1965年、 インテル の共同創業者ゴードン・ムーアは、高密度の集積回路 (チップ) に搭載できる トランジスタ の数が毎年倍増していることを初めて観察しました。1975年、ムーアはこの「法則」をおよそ2年ごとに調整しました。それ以来、コンピューティング能力は驚異的な速度で拡大してきました。
ムーアの法則は死んだのか？
たとえば、1976年に初公開されたApple 1には、1MHzのプロセッサと4キロバイトのRAMが搭載されていました。 今日では、プロセッサの速度は複数のコア、数ギガバイトのRAM、およびアクセサリにより、数ギガヘルツの範囲に達し、少し前では考えられないほどの速度でデータを処理します。
これらの進歩により、現代のスマートフォンやその他さまざまなデバイスの小型化も可能になります。しかし、ここ10年、あるいはそれ以上の間、ムーアの法則は死んだ、死につつある、あるいは生命維持装置につながれているという話が聞こえてきました。
カーボンナノチューブプロセッサ: 5nmトランジスタ
法律の文言どおりではないとしても、少なくとも今後何年にもわたってコンピューティング能力が飛躍的に進歩するという精神には則っています。理由は次のとおりです。
- チップ上にどれだけ多くのトランジスタを搭載できるかに関係なく、エンジニアは利用可能なものを最適化して活用するための新しい方法を見つけ続けています。たとえば、オンデマンドでリモート コンピューティング リソースを追加するためのクラウド コンピューティングの台頭や、特定のタスク用の Google Coral Edge TPU Accelerator などのデバイスの実装について考えてみましょう。
- 私たちは、チップ上にさらに多くのトランジスタを搭載する方法をまだ模索中です。 MIT Technology Reviewの2014年の記事によると、ムーアの法則に忠実であり続けるためには、チップは5ナノメートルの範囲の機能を備えていなければならないとのことです。シリコン原子自体がわずか0.2nm程度であることを考慮すると、これは驚異的な需要です。しかし、2020年初頭の現在、5nmの試作の限定生産は完了しており、今年中に量産が開始される予定です。
- MITの記事で予測されているように、カーボンナノチューブ トランジスタを使用して作られたチップは2020年に利用可能になるはずです。今年は「カーボン コンピューター」を購入できそうにありませんが、MITの研究者は2019年にこの技術で素晴らしい進歩を遂げ、14,000個を超えるカーボンナノチューブ電界効果トランジスタ (CNTFET) で構成される16ビット マイクロプロセッサを作成しました。
この14,000 CNTFET、 RISCベース プロセッサは、最新のシリコン チップと競合できるレベルではありませんが、それでも驚くべき成果です。CNTFETトランジスタ自体は1998年まで実証されていませんでしたが、2013年に研究者がわずか178個のトランジスタを使用してナノチューブ プロセッサを作成できたことは大きな成果でした。
CNTFETプロセッサ: ムーアの法則は今でも当てはまるか?
ムーアの（現在の）法則に従って、チップ上のトランジスタが2年ごとに倍増するとすると、2013年のチップから2019年のチップまでの6年間で予測されるのは、712 CNTFETプロセッサのみです。この速度を毎年倍増させると、チップ上のトランジスタ数は11,392個になります。したがって、CNTFETの進歩はムーアの初期の予測さえも上回っており、この傾向が続くとすれば、非常に興味深い展開となるでしょう。
克服すべき点の1つは、これらのチップが適切に機能するには通常、99.999999% の純度が必要であることです。これは今日のプロセスでは不可能ですが、研究者は2019年のRISC CNTFETプロセッサでこの障害を回避して設計し、99.99% の純度で済ませることができました。これらの欠陥の多くを直接軽減するためのプロセスも開発されています。これらの技術が進化するにつれてさらなる進歩が期待でき、炭素ベースのコンピューティングが主流になる道が開かれることを期待できます。
カーボンナノチューブ対シリコン：より効率的
一般的に、計算能力が高くなると、電力使用量が増加し、放熱の問題も生じます。実際のところ、研究によれば、CNTFET技術はシリコン技術よりも桁違いにエネルギー効率が高い可能性があるそうです。カーボンナノチューブは、発生する熱を放散するのに優れている。これは、パフォーマンスを向上させるためにプロセッサのクロック速度がどんどん高速化されるにつれて、シリコンベースのコンピュータを悩ませる問題である。
ムーアの法則は今も有効
つまり、ムーアの法則は実際には死んでおらず、CNTFETチップが大量に登場するまでは、5nmシリコンがより優れたコンピューティングへの架け橋となるようです。おそらく私たち、あるいは次の世代は、より高性能でより小型のデバイスを求める私たちの絶え間ない欲求を満たすために、量子コンピューティングなどのさらに高度な技術を待ちながら、30年後もコンピューターの進歩の差し迫った破滅について語り続けることになるだろう。
もしそうでないなら、ムーアの法則がこれまで修正されたことがないわけではないのです!