Due parole sulla “Legge di Moore”

La Legge di Moore è stata ipotizzata nel 1965 e ipotizzava che i circuiti integrati raddoppiavano prestazioni e numero di transistor ogni 18 mesi. Finora la legge è stata rispettata dalle nuove generazioni di processori, ma potrà esserlo in futuro?

Il primo processore della storia è stato costruito nel 1958 dalla Texas Instruments, da Jack Kilby. Conteneva un solo transistor e qualche altro componente per gestirne il funzionamento. L’intero sistema era stato inciso su una piastrina di Germanio di 1,6 per 11,1 millimetri di dimensione. Oggi, 55 anni dopo, in un quadratino di silicio di 10 millimetri di diametro di transistor (e altri componenti) ce ne possono stare più di 1 miliardo. Queste sono le conseguenze della corsa a una miniaturizzazione sempre maggiore che sin da subito è partita nell’industria dei circuiti integrati e dei microprocessori che garantiscono il funzionamento dei nostri computer.

Nel 1965 la corsa alla miniaturizzazione viene generalizzata dal cofondatore di Intel Gordon Moore in una legge che ha poi preso il suo nome, la Legge di Moore. Questa legge afferma che il numero di transistor installati all’interno di un circuito integrato raddoppia ogni 2 anni. Considerando anche le prestazioni di un processore, questo tempo sale a 18 mesi. Questa legge è usata proprio per misurare le performance dei processori, e forse può aver in qualche modo stimolato l’industria a migliorare costantemente i propri prodotti, di fatto soddisfacendo sempre questa legge.

Consideriamo i processori costruiti a partire dal 1971, anno in cui è apparso sul mercato l’Intel 4004, il primo processore ad essere disponibile in commercio,fuori cioè dagli ambiti accademici o militari. Scopriamo che un Intel 4004 conteneva 2300 transistor. L’anno dopo, Intel lancia l’8008, che di transistor ne aveva 2500, solo 200 in più rispetto al 4004. Nel 1974 arriva invece l’8080, considerato un processore storico in quanto poteva essere installato in qualunque computer possibile, garantendo modularità e assenza di vincoli ai costruttori, mentre in precedenza un computer era interamente costruito da una sola azienda, dal microprocessore alle periferiche fino al sistema operativo. L’8080 era dotato di 4500 transistor, e già qui cominciamo a vedere una prima approssimazione della legge di Moore in azione: dal 4004 all’8080 sono passati 3 anni, cioè 36 mesi, e il numero di transistor è passato da 2300 a 4500, che è quasi il doppio di 2300. Nel 1978 nasce l’8086, il processore usato nel primo, storico PC IBM, che di transistor ne ha 29000, cioè più di 6 volte i transistor dell’8080, con un tasso di crescita biennale di 2,5; o in altri termini, ogni due anni i transistor moltiplicati di circa 2,5 volte il loro numero precedente. Già qui si vede che l’industria dei processori stava andando più veloce della legge i Moore, un fatto confermato negli anni successivi: un Intel 286 dell’82 aveva 134000 transistor. Dall’8086 il fattore di crescita biennale è tra 2 e 2,1, e questa tendenza è continuata fino agli anni 90, nei quali la tendenza si è calmata : nel ’93 un Pentium aveva 3.100.000 transistor, un Pentium II del ’97 ne aveva 7.500.000. Qui il tasso di crescita biennale è di 1,6 circa. Negli anni 2000 però questa crescita è ripartita in quarta: nel 2003 un Intel Itanium II vantava 220.000.000 transistor, l’anno dopo l’Itanium III ne aveva addirittura 592.000.000, più che raddoppiati in un anno.

Quindi, la crescita dei transistor nei processori sta andando “a 100 all’ora”, superando le più rosee aspettative della legge di Moore. A tutt’oggi i processori vantano densità di transistor impensabili negli anni ’70, ma difficilmente concepibili anche adesso dai non addetti ai lavori: l’A7, il nuovo progetto della Apple installato nel nuovissimo iPhone5S, vanta più di un miliardo di transistor in un chip di silicio di 102 millimetri quadrati – cioè un quadratino di 10,9 millimetri di lato, poco più grande dell’unghia di un mignolo. Un progresso fantastico, al quale la legge di Moore non può più tenere testa. Addirittura, i prossimi processori potrebbero essere costruiti coi nanotubi, sottilissime strutture atomiche che rappresentano sempre più il futuro di tanti ambiti tecnologici. La densità dei transistor è quindi destinata ad aumentare, indipendentemente dalla legge.

C’è però un motivo ancora più pressante che renderà definitivamente obsoleta la legge di Moore: i transistor si stanno miniaturizzando sempre di più e di questo passo raggiungeranno, se potranno, dimensioni prossime a quelle degli atomi, e chiaramente non si potrà più andare più in basso nelle dimensioni.

A questo punto bisognerà trovare una soluzione per garantire lo sviluppo dei processori quando non si potrà più agire sulla dimensione dei transistor. Una possibile strategia sarà la promozione dei processori “multi-core”, cioè processori dotati in realtà di più unità centrali di calcolo, chiamate anche CPU o in questo caso “core”, nello stesso pezzo. Essenzialmente è come avere più processori in uno. La velocità dei processori chiaramente ci guadagna, in particolare, se un processore “da solo” ha una certa velocità, in versione multicore avrà la velocità tendenzialmente pari alla velocità “da singolo” moltiplicata per il numero di core. Dal punto di vista dei programmi, sarà possibile far girare più programmi contemporaneamente, oppure un singolo programma potrà svolgere più attività contemporaneamente, mentre con un processore con un solo core è possibile gestire solo un programma o un’attività alla volta.

Quindi, la legge di Moore dovrà essere aggiornata per tener conto di queste nuove soluzioni, magari la nuova legge di Moore affermerà che il numero di core raddoppierà ogni tot anni, o altre teorie simili, anche se quando si parla di progresso tecnologico, è difficile quantificarne lo slancio e l’entusiasmo con freddi concetti matematici.

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