A számítógép tudomány egyik alapelve és a biológia összeházasítása szerint az élet már jóval a Föld születése előtt létezett, és a naprendszerünkön kívülről eredeztethető.
Ki ne ismerné Moore törvényét, azt a tapasztalati megfigyelést, mely szerint az integrált áramkörök összetettsége körülbelül 18 hónaponként megduplázódik. Ha a Moore-törvényt az elmúlt pár év komplexitási arányaira levetítve alkalmazzuk, és ebből kiindulva visszapörgetjük az idő kerekét, valóban eljutunk az 1960-as évekig, az első mikrochip felfedezésének tényleges időpontjához. Most két genetikus a földi élet összetetté válásának ütemére vetítette le a Moore-törvényt, eredményeik pedig azt mutatják, hogy a szerves élet létrejötte jóval a Föld kialakulása előtt történt.
Alexei Sharov, a baltimore-i Nemzeti Öregedés Kutató Intézet tudósa, valamint Richard Gordon a floridai Tengerbiológiai Laboratórium elméleti biológusa a tranzisztorokat nukleotidokra, a DNS és az RNS építőelemeire cserélték, míg az áramköröket genetikai anyaggal helyettesítették, és elkezdtek számolni. Eredményeik szerint az első élet körülbelül 10 milliárd évvel ezelőtt jelent meg, ami több mint duplája a Föld 4,5 milliárd évre tehető korának.
A kérdés: azzal együtt, hogy matematikailag lehetséges az élet kialakulása jóval a Föld születése előtt, vajon fizikailag is lehetséges-e? Sharov és Gordon szerint a válasz igen. Naprendszerünk kialakulása során a galaxis fejlettebb területéről baktériumszerű organizmusok, vagy akár egyszerű nukleotidok érhették el a Földet üstökösökbe, aszteroidákba, vagy más szervetlen űrtörmelékbe ágyazódva. Ezt az elméleti folyamatot nevezik pánspermiának.
A tudósok számítása koránt sem nevezhető tudományos bizonyítéknak, mivel semmi sem garantálja, hogy a szerves komplexitás egyenletes ütemben nőtt volna. Sharov inkább egy eszmefuttatásnak nevezi munkájukat, sem mint elméletnek. "Rengeteg elméleti eleme van a bizonyításunknak, ahhoz azonban, hogy egy átfogóbb képet kapjunk, szükség van néhány hipotetikus elemre" - nyilatkozott a TechNewsDaily-nek.
Sharov és Gordon ötlete más érdekes lehetőségeket is felvet. A "Föld előtti élet" megingatja azt a régóta fennálló tudományos-fantasztikus nézetet, mely szerint léteznek fejlettebb idegen fajok. Amennyiben a genetikai komplexitás egyenletes ütemben fejlődött, úgy a Tejút-rendszer idegen életformáinak társadalmi és tudományos fejlődése is nagyjából megegyező lehet a miénkkel.
A tanulmány elméleti és gyakorlati párhuzamot is von az élet eredetére, valamint az élet és a tudás közötti összefüggésre. Az emberi evolúció nem csak genetikailag, de epigenetikailag is jelentkezik. A műszaki megoldások, a nyelv és a kulturális emlékek mind egyre összetettebbé váltak.
Moore törvényének alkalmazásával a kutatók nem az evolúció leegyszerűsítésére törekedtek, csupán elismerték elképesztő komplexitását. Bár sokan szkeptikusok a tanulmánnyal kapcsolatban, a két tudós kitart álláspontja mellett. "Az űrből érkező bakteriális spórákkal való beszennyeződés tűnik a legkézenfekvőbb elméletnek, ami megmagyarázza az élet korai megjelenését a Földön" - magyarázta Sharov, aki 99 százalék esélyt ad arra, hogy az élet valóban a Föld előtt született, bölcsen meghagyva 1 százalékot egy olyan esély számára, amivel nem számoltak.
Mi a Moore-törvény?
Moore-törvénynek nevezzük azt a tapasztalati megfigyelést a technológiai fejlődésben, mely szerint az integrált áramkörök összetettsége – a legalacsonyabb árú ilyen komponenst figyelembe véve – körülbelül 18 hónaponként megduplázódik. A megfigyelés Gordon E. Moore, az Intel egyik alapítójának a nevéhez kötik, bár Moore valószínűleg hallott Douglas Engelbart hasonló megfigyeléséről 1960-ban. Engelbart, a mechanikus számítógépes egér egyik feltalálója úgy gondolta, hogy az integrált áramkörök folyamatos fejlődése elérhetővé fogja majd egyszer tenni az interaktív számítástechnikát.
Moore eredeti megállapítása az Electronics Magazine 1965. április 19-i számában „Még több komponens megvalósítása az integrált áramkörökben” című írásában található: „A legalacsonyabb árú komponens összetettsége évenként durván a kétszeresére nőtt… Rövidtávon ez az ütem várhatóan nem fog jelentősen változni, esetleg valamelyest növekszik. Hosszú távon a növekedés üteme bizonytalanabb, bár jelenleg nincs okunk feltételezni, hogy az elkövetkező 10 évben ez változni fog. Ez azt jelenti, hogy 1975-ben a legalacsonyabb árú integrált áramkör 65 000 komponenst fog tartalmazni. Úgy hiszem, hogy egy ilyen összetett áramkör megépíthető egy lapkán.”
Ha feltételezzük, hogy az áramkörök összetettsége arányos a tartalmazott tranzisztorok számával – függetlenül a funkciójuktól –, a törvény kiállta az idő próbáját. Mindazonáltal meg kell jegyeznünk, hogy a tranzisztorok számán alapuló összetettség alacsonyabb a nagy RAM gyorsítótárral (RAM cache) rendelkező integrált áramkörökben, mint a végrehajtó egységekben. Ezt figyelembe véve már megkérdőjelezhető a Moore-törvény érvényessége. Gordon Moore még nem nevezte törvénynek megfigyelését. A jelenséget először Carver Mead, a Caltech professzora, a VLSI technológia egyik úttörője hívta törvénynek.
1975-ben Moore két évenkénti megkétszereződést jósolt meg. Többször kijelentette, hogy ő nem beszélt 18 hónapról, mégis sokan idézték így. 2005 áprilisában az Intel 10 000 dollárt ajánlott fel az eBay-en az Electronics Magazine számáért, amelyben az eredeti cikk szerepel. Az összeget David Clark kapta meg a szobája padlólapjai alatt lévő archívumában talált újságért.
A Moore-törvény leggyakrabban előforduló megfogalmazása szerint az integrált áramkörökben lévő tranzisztorok száma – ami használható a számítási teljesítmény durva mérésére – minden 18. hónapban megduplázódik. Az 1970-es évek végén a Moore-törvényt a legbonyolultabb áramkörökben található tranzisztorok számának felső korlátjaként ismerték. Ugyanakkor sokszor hivatkoznak rá az egységárra jutó számítási teljesítmény egyre gyorsabb növekedését leíró összefüggésként is.
A Moore-törvényhez hasonló jelenséget figyeltek meg a merevlemezek egységárra jutó tárolókapacitásának változásában is. A mágneses adattárolási technológiák a félvezető technológiáknál is gyorsabban fejlődnek. Ez főleg a rendelkezésre álló tárolókapacitásban jelenik meg, a merevlemezek sebessége nem növekszik ilyen látványosan. A tárolókapacitás Moore-törvényét Kryder-törvénynek nevezték el.
Hajtóereje az iparban
Bár a Moore-törvény először egy megfigyelést és előrejelzést írt le, minél szélesebb körben lett ismert, annál inkább célként jelent meg az egész ipar számára. A félvezetőgyártók marketing- és kutatórészlegei hatalmas energiákat fordítottak arra, hogy teljesítsék a meghatározott növekedési szinteket, amelyet a versenytársaik vélhetően el fognak érni. Emiatt a törvényt egy önmagát beteljesítő jóslatként is felfoghatjuk.
A Moore-törvény következményei az iparban jelentősen befolyásolják az alkatrészgyártókat. Egy termék (mint például egy CPU vagy egy merevlemez) kifejlesztésének átlagos ideje 2 és 5 év közé tehető. Ennek következményeként a gyártók hatalmas nyomásnak vannak kitéve a határidőkkel kapcsolatban: egy főbb terméknél pár hét késés jelentheti a különbséget siker és kudarc vagy esetleg a csőd között.
A „18 hónaponkénti megkétszereződésként” meghatározott Moore-törvény rendkívüli technológiai fejlődésre utal az elmúlt években. Rövidebb időskálára vetítve, a törvény heti 1%-os ipari növekedést jelent. A processzorpiacon – ahol a rendkívül kiélezett versenyben egy új termék kifejlesztése várhatóan 3 évig tart – szereplő gyártók számára ez azt jelenti, hogy a két vagy három hónapot késő, ezáltal 10-15%-kal lassabb, nagyobb méretű vagy kisebb tárolókapacitású termék általában eladhatatlan.
Egyéb megközelítések
A számítástechnika nem minden területe fejlődik a Moore-törvény szerint. A véletlen elérésű memóriák (RAM-ok) sebessége és a merevlemezek elérési ideje legfeljebb pár százalékot növekszik évente. Mivel a RAM-ok és merevlemezek kapacitása sokkal gyorsabban növekszik, mint az elérési idejük, a megnövekedett tárolókapacitás intelligens kihasználása egyre fontosabbá válik. Jelenleg sok esetben értelmesnek tűnik a kapacitás feláldozása az elérési sebesség növelése érdekében, például előre kiszámolt indexek által. A gyártóknak jelenleg jobban megéri az így nyert elérési idő növekedés, mint a feláldozott tárolókapacitás.
Az exponenciálisan gyorsuló hardver nem feltétlenül jelenti a szoftverek hasonló mértékű gyorsulását. A szoftverfejlesztők termelékenysége csak lassan növekedett az elmúlt évtizedekben, a rendelkezésre álló, gyorsuló ütemben fejlődő hardverek ellenére. Szoftvereink egyre nagyobbak és összetettebbek lesznek. A Wirth-törvénynek elnevezett jelenség szerint „A szoftverek gyorsabban lassulnak, mint ahogy a hardverek gyorsulnak”.
Egy másik általános félreértés szerint a processzorok órajelének nagysága határozza meg a sebességüket. A sebesség azonban függ még attól is, hogy egy órajelciklus alatt hány és mennyire összetett utasítást hajt végre a központi egység. (Lásd MIPS, RISC és CISC processzor architektúrák.) Emiatt az órajelük alapján csak hasonló áramkörök sebességét tudjuk összemérni. Szintén szerepet játszik a sebesség meghatározásában a buszméret és a perifériák sebessége is. Ezért a számítógépek sebességét sokszor elfogultan határozzák meg, a számítógép belső működésének teljes megértése nélkül. Ez különlegesen igaz napjainkban, amikor a gyártók a vásárlóknak szinte csak az órajel nagyságával próbálják érzékeltetni a számítógépek sebességét.
Érdemes megjegyeznünk, ahogy a számítási teljesítmény egyre olcsóbbá válik (a vásárló szempontjából), a gyártók költségei a Moore-törvény követése közben az ellenkező tendenciát mutatják: a kutatás és fejlesztés, a tesztelési költségek folyamatosan növekedtek az integrált áramkörök újabb és újabb generációival. A félvezetőgyártásban felhasznált gépek és berendezések költségei várhatóan tovább fognak emelkedni, és a gyártóknak egyre nagyobb mennyiségű áramkört kell eladniuk, hogy nyereségesek maradjanak. (Egy áramkör tape-out költsége (a gyártás megkezdéséig fellépő kutatási és tervezési költségek összessége) 0,18μm-es csíkszélességgel $300 000 USD volt. Ugyanezen költség 90 nm-en már $750 000 és a költség valószínűleg meg fogja haladni az egy millió dollárt 65 nm-en.)
Az elmúlt években az elemzők csökkenést figyelték meg a fejlett (0,13μm és az alatti csíkszélességű) integrált áramkör beruházások számában. Bár ezeket a megfigyeléseket a 2000 utáni gazdasági visszaesés utáni időszakban tették, a csökkenés azt is jelezheti, hogy a hagyományos gyártási módszerek hosszú távon nem tudják gazdaságosan fenntartani a Moore-törvényt.
A számítógép tudomány egyik alapelve és a biológia összeházasítása szerint az élet már jóval a Föld születése előtt létezett, és a naprendszerünkön kívülről eredeztethető.
Ki ne ismerné Moore törvényét, azt a tapasztalati megfigyelést, mely szerint az integrált áramkörök összetettsége körülbelül 18 hónaponként megduplázódik. Ha a Moore-törvényt az elmúlt pár év komplexitási arányaira levetítve alkalmazzuk, és ebből kiindulva visszapörgetjük az idő kerekét, valóban eljutunk az 1960-as évekig, az első mikrochip felfedezésének tényleges időpontjához. Most két genetikus a földi élet összetetté válásának ütemére vetítette le a Moore-törvényt, eredményeik pedig azt mutatják, hogy a szerves élet létrejötte jóval a Föld kialakulása előtt történt.
Alexei Sharov, a baltimore-i Nemzeti Öregedés Kutató Intézet tudósa, valamint Richard Gordon a floridai Tengerbiológiai Laboratórium elméleti biológusa a tranzisztorokat nukleotidokra, a DNS és az RNS építőelemeire cserélték, míg az áramköröket genetikai anyaggal helyettesítették, és elkezdtek számolni. Eredményeik szerint az első élet körülbelül 10 milliárd évvel ezelőtt jelent meg, ami több mint duplája a Föld 4,5 milliárd évre tehető korának.
A kérdés: azzal együtt, hogy matematikailag lehetséges az élet kialakulása jóval a Föld születése előtt, vajon fizikailag is lehetséges-e? Sharov és Gordon szerint a válasz igen. Naprendszerünk kialakulása során a galaxis fejlettebb területéről baktériumszerű organizmusok, vagy akár egyszerű nukleotidok érhették el a Földet üstökösökbe, aszteroidákba, vagy más szervetlen űrtörmelékbe ágyazódva. Ezt az elméleti folyamatot nevezik pánspermiának.
A tudósok számítása koránt sem nevezhető tudományos bizonyítéknak, mivel semmi sem garantálja, hogy a szerves komplexitás egyenletes ütemben nőtt volna. Sharov inkább egy eszmefuttatásnak nevezi munkájukat, sem mint elméletnek. "Rengeteg elméleti eleme van a bizonyításunknak, ahhoz azonban, hogy egy átfogóbb képet kapjunk, szükség van néhány hipotetikus elemre" - nyilatkozott a TechNewsDaily-nek.
Sharov és Gordon ötlete más érdekes lehetőségeket is felvet. A "Föld előtti élet" megingatja azt a régóta fennálló tudományos-fantasztikus nézetet, mely szerint léteznek fejlettebb idegen fajok. Amennyiben a genetikai komplexitás egyenletes ütemben fejlődött, úgy a Tejút-rendszer idegen életformáinak társadalmi és tudományos fejlődése is nagyjából megegyező lehet a miénkkel.
A tanulmány elméleti és gyakorlati párhuzamot is von az élet eredetére, valamint az élet és a tudás közötti összefüggésre. Az emberi evolúció nem csak genetikailag, de epigenetikailag is jelentkezik. A műszaki megoldások, a nyelv és a kulturális emlékek mind egyre összetettebbé váltak.
Moore törvényének alkalmazásával a kutatók nem az evolúció leegyszerűsítésére törekedtek, csupán elismerték elképesztő komplexitását. Bár sokan szkeptikusok a tanulmánnyal kapcsolatban, a két tudós kitart álláspontja mellett. "Az űrből érkező bakteriális spórákkal való beszennyeződés tűnik a legkézenfekvőbb elméletnek, ami megmagyarázza az élet korai megjelenését a Földön" - magyarázta Sharov, aki 99 százalék esélyt ad arra, hogy az élet valóban a Föld előtt született, bölcsen meghagyva 1 százalékot egy olyan esély számára, amivel nem számoltak.
Mi a Moore-törvény?
Moore-törvénynek nevezzük azt a tapasztalati megfigyelést a technológiai fejlődésben, mely szerint az integrált áramkörök összetettsége – a legalacsonyabb árú ilyen komponenst figyelembe véve – körülbelül 18 hónaponként megduplázódik. A megfigyelés Gordon E. Moore, az Intel egyik alapítójának a nevéhez kötik, bár Moore valószínűleg hallott Douglas Engelbart hasonló megfigyeléséről 1960-ban. Engelbart, a mechanikus számítógépes egér egyik feltalálója úgy gondolta, hogy az integrált áramkörök folyamatos fejlődése elérhetővé fogja majd egyszer tenni az interaktív számítástechnikát.
Moore eredeti megállapítása az Electronics Magazine 1965. április 19-i számában „Még több komponens megvalósítása az integrált áramkörökben” című írásában található: „A legalacsonyabb árú komponens összetettsége évenként durván a kétszeresére nőtt… Rövidtávon ez az ütem várhatóan nem fog jelentősen változni, esetleg valamelyest növekszik. Hosszú távon a növekedés üteme bizonytalanabb, bár jelenleg nincs okunk feltételezni, hogy az elkövetkező 10 évben ez változni fog. Ez azt jelenti, hogy 1975-ben a legalacsonyabb árú integrált áramkör 65 000 komponenst fog tartalmazni. Úgy hiszem, hogy egy ilyen összetett áramkör megépíthető egy lapkán.”
Ha feltételezzük, hogy az áramkörök összetettsége arányos a tartalmazott tranzisztorok számával – függetlenül a funkciójuktól –, a törvény kiállta az idő próbáját. Mindazonáltal meg kell jegyeznünk, hogy a tranzisztorok számán alapuló összetettség alacsonyabb a nagy RAM gyorsítótárral (RAM cache) rendelkező integrált áramkörökben, mint a végrehajtó egységekben. Ezt figyelembe véve már megkérdőjelezhető a Moore-törvény érvényessége. Gordon Moore még nem nevezte törvénynek megfigyelését. A jelenséget először Carver Mead, a Caltech professzora, a VLSI technológia egyik úttörője hívta törvénynek.
1975-ben Moore két évenkénti megkétszereződést jósolt meg. Többször kijelentette, hogy ő nem beszélt 18 hónapról, mégis sokan idézték így. 2005 áprilisában az Intel 10 000 dollárt ajánlott fel az eBay-en az Electronics Magazine számáért, amelyben az eredeti cikk szerepel. Az összeget David Clark kapta meg a szobája padlólapjai alatt lévő archívumában talált újságért.
A Moore-törvény leggyakrabban előforduló megfogalmazása szerint az integrált áramkörökben lévő tranzisztorok száma – ami használható a számítási teljesítmény durva mérésére – minden 18. hónapban megduplázódik. Az 1970-es évek végén a Moore-törvényt a legbonyolultabb áramkörökben található tranzisztorok számának felső korlátjaként ismerték. Ugyanakkor sokszor hivatkoznak rá az egységárra jutó számítási teljesítmény egyre gyorsabb növekedését leíró összefüggésként is.
A Moore-törvényhez hasonló jelenséget figyeltek meg a merevlemezek egységárra jutó tárolókapacitásának változásában is. A mágneses adattárolási technológiák a félvezető technológiáknál is gyorsabban fejlődnek. Ez főleg a rendelkezésre álló tárolókapacitásban jelenik meg, a merevlemezek sebessége nem növekszik ilyen látványosan. A tárolókapacitás Moore-törvényét Kryder-törvénynek nevezték el.
Hajtóereje az iparban
Bár a Moore-törvény először egy megfigyelést és előrejelzést írt le, minél szélesebb körben lett ismert, annál inkább célként jelent meg az egész ipar számára. A félvezetőgyártók marketing- és kutatórészlegei hatalmas energiákat fordítottak arra, hogy teljesítsék a meghatározott növekedési szinteket, amelyet a versenytársaik vélhetően el fognak érni. Emiatt a törvényt egy önmagát beteljesítő jóslatként is felfoghatjuk.
A Moore-törvény következményei az iparban jelentősen befolyásolják az alkatrészgyártókat. Egy termék (mint például egy CPU vagy egy merevlemez) kifejlesztésének átlagos ideje 2 és 5 év közé tehető. Ennek következményeként a gyártók hatalmas nyomásnak vannak kitéve a határidőkkel kapcsolatban: egy főbb terméknél pár hét késés jelentheti a különbséget siker és kudarc vagy esetleg a csőd között.
A „18 hónaponkénti megkétszereződésként” meghatározott Moore-törvény rendkívüli technológiai fejlődésre utal az elmúlt években. Rövidebb időskálára vetítve, a törvény heti 1%-os ipari növekedést jelent. A processzorpiacon – ahol a rendkívül kiélezett versenyben egy új termék kifejlesztése várhatóan 3 évig tart – szereplő gyártók számára ez azt jelenti, hogy a két vagy három hónapot késő, ezáltal 10-15%-kal lassabb, nagyobb méretű vagy kisebb tárolókapacitású termék általában eladhatatlan.
Egyéb megközelítések
A számítástechnika nem minden területe fejlődik a Moore-törvény szerint. A véletlen elérésű memóriák (RAM-ok) sebessége és a merevlemezek elérési ideje legfeljebb pár százalékot növekszik évente. Mivel a RAM-ok és merevlemezek kapacitása sokkal gyorsabban növekszik, mint az elérési idejük, a megnövekedett tárolókapacitás intelligens kihasználása egyre fontosabbá válik. Jelenleg sok esetben értelmesnek tűnik a kapacitás feláldozása az elérési sebesség növelése érdekében, például előre kiszámolt indexek által. A gyártóknak jelenleg jobban megéri az így nyert elérési idő növekedés, mint a feláldozott tárolókapacitás.
Az exponenciálisan gyorsuló hardver nem feltétlenül jelenti a szoftverek hasonló mértékű gyorsulását. A szoftverfejlesztők termelékenysége csak lassan növekedett az elmúlt évtizedekben, a rendelkezésre álló, gyorsuló ütemben fejlődő hardverek ellenére. Szoftvereink egyre nagyobbak és összetettebbek lesznek. A Wirth-törvénynek elnevezett jelenség szerint „A szoftverek gyorsabban lassulnak, mint ahogy a hardverek gyorsulnak”.
Egy másik általános félreértés szerint a processzorok órajelének nagysága határozza meg a sebességüket. A sebesség azonban függ még attól is, hogy egy órajelciklus alatt hány és mennyire összetett utasítást hajt végre a központi egység. (Lásd MIPS, RISC és CISC processzor architektúrák.) Emiatt az órajelük alapján csak hasonló áramkörök sebességét tudjuk összemérni. Szintén szerepet játszik a sebesség meghatározásában a buszméret és a perifériák sebessége is. Ezért a számítógépek sebességét sokszor elfogultan határozzák meg, a számítógép belső működésének teljes megértése nélkül. Ez különlegesen igaz napjainkban, amikor a gyártók a vásárlóknak szinte csak az órajel nagyságával próbálják érzékeltetni a számítógépek sebességét.
Érdemes megjegyeznünk, ahogy a számítási teljesítmény egyre olcsóbbá válik (a vásárló szempontjából), a gyártók költségei a Moore-törvény követése közben az ellenkező tendenciát mutatják: a kutatás és fejlesztés, a tesztelési költségek folyamatosan növekedtek az integrált áramkörök újabb és újabb generációival. A félvezetőgyártásban felhasznált gépek és berendezések költségei várhatóan tovább fognak emelkedni, és a gyártóknak egyre nagyobb mennyiségű áramkört kell eladniuk, hogy nyereségesek maradjanak. (Egy áramkör tape-out költsége (a gyártás megkezdéséig fellépő kutatási és tervezési költségek összessége) 0,18μm-es csíkszélességgel $300 000 USD volt. Ugyanezen költség 90 nm-en már $750 000 és a költség valószínűleg meg fogja haladni az egy millió dollárt 65 nm-en.)
Az elmúlt években az elemzők csökkenést figyelték meg a fejlett (0,13μm és az alatti csíkszélességű) integrált áramkör beruházások számában. Bár ezeket a megfigyeléseket a 2000 utáni gazdasági visszaesés utáni időszakban tették, a csökkenés azt is jelezheti, hogy a hagyományos gyártási módszerek hosszú távon nem tudják gazdaságosan fenntartani a Moore-törvényt.
0 Megjegyzések