. Он предположил, что эти разработки позволят удвоить эффективную скорость чипа при той же стоимости в течение определенного периода времени. В итоге он остановился на оценке, что каждые два года (в среднем от 18 до 24 месяцев) чипы, не меняясь в стоимости, будут становиться вдвое мощнее[17]. Мур стал соучредителем компании Intel, крупнейшего производителя чипов в XX веке. Но, вероятно, он более известен благодаря своей гипотезе, которая теперь называется законом Мура.

Этот закон легко трактовать неправильно: он не похож на законы физики. Законы физики, основанные на эмпирических наблюдениях, обладают предсказуемостью. Законы Ньютона не могут быть опровергнуты повседневным человеческим поведением. Ньютон утверждал, что сила равна массе, умноженной на ускорение, — и это почти всегда так[18]. Не имеет значения, что вы делаете или не делаете, какое сейчас время суток или какую прибыль вы намерены получить.

Напротив, закон Мура не предсказывает, это описательный закон. Как только Мур его изложил, компьютерная индустрия — от производителей чипов до обслуживающих их многочисленных поставщиков — начала рассматривать его как цель. Он стал социальным фактом — не чем-то присущим самой технологии, а тем, что существует благодаря пожеланиям компьютерной индустрии. Компании, поставляющие материалы, разработчики электроники, производители лазеров — все они хотели, чтобы закон Мура работал. И он работал[19].

Но это никак не ослабило закон. С тех пор как Мур его сформулировал, он был весьма удачным руководством по компьютерному прогрессу. В чипах действительно становилось больше транзисторов. И они следовали экспоненте, поначалу увеличиваясь в числе не очень заметно, но затем — почти непостижимо.

Посмотрим на следующие графики. На рис. 1 показан рост количества транзисторов на микрочип с 1971 по 2017 год. То, что этот график выглядит таким унылым до 2005 года, свидетельствует о мощности экспоненциального роста. На рис. 2 отражены те же данные, но по логарифмической шкале — шкале, где экспонента изображается прямой линией. Мы видим, что между 1971 и 2015 годами количество транзисторов на чипе увеличилось почти в десять миллионов раз.